王弘慧，王多亮

（1.哈爾濱軸承集團(tuán)公司 質(zhì)量控制部，黑龍江 哈爾濱 150036；2. 中航工業(yè)哈爾濱軸承有限公司 研發(fā)中心，黑龍江 哈爾濱 150036）

1 前言

某汽車離合器用圓錐滾子軸承經(jīng)過可靠性耐久試驗(yàn)后，在拆卸過程中發(fā)現(xiàn)部分滾子、套圈滾道出現(xiàn)疲勞剝落現(xiàn)象，影響了汽車的安全運(yùn)行。通過對(duì)此失效軸承的初步分析，找到此軸承疲勞失效的原因，減少或者避免此類問題的發(fā)生，延長(zhǎng)軸承的使用壽命，保證汽車正常運(yùn)行。

2 軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)及工況條件

2.1 軸承結(jié)構(gòu)及參數(shù)

此軸承結(jié)構(gòu)是圓錐滾子軸承，見圖1，參數(shù)見表1。

圖1 軸承結(jié)構(gòu)示意圖

表1 軸承參數(shù)

2.2 工況條件

軸承工作轉(zhuǎn)速2400r/min，溫度-40～120℃，采用飛濺潤(rùn)滑。內(nèi)圈與軸過盈配合旋轉(zhuǎn)、外圈與殼體配合。徑向載荷11700N，軸向載荷160N。安裝位置見圖2。

圖2 軸承安裝位置

3 失效分析

3.1 外觀分析

軸承經(jīng)分解后可見軸承內(nèi)圈滾道120°角度范圍內(nèi)有明顯的碾壓痕跡及大塊的疲勞剝落處，見圖3；外圈滾道360°角度范圍內(nèi)可見明顯的點(diǎn)蝕現(xiàn)象，見圖4， 部分滾子滾動(dòng)表面出現(xiàn)剝落，見圖5，保持架無明顯的變形。

圖3 內(nèi)圈滾道疲勞剝落

圖4 外圈滾道點(diǎn)蝕現(xiàn)象

圖5 滾子滾道表面剝落

3.2 原因分析

滾動(dòng)疲勞的機(jī)理很復(fù)雜，有最大靜態(tài)剪應(yīng)力理論、最大動(dòng)態(tài)剪應(yīng)力理論，這兩種理論都認(rèn)為表面下剪應(yīng)力反復(fù)作用在非金屬夾雜物等缺陷處產(chǎn)生了微小的裂紋，進(jìn)而擴(kuò)展到表面產(chǎn)生了疲勞剝落。早期疲勞剝落是軸承一種異常的失效形式。造成疲勞失效的原因很多很復(fù)雜。主要有以下幾方面因素：

（1）軸承本身的因素，如軸承游隙不恰當(dāng)、潤(rùn)滑不良、潤(rùn)滑劑不合適；

（2）軸、軸承箱的精度不好，軸承箱的剛性不均，軸的撓度大；

（3）安裝不良；

（4）載荷過大；

（5）異物進(jìn)入，如水、顆粒雜質(zhì)。

3.3 軸承檢測(cè)

根據(jù)需要對(duì)失效軸承進(jìn)行了各部件硬度、淬回火組織檢測(cè)。由于套圈、滾子出現(xiàn)大量的剝落情況，無法對(duì)滾道進(jìn)行相關(guān)尺寸的檢測(cè)，只對(duì)內(nèi)徑、外徑進(jìn)行了檢測(cè)，見表2 。由以上檢測(cè)數(shù)據(jù)可知，軸承各部件的硬度、淬回火組織、內(nèi)、外徑尺寸均符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，滿足產(chǎn)品圖紙的要求。

表2 硬度、淬回火組織、內(nèi)徑、外徑尺寸檢測(cè)結(jié)果

3.4 軸承失效分析

由圖2 可知本軸承采用面對(duì)面配對(duì)形式使用。軸承安裝到位后，通過墊片對(duì)軸承施加合適的預(yù)載荷，使所有滾動(dòng)體均勻受力，提高軸承的剛性、旋轉(zhuǎn)精度。

從內(nèi)圈滾道120°角度范圍內(nèi)有明顯的碾壓痕跡及大塊的疲勞剝落分析，軸承受到了偏心載荷的作用，內(nèi)圈在隨軸一起旋轉(zhuǎn)時(shí)造成部分內(nèi)圈滾道始終處于過載狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致了早期疲勞剝落的產(chǎn)生；由于內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)，內(nèi)圈過載區(qū)域?qū)⑼ㄟ^整個(gè)外圈滾道，經(jīng)過一段時(shí)間的碾壓，造成外圈滾道形成點(diǎn)蝕，如果再經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)，外圈滾道很可能將出現(xiàn)疲勞剝落現(xiàn)象。

造成偏載的原因經(jīng)初步分析可能有以下幾種。

（1）軸承的內(nèi)徑存在偏心；

（2）軸存在偏心；

（3）軸與軸承在安裝過程中出現(xiàn)不同軸現(xiàn)象；

（4）軸承安裝完后，錐齒輪對(duì)軸承的徑向跳動(dòng)過大。

以上四種情況可能造成軸承偏載并對(duì)軸承施加過大的載荷，造成軸承的性能下降，壽命減少，過早地出現(xiàn)疲勞剝落。

4 預(yù)防措施

針對(duì)本軸承的失效方式，為保證軸承性能，延長(zhǎng)軸承的壽命，保證車輛的正常行駛，做好以下幾方面工作將大大減少此類問題的發(fā)生。

（1）在軸承與軸均滿足要求的前提下，注意軸承與軸配合精度的選取；

（2）安裝過程中避免水、硬質(zhì)顆粒等異物的進(jìn)入；

（3）選取合適的潤(rùn)滑方式及潤(rùn)滑劑；

（4）選取合適的預(yù)載荷，避免因預(yù)載荷過大導(dǎo)致軸承發(fā)熱異?；蜻^小造成整個(gè)設(shè)備剛性不夠，旋轉(zhuǎn)精度不合格。

5 結(jié)束語

通過四方面分析了造成本例中汽車離合器用圓錐滾子軸承早期疲勞剝落的可能原因，導(dǎo)致本軸承失效的最終原因需要通過進(jìn)一步分析、試驗(yàn)、故障重現(xiàn)才能確定。為確保車輛的安全行駛，避免此類問題的出現(xiàn)，最后提出了選用及安裝軸承時(shí)的幾點(diǎn)建議。