某VM發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)向軸承失效原因分析

鄒偉仁

江西五十鈴發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司 江西 南昌 330200

前言

軸承是機(jī)械設(shè)備中一種重要零件，是在運(yùn)動(dòng)副中與兩構(gòu)件接觸并為產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)聯(lián)接。其主要功能是支撐機(jī)械旋轉(zhuǎn)體，降低其運(yùn)動(dòng)過程中的摩擦系數(shù)，并保證其運(yùn)動(dòng)精度。軸承按運(yùn)動(dòng)元件摩擦性質(zhì)的不同，可分為滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩大類。滾動(dòng)軸承按滾動(dòng)體的形狀，可分為球軸承和滾子軸承兩大類。

目前多數(shù)汽車廠采用的滾動(dòng)軸承做導(dǎo)向軸承，使MT變速器一軸與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪合件完成活動(dòng)聯(lián)接。導(dǎo)向軸承在發(fā)動(dòng)機(jī)與MT變速器連接機(jī)構(gòu)中扮演著重要角色，如果導(dǎo)向軸承出現(xiàn)卡滯脫落失效，車輛換檔費(fèi)力或無法變換檔位，這是車輛致命缺陷。針對(duì)海獅VM導(dǎo)向軸承出現(xiàn)失效故障，我們進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與機(jī)理分析，提出了整改措施，已很好地解決了發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)向軸承卡滯脫落失效故障。

1 問題描述

某公司在開發(fā)海獅VM發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，為降低成本，將KD件雙質(zhì)量飛輪設(shè)計(jì)為單質(zhì)量飛輪，設(shè)計(jì)開發(fā)借鑒KD件結(jié)構(gòu)，將海獅VM發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)向軸承選型為NK19/20滾針軸承，但在海獅汽車PP生產(chǎn)階段時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)向軸承出現(xiàn)了卡滯脫落現(xiàn)象，失效主要故障見標(biāo)識(shí)區(qū)圖1～2。

圖1 全部滾針被頂出

圖2.1 一根滾針脫落

圖2.2 保持架被頂破

2 調(diào)查過程&結(jié)果

2.1 故障統(tǒng)計(jì)與整改目標(biāo)

某汽車廠在TTO、1PP、2PP階段，共生產(chǎn)了50臺(tái)海獅汽車，但在售后0公里出現(xiàn)10起導(dǎo)向軸承卡滯脫落現(xiàn)象，故障率高達(dá)1/5。

顧客抱怨極大，列入專項(xiàng)整改，設(shè)立目標(biāo)值：整改后售后0公里故障率≤0.1‰。

2.2 緊急與臨時(shí)措施

立即更換故障機(jī)上的導(dǎo)向軸承；100%排查確認(rèn)整車廠與發(fā)動(dòng)機(jī)廠的庫存發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪上的導(dǎo)向軸承狀態(tài)；對(duì)外購導(dǎo)向軸承、飛輪合件供應(yīng)商進(jìn)行專項(xiàng)審核，發(fā)動(dòng)機(jī)終檢100%點(diǎn)檢發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)向軸承。

序號(hào)影響因素末端原因調(diào)查方法調(diào)查結(jié)果1導(dǎo)向軸承問題軸承尺寸不合格檢測(cè)故障件、抽查庫存件OK 2軸承滾針?biāo)蓜?dòng)抽查庫存件NG 3軸承內(nèi)支架端面無倒角檢測(cè)故障件、抽查庫存件NG 4飛輪合件軸承孔問題軸承孔徑超差檢查故障件、抽查庫存件OK 5軸承孔與端面不垂直檢查故障件、抽查庫存件OK 6裝配工藝問題發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工藝不合理確認(rèn)作業(yè)順序書與基準(zhǔn)書OK 7整車發(fā)變連接工藝不合理現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查整車連接過程N(yùn)G 8設(shè)計(jì)匹配問題變速箱一軸與導(dǎo)向軸承不匹配設(shè)計(jì)校核OK 9 NK19/20軸承強(qiáng)度不夠設(shè)計(jì)校核OK

2.3 故障原因調(diào)查

2.3.1 導(dǎo)向軸承問題

經(jīng)檢測(cè)故障件及抽查庫存件，確認(rèn)導(dǎo)向軸承內(nèi)外徑、高度、跳動(dòng)均符合要求。

經(jīng)檢測(cè)導(dǎo)向軸承滾針有松動(dòng)，軸承保持架端面無倒角。

滾針?biāo)蓜?dòng)及保持架端面無倒角，可致使導(dǎo)向軸承卡滯脫落失效。

導(dǎo)向軸承，NK19/20（滾針軸承）檢測(cè)抽查結(jié)果項(xiàng)目技術(shù)要求故障件1故障件2庫存件1庫存件2庫存件3庫存件4庫存件5判定內(nèi)徑φ19 33/20μm//25 24 28 26 25 OK高度20 0/-120μm-50-50-60-50-70-70-60 OK外徑φ27 0/-9μm-4-5-5-4-7-6-8 OK跳動(dòng)徑向跳動(dòng)≤15μm//8 9 8 9 7 OK滾針?biāo)蓜?dòng)//NG NG NG NG NG NG保持架端面無倒角NG NG NG NG NG NG NG NG

