某型車差速器軸承故障分析

王多亮，翁世席，李寶玉

（1.哈爾濱軸承集團(tuán)公司 制造技術(shù)部，黑龍江 哈爾濱150036； 2.中航工業(yè)哈爾濱軸承有限公司 保持架工部，黑龍江 哈爾濱 150025）

某型車差速器軸承故障分析

王多亮1，翁世席1，李寶玉2

（1.哈爾濱軸承集團(tuán)公司 制造技術(shù)部，黑龍江 哈爾濱150036； 2.中航工業(yè)哈爾濱軸承有限公司 保持架工部，黑龍江 哈爾濱 150025）

針對(duì)某型車差速器軸承發(fā)生早期疲勞剝落故障，對(duì)其原因做了分析，確定為安裝不到位或殼體精度超差導(dǎo)致的軸承過(guò)早失效。

圓錐滾子軸承；早期疲勞剝落，差速器；磨損

1　前言

雖然球和滾子軸承看起來(lái)是相對(duì)簡(jiǎn)單的機(jī)械零件，但他們內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)是相當(dāng)復(fù)雜的。軸承失效的影響因素很復(fù)雜，而且因各類軸承的工作條件和結(jié)構(gòu)差異，產(chǎn)生的失效形式和形貌特征亦各不相同?？赏ㄟ^(guò)觀察軸承的失效形式和形貌特征來(lái)分析、確定軸承的失效原因。車輛差速器承受并傳遞差速器和減速器的驅(qū)動(dòng)力，減小傳動(dòng)摩擦阻力，提高傳動(dòng)效能和可靠性。軸承是差速器中不可缺少的部件，通過(guò)分析故障差速器軸承的失效原因，可減少或避免此類問(wèn)題的再次發(fā)生。

2　某型車差速器軸承故障分析

2.1概況

某差速器軸承共2套，安裝在同一根軸上，結(jié)構(gòu)均為圓錐滾子結(jié)構(gòu)，基本尺寸不同。分別稱為前軸承和后軸承。反饋信息為車輛行駛里程1 5 630km時(shí)出現(xiàn)異響，對(duì)軸承進(jìn)行更換，異響消失。

2.2故障件外觀分析

首先對(duì)軸承整體外觀進(jìn)行檢查，無(wú)變形、無(wú)斷裂及明顯的顏色變化，然后對(duì)軸承進(jìn)行分解檢查。

2.2.1前軸承

2.2.1.1外圈

如圖1所示，前軸承外圈滾道有沿周向約90°角范圍內(nèi)的疲勞剝落區(qū)域，剝落區(qū)域?qū)挾冉咏鼭L子的長(zhǎng)度。外滾道的其他區(qū)域存在點(diǎn)蝕，滾道顏色無(wú)異常，見圖2。

由圖3可見，軸承外徑表面存在異常磨損痕跡，磨損痕跡沿外徑周向遍布整個(gè)外徑表面，顏色變暗。

圖1　前軸承外滾道剝落形貌

圖2　前軸承外滾道點(diǎn)蝕外觀

圖3　前軸承外徑缺陷形貌

2.2.1.2內(nèi)圈

軸承內(nèi)滾道沿滾道周向約50°角范圍內(nèi)出現(xiàn)片狀的疲勞剝落，面積約3cm2，剝落點(diǎn)靠近內(nèi)圈大擋邊側(cè)，大擋邊和小擋邊無(wú)損傷，見圖4。內(nèi)徑沿周向360°范圍存在拖拽痕跡，見圖5。

圖4　前軸承內(nèi)滾道缺陷形貌

圖5　前軸承內(nèi)徑缺陷形貌

2.2.1.3滾子

全部22粒滾子都存在不同程度的疲勞剝落。剝落主要存在滾子的滾動(dòng)表面上，沿滾子滾動(dòng)表面360°范圍，軸向主要分布在距離滾子大頭端面1/4到滾子小頭端面區(qū)域。

圖6　前軸承滾子缺陷形貌

2.2.2后軸承

2.2.2.1外圈

由圖7可以看出，后軸承外圈滾道有不明原因的磨損現(xiàn)象，磨損沿外滾道周向360°范圍分布，磨損痕跡深淺不一。磨損寬度近似等于滾子有效長(zhǎng)度，顏色變暗。外徑存在兩條變色帶，呈現(xiàn)淺褐色，沿外徑360°分布，見圖8。

圖7　后軸承外滾道缺陷形貌

圖8　后軸承外徑缺陷形貌

2.2.2.2內(nèi)圈

內(nèi)圈滾道周向360°范圍存在磨損，磨損痕跡沿滾道周向，見圖9。內(nèi)徑存在輕微磨損痕跡及銹蝕點(diǎn)，磨損沿周向分布，見圖10。

圖9　后軸承內(nèi)滾道缺陷形貌

圖10　后軸承內(nèi)徑缺陷形貌

2.2.2.3滾子

全部22粒滾子都存在磨損，磨損痕跡、形貌與外圈、內(nèi)圈滾道磨損痕跡相對(duì)應(yīng)。

圖11　后軸承滾子缺陷形貌

2.3故障件檢測(cè)

