踏板機構總成失效分析及改進

申秀平 李維良

摘 要：通過對踏板機構總成失效部位宏觀檢查、化學成分分析、硬度測試等物理金相性能分析，確定了其早期失效的主要原因是由于軸承安裝后產生的累計誤差，致使同軸度差，軸承載荷分布不均勻，產生異常磨損，加之踏板銷表層鍍鋅層剝落產生的粉末進入軸承內，使潤滑油快速耗盡，加重了軸承內的磨損，最終導致踏板機構總成失效。依據失效機理，對踏板機構總成中的組件從表面處理工藝、材料加工選型等方面提出了改進措施，效果良好。

關鍵詞：踏板機構;同軸度;磨損

中圖分類號：U466? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）13-189-03

Failure Analysis And Improvement Of Pedal Mechanism Assembly

Shen Xiuping， Li Weiliang

（ Quality Management Department of Shaanxi Heavy Duty Truck Co.， Ltd.， Shaanxi Xi'an 710200 ）

Abstract： Through the analysis of physical metallographic properties such as macroscopic inspection， chemical composite on analysis and hardness test of the failure parts of the pedal mechanism assembly， the main reason of its early failure is that the cumulative error caused by the bearing installation， the coaxial degree is poor， the bearing load distribution is uneven， and the abnormal wear is produced， In addition to the pedal pin surface galvanized layer peeling powder into the bearing， so that the lubricating oil quickly depleted， aggravating the wear in the bearing， resulting in the failure of the pedal mechanism assembly. According to the failure mechanism， the improvement measures of the components in the pedal mechanism assembly from the aspects of surface treatment and material processing are put forward， and the effect is good.

Keywords： Pedal mechanism; Coaxiality; Wear

CLC NO.： U466? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）13-189-03

引言

某重型卡車踏板機構總成在道路試驗過程中出現離合器踏板和制動踏板連動現象，初步判定是由于軸承損壞發卡所致。為了查明踏板機構早期失效的原因，筆者對失效件進行了檢查和分析。

1 理化檢驗

1.1 宏觀檢查

根據道路試驗反饋的故障部位，對失效的踏板機構總成拆解發現，軸承滾針與保持架磨損嚴重，滾針卡死在骨架內，失去在滾道內滾動功能，其外觀形貌見圖1所示;與軸承相配合的踏板軸表面的鍍鋅層、淬火層已被磨損，外表面被磨削的金屬細粉末覆蓋，擦拭表面黑色金屬粉末后，粘著磨損坑清晰可見，表現為典型的接觸磨損，見圖2所示。踏板軸兩端磨損程度不同，說明服役過程中載荷分布不均勻，見圖3所示;另外，踏板軸表面處理采用鍍鋅工藝，以提高其耐腐蝕性能，但與軸承配合使用過程中易剝落產生粉末，進入軸承中，降低軸承壽命。

1.2 軸承指標測試

1.2.1 硬度測試

在失效的軸承上取樣，測試滾針及其保持架的硬度，滾針檢驗采用TH320洛氏硬度計，依據GB/T230.1-2009《金屬洛氏硬度試驗 第一部分：試驗方法》進行檢驗，滾針基體硬度平均為65.0HRC，硬度符合技術要求;保持架采用VH-5維氏硬度計，依據GB/T4340.1-2009《金屬硬度試驗 第一部分：試驗方法》進行檢驗，保持架表面硬度平均為500HV，硬度符合技術要求。

1.2.2 金相組織

在失效的軸承上取樣，測試滾針及其保持架的金相組織，檢驗采用GX51金相顯微鏡，依據GB/T13298-91《金屬顯微組織檢驗方法》進行檢驗，滾針基體組織為回火馬氏體，保持架表面為滲碳淬火組織，滲碳層深度為0.1mm;滾針和保持架的微觀組織未見異常。

1.2.3 化學成分（%）

在失效的軸承上取樣，測試滾針及其保持架的化學成分，檢驗采用金屬材料元素分析儀（直讀光譜儀），依據GB/T4336-2002《碳素鋼和中碳合金鋼火花源原子發射光譜分析方法》進行檢驗，滾針材料符合GCrl5鋼技術要求，保持架材料符合為DC03M鋼技術要求，軸承滾針及保持架材料未見異常。

1.2.4 計量檢測

對未壓裝使用的同批次HK2010型號滾針軸承使用外徑千分尺對軸承外徑檢測，6組數據表明軸承外徑不圓且帶錐度，見表1。

1.3 踏板銷指標檢查

1.3.1 硬度測試

在失效的踏板軸上取樣，測試其硬度，采用TH320洛氏硬度計，依據GB/T230.1-2009《金屬洛氏硬度試驗 第一部分：試驗方法》進行檢驗，表面硬度平均值為58.0HRC，符合技術要求。

1.3.2 金相組織

在失效的踏板軸上取樣，檢查其微觀特征，檢驗采用GX51金相顯微鏡，依據GB/T13298-91《金屬顯微組織檢驗方法》進行檢驗，基體組織為回火索氏體，表面組織為回火馬氏體，淬火層深度為0.4mm，微觀組織未見異常，淬火層深度符合技術要求。

1.3.3 化學成分（%）

在失效的踏板軸上取樣，測試其化學成分，檢驗采用金屬材料元素分析儀（直讀光譜儀），依據GB/T4336-2002《碳素鋼和中碳合金鋼火花源原子發射光譜分析方法》進行檢驗，踏板軸材料符合45#鋼技術要求。

1.4 軸承安裝孔同軸度檢查

對踏板機構總成中安裝孔同軸度檢查，采用三坐標檢測，以底座中間安裝孔作為基準，評價兩側圓柱孔同軸度，同軸度測量值分別為0.932、0.808，同軸度差，不符合技術要求。

2 綜合分析

踏板機構總成中踏板銷結合部位軸承損壞發卡的主要原因是：失效的軸承外徑不圓且帶有錐度，加之安裝孔同軸度產生的累計誤差，致使實際服役過程中軸承載荷分布不均勻，局部載荷較大，產生磨損;另外，與軸承配合的踏板銷表層鍍鋅層剝落產生的粉末及淬火層被磨損后產生的粉末進入軸承內，使潤滑油快速耗盡，隨著金屬粉末的脫落聚集，軸承內磨損加重，間隙增大，最終導致軸承失效。

3 改進措施

依據失效原因，在整體未增加制造成本的前提下，對踏板機構總成中的組件從表面處理工藝、材料加工選型等方面提出了改進措施，具體為：

（1）踏板軸表面采用氧化處理，提高耐磨性;

（2）與踏板銷配合的軸承選用HK2020型號，提高穩定性及承載力;

（3）離合器踏板支架、制動踏板支架中軸承壓裝套筒采用焊后精鏜的工藝，確保同軸度。對優化后的踏板機構總成經過道路試驗及市場的跟蹤回訪，未發生類似問題，改進效果良好。

參考文獻

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