2.3.2 飛輪合件軸承孔問題

經(jīng)對(duì)故障件和庫存件檢測(cè)，軸承孔內(nèi)徑和垂直度符合圖紙要求。

軸承孔與導(dǎo)向軸承的裝配關(guān)系是過度配合（符合設(shè)計(jì)要求）。

1005060RCK飛輪合件軸承孔檢測(cè)結(jié)果項(xiàng)目技術(shù)要求故障件1故障件2庫存件1庫存件2庫存件3庫存件4庫存件5庫存件6庫存件7庫存件8判定內(nèi)徑φ27-7/-26μm-10-19-15-16-14-13-18-16-17-18 OK垂直度⊥φ 0.05 50μm//20 34 32 40 45 30 20 16 OK

2.3.3 裝配工藝問題

2.3.3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工藝不合理

導(dǎo)向軸承裝配工藝要求使用專用工裝將導(dǎo)向軸承壓裝在飛輪軸承孔內(nèi)，確認(rèn)導(dǎo)向軸承裝配正常后，再涂HP-2潤滑脂；發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試工序使用專用臺(tái)架進(jìn)行測(cè)試,為了不流出不良品，在終檢工序100%點(diǎn)檢確認(rèn)飛輪導(dǎo)向軸承。經(jīng)調(diào)查，作業(yè)順序書與作業(yè)基準(zhǔn)書一致，未發(fā)現(xiàn)作業(yè)異常現(xiàn)象，確認(rèn)排除發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工藝不合理導(dǎo)致故障。

2.3.3.2 整車發(fā)變連接工藝不合理

在整車廠發(fā)變連接工序中，每臺(tái)需要調(diào)整變速箱1～3次才能完成一軸插入導(dǎo)向軸承孔內(nèi)，完成發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱連接的關(guān)鍵工步。調(diào)查確認(rèn)整車廠的連接工藝極易損壞NK19/20滾針軸承。因費(fèi)用問題，整車廠不同意改造發(fā)變連接裝備，故需要對(duì)導(dǎo)向軸承與一軸等進(jìn)行優(yōu)化來解決故障。

2.3.4 設(shè)計(jì)匹配問題

2.3.4.1 一軸與導(dǎo)向軸承配合問題

校核海獅車變速箱一軸各長度尺寸、一軸

外徑與導(dǎo)向軸承內(nèi)孔配合屬于間隙配合，長度尺寸與公差配合符合設(shè)計(jì)要求。

項(xiàng)目技術(shù)要求變速一軸外徑φ19-16/-27μm導(dǎo)向軸承內(nèi)徑φ19 33/20μm

2.3.4.2 NK19/20軸承選型額定載荷不足

發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)向軸承不但要承載變速箱一軸傳遞的徑向載荷，還需承受連接工序一軸的軸向擠壓力。

經(jīng)過查找國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5801-2006，校核計(jì)算NK19/20軸承徑向額定動(dòng)載荷Cr,為14000kN，滿足柴油發(fā)動(dòng)機(jī)徑向載荷要求。因NK19/20不能承受軸向載荷，不滿足整車發(fā)變連接要求，是產(chǎn)生故障的主要原因。

軸承型號(hào)外徑D內(nèi)徑d寬B額定徑向載荷(kN)極限轉(zhuǎn)速(rpm)D d B動(dòng) Cr靜 Cor脂油RNA 4901 24 16 22 16.2 21.5 13000 19000 NK19/20 27 19 20 16 22.2 14000 21000 6203-2Z 40 17 12 9.58 4.78 16000 20000 6004-2Z 42 20 12 5.02 9.38 16000 19000

3 對(duì)策制定

通過調(diào)查與分析，因NK19/20軸承不能承受軸向載荷，不適合整車廠裝配，是導(dǎo)致的導(dǎo)向軸承卡滯脫落的主要原因。因發(fā)動(dòng)機(jī)廠無法控制整車廠裝配策略，經(jīng)過雙方技術(shù)質(zhì)量對(duì)接，確認(rèn)從設(shè)計(jì)上進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)動(dòng)機(jī)廠重新選型優(yōu)化導(dǎo)向軸承（參考GB/T276-1994標(biāo)準(zhǔn)），整車廠優(yōu)化變速箱一軸。優(yōu)化方案如下：

零部件更改前優(yōu)化后子零件主要參數(shù)說明主要參數(shù)說明飛輪總成飛輪軸承孔徑φ27 φ42導(dǎo)向軸承型號(hào)NK19/20承受徑向載荷大，不能承受軸向載荷，需加注潤滑脂。6004-2Z主要承受徑向載荷，也可承受軸向載荷，無需加注潤滑脂。變速箱一軸外徑φ19 φ20

4 驗(yàn)證結(jié)論

實(shí)施上述方案后，改善了整車廠發(fā)變連接困難問題，發(fā)變連接效率至少提高二倍以上，減少了售后費(fèi)用和降低了生產(chǎn)成本。從整車廠SOP后1200臺(tái)的汽車生產(chǎn)過程和售后3IMS的質(zhì)量數(shù)據(jù)來看，未收到發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)向軸承卡滯脫落故障，可以確認(rèn)售后0公里故障率低于0.1‰，整改達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。