根據(jù)故障的形貌特征對(duì)故障件進(jìn)行外形尺寸、硬度、組織的檢測(cè)。經(jīng)測(cè)量，內(nèi)徑、外徑、寬度、裝配高、硬度均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3.1硬度檢測(cè)（表1）

表1　軸承零件硬度檢測(cè)結(jié)果 HRC

2.3.2組織檢測(cè)（表2）

表2　軸承零件組織檢測(cè)結(jié)果

滾動(dòng)體剝落區(qū)顯微組織如圖12所示，因受高溫影響其顯微組織與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的淬回火顯微組織級(jí)別圖不符。

圖12　滾動(dòng)體剝落區(qū)顯微組織

按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，前軸承內(nèi)、外套及滾動(dòng)體硬度均合格；內(nèi)、外套的心部及剝落區(qū)顯微組織均合格，滾動(dòng)體心部顯微組織合格，滾動(dòng)體剝落區(qū)因受高溫影響其顯微組織與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的淬回火顯微組織級(jí)別圖不符。后軸承內(nèi)、外套及滾動(dòng)體硬度均合格；內(nèi)、外套及滾動(dòng)體的心部及工作表面顯微組織均合格。

2.4可能性分析

根據(jù)赫茲理論，疲勞剝落有2種起源。

（1）次表面起源型疲勞。根據(jù)赫茲理論，在滾動(dòng)接觸載荷作用下，組織發(fā)生變化并在表面下某一深度（即次表面）開始出現(xiàn)顯微裂紋，顯微裂紋的出現(xiàn)常常是由軸承鋼中的夾雜物引起的。在白色侵蝕區(qū)（蝴蝶形）邊緣觀察到顯微裂紋通常向滾動(dòng)接觸表面擴(kuò)展，進(jìn)而產(chǎn)生小片狀剝落、剝落（麻點(diǎn)），然后剝離。

（2）表面起源型疲勞是由表面損傷造成的一種失效模式［1］。

根據(jù)本軸承的失效形式初步判斷是由于表面損傷引起的疲勞剝落。綜合兩套軸承的失效特征初步判斷為軸承安裝不到位或軸、殼體精度不夠?qū)е螺S承失效。

2.5疲勞剝落過(guò)程分析

軸承為薄壁零件，易受到軸或殼體精度的影響，或由于安裝不到位導(dǎo)致軸承受載不均等情況。某些部位出現(xiàn)載荷過(guò)大情況。在高頻交變應(yīng)力的作用下出現(xiàn)裂紋，逐步擴(kuò)展最終導(dǎo)致前軸承的疲勞剝落。疲勞剝落物在軸承內(nèi)受到碾壓，對(duì)軸承的其他部位造成二次損傷，同時(shí)導(dǎo)致軸承出現(xiàn)異常音。由于支撐不均勻造成在軸承外徑接觸區(qū)域、內(nèi)徑周向360°范圍內(nèi)出現(xiàn)拖拉痕跡。同時(shí)，持續(xù)異常的摩擦導(dǎo)致前軸承溫度過(guò)高，使?jié)L子組織發(fā)生變化。前軸承和后軸承安裝在同一根軸上，由于前軸承的受載不均及滾道的剝落導(dǎo)致后軸承出現(xiàn)不正常的磨損，即內(nèi)、外滾道及內(nèi)、外徑出現(xiàn)磨損。

3　結(jié)論

通過(guò)以上分析，判斷導(dǎo)致軸承異響及疲勞剝落的可能原因是軸承安裝不到位導(dǎo)致軸承受載不均，局部應(yīng)力過(guò)大，造成前軸承出現(xiàn)早期疲勞剝落，后軸承出現(xiàn)不正常的磨損。

軸承配合選擇不僅包括尺寸的選擇，還包括配合精度的選擇及配合面實(shí)際的加工質(zhì)量，因此，差速器軸承的安裝必須在干燥、清潔的環(huán)境條件下進(jìn)行；安裝前應(yīng)仔細(xì)檢查軸和外殼的配合表面、凸肩的端面、溝槽和連接表面的加工質(zhì)量；所有配合連接表面必須仔細(xì)清洗并除去毛刺，這樣才能有效避免因軸承與配合件的精度不匹配導(dǎo)致的軸承早期故障。

［1］T.A.Harris.滾動(dòng)軸承分析［M］.洛陽(yáng)：洛陽(yáng)軸承研究所，1997.

（編輯：鐘 媛）

Fault analysis of a certain type of vehicle differential bearing

Wang Duoliang1，Weng Shixi1，Li Baoyu2

（1.Manufacturing Technology Department，Harbin Bearing Group Corporation，Harbin 150036，China； 2.Cage Department，AVIC Harbin Bearing Co.，Ltd.，150025，China）

In view of the early fatigue spalling failure of a certain type of vehicle differential bearing， the reason is analyzed， and the result is that the bearing installation is not in place or the case accuracy over tolerance leads to bearing premature failure.

tapered roller bearing； early fatigue spalling ； differential； wear

TH133.33+2

B

1672-4852（2016）01-0014-03

2016-01-11.

王多亮（1980-），男，工程師.