ZK6110H客車輪轂軸承的故障失效分析

焦紅蘭

摘 要：汽車輪轂軸承從受力分析看，主要承受通過懸架系統傳遞而來的汽車的重量，但從裝配關系看，汽車輪轂軸承主要與制動系統連接裝配。所以輪轂軸承也是汽車的重要件，對汽車整體性能起著關鍵的作用。本文結合客車輪轂軸承的使用工況及對售后反饋輪轂軸承的失效型式、失效軸承的材料、硬度等狀況進行分析，列出造成軸承失效的主要原因。

關鍵詞：滾動軸承 質量失效 輪轂軸承

中圖分類號：U469 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（c）-0044-02

1 產品結構介紹

圓錐滾子軸承主要由內圈、外圈、滾子以及保持架組成，幾何形狀見圖1。圓錐滾子軸承有以下特點。

內、外輪轂軸承分別安裝在后輪鼓內腔，見圖2裝配位置示意圖。通過鎖緊螺母將兩軸承的預緊達到一個理想的間隙。軸承的預緊對軸承本身的失效起著至關重要的作用。如何合理的裝配和零件質量的提高對軸承失效的控制很重要。

汽車輪轂軸承既承受徑向載荷又承受軸向載荷，是一個非常重要的安全件。國內大部分客車都是采用傳統的兩套單獨的圓錐滾子軸承，如圖2所示，內、外輪轂軸承分別安裝在后輪鼓內腔，通過鎖緊螺母將兩軸承的預緊達到一個理想的間隙。如何合理的裝配和零件質量的提高對軸承失效的控制很重要。這種結構是在汽車裝配時需要進行調整游隙、預緊、添加潤滑脂等，質量靠裝配過程中諸多人為因素控制。

2 售后數據的分析

根據售后服務的數據分析，共有33起軸承失效故障，頻次分別為開裂、破損、斷裂的情況57%；噪音大故障為19%；磨損（使用后松曠，松脫）故障為19%；燒蝕、燒損故障為5%；軸承失效原因分類見圖3。從數據上分析排除批量性的問題，是偶發性的故障。批量性的故障重點從材質、產品設計、產品選型等問題去考慮分析，偶發性從裝配情況，熱處理等情況去分析考慮。0～2000 km無失效故障說明整車出廠前沒有失效故障；到2500 km后陸續出現開裂、斷裂等故障，失效件有部分出現在客車公司強制保養的過程后出現故障。由于客車公司要求在2000～3000 km數強制保養，很大一部分軸承失效是保養過程中沒有將軸承的軸向間隙調整到合理的間隙范圍，造成軸承失效。初步推斷出失效原因可能為軸承軸向間隙過大或過小、軸承套圈硬度偏高、配合過盈量等原因。軸承失效故障件行駛里程（公里）見圖4排列圖。

3 通過魚刺圖對汽車輪轂軸承失效故障的分析

我們對造成輪轂軸承故障的現狀進行了分析，組織小組成員運用頭腦風暴法，結合目前現有的統計數據，從人（人的要求）、機（工裝、設備、量檢具等）、料（零部件、實物等）、法（標準、產品文件、工藝文件等）、環（環境因素等）和測六方面進行分析，繪制了導致輪轂軸承失效的魚刺圖，見圖5。

結合對人、機、料、法、環和測6個方面描繪出的輪轂軸承失效的魚刺圖以及從返回的售后失效件來看，初步推斷出失效原因可能為軸承軸向間隙過大或過小、軸承套圈硬度偏高、配合過盈量等原因。綜合分析，原因如下：

（1）在2000～3000 km數強制保養，保養過程中沒有將軸承的軸向間隙調整到合理的間隙范圍。

（2）工藝要求打緊螺母后退回1/8～1/4圈，裝配工所測的8～15 Nm軸承預緊力矩是假象，并不是真實的數值了（此時油封座圈和軸承是否已經到了合適的位置）。

（3）軸承套圈硬度偏高，小擋邊易掉塊，以至于使得開裂、破裂等失效。

（4）配合過盈量小（軸承的內徑或外徑超差未能及時檢驗出造成套圈打滑燒損）導致軸承套圈打滑產生熱裂紋。

（5）軸承保持架竄動量大，導致噪音大。

（6）在生產包裝前，有異物、粉塵、油污等進入軸承，軸承沒有清洗干凈造成磨損，使用后松曠，松脫。

4 糾正和改進措施的制定

輪轂軸承故障失效原因分析清楚后，組織相關職能人員對分析的問題逐項進行解決：

（1）起草指導文件說明在2000～3000 km數強制保養過程中裝配軸承的軸向間隙的注意事項，并通過客車企業的售后部門傳達至維修站。

（2）裝配工藝作相關調整：敲入輪轂外軸承內圈，然后裝上輪轂軸承調整螺母，將輪轂軸承調整螺母擰緊，擰緊力矩為500～550 Nm，然后松開螺母，用手轉動制動鼓2～3圈確定軸承正確就位，再擰緊到500～550 Nm，然后用手轉動制動鼓應感到沉重以確定軸承預緊，然后退回1/8～1/4圈。這樣反復的打緊松開目的為了消除軸承之間，以及油封座圈假象的位置，確保所測的8～15 Nm預緊力矩為真實的。

（3）要求軸承制造廠家：熱處理嚴格控制零件淬火硬度并增加回火工藝，將硬度控制在標準中的下限HRC60-63。對每批軸承零件熱處理硬度抽檢檢驗，發現硬度高于HRC63的零件，立即通知熱處理按200 ℃高溫回火處理。

（4）軸承生產過程中：對零件內徑及外徑百分百檢驗后，增加由終檢驗收，按抽樣方案標準GB2828-87《逐批檢查計數抽樣程序及抽樣表》檢驗合格后，再進入裝配。

（5）更改軸承保持架裝配檢查工藝，對成品軸承保持架收縮量的檢驗由抽檢改為全檢，達到0.1～0.5 mm工藝范圍。

（6）更改成品軸承清洗、涂油包裝工藝規程：對軸承包裝前的清洗油和防銹油由一個月更換一次，改為半個月更換一次，保證軸承清潔度。

5 改進效果及結論

ZK6110H客車輪轂軸承的故障失效攻關項目在6月底已完成了相關改進措施并加以實施，由公司售后人員進行的跟蹤及信息反饋（截止十二月底）表明：從2010年1月至9月份輪轂軸承失效共1件，同期比較有了很大的改善，達到了預期制定的攻關目標。

通過以上實例可以看出，產品質量的因果關系完全可以通過魚刺圖全面的反映，它不僅把產品質量中產生的原因與存在的問題較全面的表現出來，而且主、次原因層次分明，可以從中反映各種影響質量的因數之間的關系。魚刺圖的圖形雖然比較簡單，但是需要具備一定的技術理論水平與生產經驗，需要對整個生產流程控制比較全面、深入的了解，才能夠繪制出客觀反映實際影響失效因數的魚刺圖。