汽車分動器軸承故障淺析

翁世席, 公 平，李 穎

（1.哈爾濱軸承集團公司 制造技術部，黑龍江 哈爾濱 150036；2.中國航發哈爾濱軸承有限公司 研發中心，黑龍江 哈爾濱 150025；3. 哈爾濱電力職業技術學院，黑龍江 哈爾濱 150030）

汽車分動器軸承故障淺析

翁世席1, 公 平2，李 穎3

（1.哈爾濱軸承集團公司 制造技術部，黑龍江 哈爾濱 150036；2.中國航發哈爾濱軸承有限公司 研發中心，黑龍江 哈爾濱 150025；3. 哈爾濱電力職業技術學院，黑龍江 哈爾濱 150030）

通過對一種四驅SUV（越野汽車）分動器軸承故障的檢測與分析，探討汽車分動器軸承常見故障及其產生的原因，試提出降低SUV汽車分動器軸承故障的方法，為提高SUV傳動系統軸承的可靠性提出改善意見。

汽車；分動器；軸承故障

1 前言

近些年，隨著汽車行業的飛速發展，汽車的種類越來越多樣化、多功能化。在眾多汽車類型中，城市SUV廣受用戶喜愛，并逐漸占據了家用汽車市場的半壁江山。由于該類車型結構上的特點，其車重大于普通轎車，且性能又要部分達到越野車的等級，因此對動力及其傳動系統的要求也有所提高。在此情況下，轎車平臺的部分部件已經不能達到SUV使用的要求，對于某些重要部位的部件，甚至要借用卡車平臺才能保證SUV的整車質量。

SUV汽車的分動器是傳動系統的重要組成部分，分動器整體不但起到分配動力的作用，同時，還起到了減速的作用，分動器所使用軸承一般為非標型號的圓錐滾子軸承，使用過程中軸承普遍受到徑向與軸向的聯合載荷。

2 故障描述

某汽車公司反饋，其使用的某型城市SUV分動器軸承出現損壞，保持架變形，導致分動器故障，客戶抱怨。

通過對故障件的觀察，軸承內圈、外圈滾道均有劃傷、卡傷。外圈大端面有小部分材料粘連，內圈小端面有圓周方向劃痕（圖 1、2、3）。保持架扭曲變形、斷裂、硬化且顏色變深（圖 4），滾動體有劃傷，顏色變深。

圖1 外圈滾道

圖2 內圈滾道

圖3 外圈端面

圖4 保持架斷裂

通過對軸承各零件的狀態觀察，初步確定軸承故障的主要現象是：保持架扭曲變形、斷裂。

3 故障樹分析

根據GB/T 24611-2009/ISO 15243：2004 標準可知，該軸承的故障樹見圖 5。

圖5 軸承故障樹

安裝不當主要是由工具敲擊在淬硬的軸承零件上造成金屬缺損。該軸承套圈完整，排除安裝不當造成的保持架失效。

潤滑不良和滾子旋轉不靈活或速度過高或載荷頻繁變化會造成作用在保持架上的力過大，致使保持架斷裂。

軸承振動或沖擊將會使保持架受力引起斷裂失效。

根據某圓錐滾子軸承的失效表現和保持架扭曲斷裂現象判斷，該軸承的失效模式應為外力作用導致保持架發生變形斷裂現象。

4 驗證過程

（1）對某軸承的套圈、滾動體進行了硬度及金相組織檢測，檢測結果見表 1 和表 2。

通過表 1 和表 2 檢測結果說明，某圓錐滾子軸承套圈及滾子組織合格，但是硬度均有所下降，滾子硬度最低，內圈其次，外圈最高。由此可以得出，滾子受到的溫度最高，內圈溫度其次，外圈溫度最低。內、外圈溫度的不同是由于內圈尺寸小散熱差以及與滾子接觸循環多于外圈因此其受熱溫度會高于外圈。

為驗證不同溫度對軸承硬度的影響，利用箱式電爐，取某圓錐滾子軸承成品軸承外圈 4 組，每組 5件，將電爐分別加熱至250℃、350℃、450℃、550℃，放入經檢測硬度合格的外圈，加熱3～5min后將外圈取出自然冷卻，檢測硬度，其硬度變化情況見表 3。

