某裝備海水泵轉子劃傷問題原因分析及解決

趙楊　孫繼紅

【摘 要】本文針對海水泵磨合試驗后出現的轉子劃傷現象，從產品的結構、工作原理以及零件加工過程入手進行分析，提出可能造成轉子劃傷的幾種情況，并有針對性的進行排查驗證。認為造成轉子劃傷的主要是由于軸承制造過程中熱處理變形造成軸承兩側卷邊孔局部出現高點，工作時與轉子發生干涉造成。后續采取改進沖壓模具，增大卷邊沖壓直徑的方法并對熱處理加以控制，使得該問題得以徹底解決。

【關鍵詞】30941/15軸承 轉子 劃傷 干涉

1 問題的提出

某產品海水泵新裝磨合試驗后分解時，發現連續有數套轉子與泵殼部件軸承結合部位出現環狀劃痕，最嚴重的劃痕寬約1.5-2mm，深約0.5mm。且出現頻率較為頻繁。因轉子的尺寸精度要求較高，生產周期較長，由于磨合試驗時轉子劃傷造成生產成本無形提高，一度嚴重影響及制約著某產品海水泵組件交驗合格率，以及功率試驗交驗配套進度要求。解決轉子劃傷問題迫在眉睫。

2 故障原因機理分析

根據海水泵結構以及工作原理，結合泵殼、泵蓋、轉子的加工工藝過程，根據分解情況出現問題的轉子劃傷部位大部分在泵殼裝軸承處，且均為軸承刻字端卷邊處。認為海水泵在工作時通過給泵殼轉子端施加一定的負載以及轉速，從而帶動轉子轉動使海水泵正常工作。轉子在正常工作狀態下應與泵殼以及泵蓋端軸承滾針接觸，從故障現象可以看出，在磨合工作時轉子與軸承沖壓外圈的包絡圈非正常接觸，在高速運轉過程造成轉子劃傷。

根據故障機理分析，認為可能的原因主要有幾方面：（1）泵殼裝配軸承的φ21孔與外圓φ38不同軸，造成轉子在工作過程中單邊受力接觸軸承；（2）轉子硬度較低，工作時與軸承卷邊接觸干涉；（3）試驗臺時與轉子連接不同軸，使轉子額外受力；（4）壓裝軸承輔具設計及使用不當，將軸承沖壓外圈尺寸破壞；（5）軸承制造不合格，使得海水泵工作時轉子與軸承干涉。

3 故障事件排查與分析

3.1軸承壓裝輔具設計或使用不當（x1事件）

裝入泵殼、泵蓋的軸承為GB290-82，只有沖壓外圈的滾針軸承30941/15，查閱相關標準該軸承沖壓外圈厚度尺寸較薄，單邊只有0.5mm厚。壓裝軸承輔具若設計或使用不當會使包絡滾針的外圈卷邊受力變形，使轉子工作時與軸承卷邊非正常接觸，從而造成轉子劃傷。現使用的軸承壓裝輔具，由于軸承與海水泵泵殼（泵蓋）為過盈配合狀態，因此在壓裝軸承時，通過施加外力給該臺階軸壓裝輔具的方式將軸承壓入海水泵泵殼或泵蓋中。其中輔具芯軸與軸承滾針完全接觸，壓裝輔具臺階面與軸承沖壓外圈包絡圈端面全部接觸。

經查閱相關標準，對該型只有沖壓外圈的滾針軸承，設計軸承壓裝輔具應使壓裝輔具臺階面與軸承沖壓外圈包絡圈端面為線接觸，且輔具芯軸與滾針為柔性接觸。因此認為現使用的軸承壓裝輔具設計存在缺陷，會造成軸承包絡圈卷邊變形。因此X1事件不能排除。

