某汽车用圆锥滚子轴承失效分析

2013-10-11王弘慧王多亮

哈尔滨轴承 2013年2期

王弘慧，王多亮

（1.哈尔滨轴承集团公司质量控制部，黑龙江哈尔滨 150036；2. 中航工业哈尔滨轴承有限公司研发中心，黑龙江哈尔滨 150036）

1 前言

某汽车离合器用圆锥滚子轴承经过可靠性耐久试验后，在拆卸过程中发现部分滚子、套圈滚道出现疲劳剥落现象，影响了汽车的安全运行。通过对此失效轴承的初步分析，找到此轴承疲劳失效的原因，减少或者避免此类问题的发生，延长轴承的使用寿命，保证汽车正常运行。

2 轴承结构参数及工况条件

2.1 轴承结构及参数

此轴承结构是圆锥滚子轴承，见图1，参数见表1。

图1 轴承结构示意图

表1 轴承参数

2.2 工况条件

轴承工作转速2400r/min，温度-40～120℃，采用飞溅润滑。内圈与轴过盈配合旋转、外圈与壳体配合。径向载荷11700N，轴向载荷160N。安装位置见图2。

图2 轴承安装位置

3 失效分析

3.1 外观分析

轴承经分解后可见轴承内圈滚道120°角度范围内有明显的碾压痕迹及大块的疲劳剥落处，见图3；外圈滚道360°角度范围内可见明显的点蚀现象，见图4，部分滚子滚动表面出现剥落，见图5，保持架无明显的变形。

图3 内圈滚道疲劳剥落

图4 外圈滚道点蚀现象

图5 滚子滚道表面剥落

3.2 原因分析

滚动疲劳的机理很复杂，有最大静态剪应力理论、最大动态剪应力理论，这两种理论都认为表面下剪应力反复作用在非金属夹杂物等缺陷处产生了微小的裂纹，进而扩展到表面产生了疲劳剥落。早期疲劳剥落是轴承一种异常的失效形式。造成疲劳失效的原因很多很复杂。主要有以下几方面因素：

（1）轴承本身的因素，如轴承游隙不恰当、润滑不良、润滑剂不合适；

（2）轴、轴承箱的精度不好，轴承箱的刚性不均，轴的挠度大；

（3）安装不良；

（4）载荷过大；

（5）异物进入，如水、颗粒杂质。

3.3 轴承检测

根据需要对失效轴承进行了各部件硬度、淬回火组织检测。由于套圈、滚子出现大量的剥落情况，无法对滚道进行相关尺寸的检测，只对内径、外径进行了检测，见表2 。由以上检测数据可知，轴承各部件的硬度、淬回火组织、内、外径尺寸均符合相应标准的规定，满足产品图纸的要求。

表2 硬度、淬回火组织、内径、外径尺寸检测结果

3.4 轴承失效分析

由图2 可知本轴承采用面对面配对形式使用。轴承安装到位后，通过垫片对轴承施加合适的预载荷，使所有滚动体均匀受力，提高轴承的刚性、旋转精度。

从内圈滚道120°角度范围内有明显的碾压痕迹及大块的疲劳剥落分析，轴承受到了偏心载荷的作用，内圈在随轴一起旋转时造成部分内圈滚道始终处于过载状态，进而导致了早期疲劳剥落的产生；由于内圈旋转，内圈过载区域将通过整个外圈滚道，经过一段时间的碾压，造成外圈滚道形成点蚀，如果再经过一段时间的运转，外圈滚道很可能将出现疲劳剥落现象。

造成偏载的原因经初步分析可能有以下几种。

（1）轴承的内径存在偏心；

（2）轴存在偏心；

（3）轴与轴承在安装过程中出现不同轴现象；

（4）轴承安装完后，锥齿轮对轴承的径向跳动过大。

以上四种情况可能造成轴承偏载并对轴承施加过大的载荷，造成轴承的性能下降，寿命减少，过早地出现疲劳剥落。