表1 硬度檢測

零件組織標準實測

表3 硬度變化情況

由試驗結果（表 3）可知，故障軸承應經歷過高溫回火效應，導致軸承零件硬度有所降低。

觀察損壞的保持架，其明顯有一個破壞源點（如圖 6），而且由保持架滾子兜孔大端偏向一個方向可知，滾子碾壓轉動從而對保持架梁產生非正常拖動力，滾子與保持架劇烈摩擦生熱，保持架在受力、摩擦的情況下產生變形。在滾子與保持架的摩擦生熱的情況下，保持架產生受熱硬化。滾子及套圈在此熱量情況下會產生高溫回火效應。

（2）根據GB/T 26411-2009/ISO 15243：2004標準，保持架變形產生于大徑處（圖 6、圖7），因此排除潤滑不良、速度過高、載荷頻繁變化等原因，變形斷裂應為存在不應有的載荷即外力造成。

5 綜合分析

圖6 保持架破壞源點

圖7 保持架變形位置（產生于大徑處）

保持架的損壞是由于存在不應有的載荷作用導致旋轉不暢，從而與滾子產生相互干涉產生的。而這種載荷有三種可能：

（1）滾子破壞導致旋轉不暢，保持架受到拖動。

（2）軸承承受較大的傾覆力矩導致滾子扭轉，對保持架產生拖動。

（3）異物進入阻礙保持架正常旋轉。

首先，如果滾子產生破壞（如剝落或斷裂），必然會與滾道產生劇烈相互摩擦，從而在滾子與滾道接觸處發生磨損，而觀察內、外圈滾道后發現，除有劃痕外，并無明顯磨損痕跡，因此排除原因（1）。

其次，軸承在承受較大傾覆力矩的情況下，由于局部應力的集中，會產生局部磨損或剝落。觀察軸承套圈，亦無此現象。所以排除產生傾覆力矩的原因（2）。

最后，通過仔細觀察保持架的損壞形貌，可以發現滾子的旋轉方向應為圖 8 中所示，在此情況下，保持架梁的碾壓均發生在滾子前進方向一邊，可知這種相對碾壓應是由于滾子旋轉前進、而保持架受到阻滯的情況下發生的，推測受到阻滯的點應為保持架破壞源點（圖 8 中直箭頭所示），此處在受到外力作用下導致保持架阻滯，從而與滾子產生干涉摩擦，最終在滾子的拖動力下斷裂，同時，由于保持架阻止滾子繼續滾動，導致滾子原地滑動并承載載荷作用力，從而在軸承外圈形成壓痕（圖 1）。

圖8 滾子的旋轉方向（曲箭頭所示）和保持架破壞源點（直箭頭所示）

根據以上的分析內容，可以推出以下結論：

某圓錐滾子軸承失效過程為：異物進入導致保持架受到外力作用而阻滯旋轉，在滾子的碾壓摩擦下保持架與滾子溫度升高從而導致整個軸承產生回火效應，拖動力的進一步作用致使保持架產生扭曲變形、斷裂，最終導致軸承失效。

6 結束語

汽車傳動系統故障是汽車主要部件故障，屬于核心問題，一旦發生則涉及到索賠甚至是整車召回，因此應該引起國內汽車廠家的足夠重視。而從歷年來本企業所發生的汽車傳動系統軸承的故障原因來看，異物進入是首當其沖的。異物包括零件加工殘留物、磨損碎屑物、滑油顆粒物等，這些異物小則引起劃痕、點蝕、疲勞，大則引起零件阻滯、變形、斷裂等問題。因此，鑒于此情況，建議汽車生產企業嚴格控制汽車傳動系統裝配清潔度，以降低類似問題的發生概率。

（編輯：王立新）

Analysis of automobile actuator bearing fault

Weng Shixi1, Gong Ping2, Li Ying3
( 1.Manufacturing Technology Department, Harbin Bearing Group Corporation, Harbin 150036, China; 2. AECC Harbin Bearing Co., Ltd., Harbin 150025,China; 3. Harbin Electric Power Vocational Technology College, Harbin 150030, China )

Through the detection and analysis of a four-wheel drive SUV(cross-country vehicle) actuator bearing fault, common faults and their causes of automobile actuator bearing are discussed ,and the method is proposed to reduce the SUV actuator bearing fault, and improvement suggestions for improving the bearing reliability of SUV transmission system are proposed.

automobile; actuator; bearing fault

TH133.33+2

B

1672-4852（2017）01-0012-03

2016-12-22.

翁世席（1986-），男 ，工程師.