3.2 對軸承30941/15進行檢測（X2事件）

抽取庫存12套30941/15軸承對其滾針卷邊直徑φ15.15尺寸對軸承軸心的跳動進行檢測，發現卷邊直徑邊緣處有程度不同的局部凸起，最大的單邊約有0.05mm。為驗證軸承卷邊凸起在工作時對轉子的影響，將卷邊凸起較嚴重的軸承取出滾針，在磨床上將卷邊凸起磨削掉，裝入新裝海水泵中進行磨合試驗，6套海水泵（編號為148116#-1481111#）轉子均未出現劃傷現象。

因此，認為軸承制造存在缺陷。X2事件不能排除

綜上所述，軸承壓裝輔具設計不合理、軸承制造缺陷、轉子硬度偏低為造成磨合試驗時轉子劃傷的主要原因。

4 采取措施及驗證

從上述對造成轉子劃傷的原因分析，我們采取以下措施并進行分析驗證：

4.1 將轉子硬度提高

經過查閱相關資料以及咨詢表面處理工藝人員，將轉子進行鍍鉻可以明顯提高轉子硬度，遠遠大于HRC58的要求。因此我們挑選前期磨合試驗時兩件磨損的轉子，將其轉子磨損的軸部分磨削加工掉0.1mm后，進行表面鍍鉻處理，然后再磨削加工至圖紙要求尺寸。裝入前期故障海水泵中，不更換軸承只更換鍍鉻轉子直接進行磨合試驗，試驗后發現鍍鉻轉子裝軸承部位有明顯亮印但未有深度。因此可以認為表面鍍鉻處理后將轉子硬度提高可以有效緩解轉子表面劃傷現象。

將上述采取措施報技術責任單位，建議轉子硬度提高，增加鍍鉻措施。但技術責任單位認為該型產品已定型多年前期并未反映該問題，且并不是每套海水泵都出現轉子劃傷現象，且改變表面處理方法需進行湖海試驗驗證后才能實施，現階段缺少試驗驗證基礎不能進行圖紙更改，因此該方案無法有效實施。

4.2 對軸承壓裝輔具進行改進設計

裝入泵殼、泵蓋的軸承為GB290-82，只有沖壓外圈的滾針軸承30941/15，由于沖壓外圈單邊壁厚較薄，原壓裝軸承輔具設計與軸承外圈接觸為面接觸，容易造成在壓裝過程中包絡滾針的外圈卷邊受力變形。因此，對原軸承壓裝輔具進行了以下改進。

（1）將壓裝輔具與軸承滾針接觸面增加O形圈接觸，使滾針與壓裝輔具為柔性緊接觸，從而保證軸承沖壓外圈完全緊壓裝于海水泵軸承孔中；（2）根據帶沖壓外圈滾針軸承的結構特點，在壓裝時將原來與沖壓外圈面全部接觸改進為靠近外部近似為線接觸。

5 結語

通過對前期所做工作以及采取措施后的試驗驗證結果，認為造成海水泵磨合試驗中出現的轉子劃傷主要是由于30941/15軸承制造卷邊變形較大出現局部凸起原因造成。經與蘇州軸承廠協商后期交付我廠軸承30941/15軸承采取以下措施：

（1）蘇州軸承廠改進沖壓模具，增大卷邊沖壓直徑；（2）完善30941/15軸承進廠復驗技術條件，對軸承兩側卷邊內徑用φ15.15 mm的同軸度量規進行檢測，并用同軸度量規檢測滾針外切圓直徑與兩側卷邊內徑的同軸度。（3）重新設計軸承壓裝輔具，保證壓裝輔具與軸承接觸時靠近沖壓外圈外部近似為線接觸。

通過采取以上措施，后續交付的共110套軸承按照新的進廠復驗技術條件驗收合格后，累計裝入海水泵35套產品（70件軸承）參加磨合試驗后轉子未再出現轉子劃傷現象。

參考文獻：

[1] 黃政一，陳延令，于喜江 等.H/YQD-007產品培訓教材.1991.

[2] 莊夢蛟.GB290-82《只有沖壓外圈的滾針軸承》.青海海山軸承廠，1982.

作者簡介：趙楊（1980—），男，陜西西安人，本科，工程師，研究方向：魚雷反潛。