某汽車用圓錐滾子軸承失效分析

王弘慧，王多亮

（1.哈爾濱軸承集團公司 質量控制部，黑龍江 哈爾濱 150036；2. 中航工業哈爾濱軸承有限公司 研發中心，黑龍江 哈爾濱 150036）

1 前言

某汽車離合器用圓錐滾子軸承經過可靠性耐久試驗后，在拆卸過程中發現部分滾子、套圈滾道出現疲勞剝落現象，影響了汽車的安全運行。通過對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生，延長軸承的使用壽命，保證汽車正常運行。

2 軸承結構參數及工況條件

2.1 軸承結構及參數

此軸承結構是圓錐滾子軸承，見圖1，參數見表1。

圖1 軸承結構示意圖

表1 軸承參數

2.2 工況條件

軸承工作轉速2400r/min，溫度-40～120℃，采用飛濺潤滑。內圈與軸過盈配合旋轉、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

軸承經分解后可見軸承內圈滾道120°角度范圍內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°角度范圍內可見明顯的點蝕現象，見圖4， 部分滾子滾動表面出現剝落，見圖5，保持架無明顯的變形。

圖3 內圈滾道疲勞剝落

圖4 外圈滾道點蝕現象

圖5 滾子滾道表面剝落

3.2 原因分析

滾動疲勞的機理很復雜，有最大靜態剪應力理論、最大動態剪應力理論，這兩種理論都認為表面下剪應力反復作用在非金屬夾雜物等缺陷處產生了微小的裂紋，進而擴展到表面產生了疲勞剝落。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、潤滑不良、潤滑劑不合適；

（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）異物進入，如水、顆粒雜質。

3.3 軸承檢測

根據需要對失效軸承進行了各部件硬度、淬回火組織檢測。由于套圈、滾子出現大量的剝落情況，無法對滾道進行相關尺寸的檢測，只對內徑、外徑進行了檢測，見表2 。由以上檢測數據可知，軸承各部件的硬度、淬回火組織、內、外徑尺寸均符合相應標準的規定，滿足產品圖紙的要求。

表2 硬度、淬回火組織、內徑、外徑尺寸檢測結果

3.4 軸承失效分析

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

從內圈滾道120°角度范圍內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，內圈在隨軸一起旋轉時造成部分內圈滾道始終處于過載狀態，進而導致了早期疲勞剝落的產生；由于內圈旋轉，內圈過載區域將通過整個外圈滾道，經過一段時間的碾壓，造成外圈滾道形成點蝕，如果再經過一段時間的運轉，外圈滾道很可能將出現疲勞剝落現象。

造成偏載的原因經初步分析可能有以下幾種。

（1）軸承的內徑存在偏心；

（2）軸存在偏心；

（3）軸與軸承在安裝過程中出現不同軸現象；

（4）軸承安裝完后，錐齒輪對軸承的徑向跳動過大。

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

4 預防措施

針對本軸承的失效方式，為保證軸承性能，延長軸承的壽命，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、硬質顆粒等異物的進入；

（3）選取合適的潤滑方式及潤滑劑；

（4）選取合適的預載荷，避免因預載荷過大導致軸承發熱異常或過小造成整個設備剛性不夠，旋轉精度不合格。

5 結束語

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，導致本軸承失效的最終原因需要通過進一步分析、試驗、故障重現才能確定。為確保車輛的安全行駛，避免此類問題的出現，最后提出了選用及安裝軸承時的幾點建議。