JL-2 型變速器輸出軸軸承內(nèi)圈脫出故障改進(jìn)

趙清碧， 馬 勇， 孫 峰， 郭秋彥， 孫 震， 張琛欣

（1.吉利汽車(chē)研究院（寧波）有限公司， 浙江 寧波 315336；2.寧波吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)零部件有限公司， 浙江 寧波 315336）

1 JL-2 型變速器簡(jiǎn)介

JL-2 型變速器是吉利汽車(chē)重要的戰(zhàn)略研發(fā)項(xiàng)目，該型變速器為換代產(chǎn)品，同上一代產(chǎn)品相比，優(yōu)點(diǎn)有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、效率高、成本低及扭矩大等，預(yù)測(cè)具有強(qiáng)有力的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。該型變速器輸出軸兩端的支撐軸承，采用一端為深溝球軸承，一端為圓柱滾子軸承的結(jié)構(gòu)。其中圓柱滾子支撐軸承，采用了軸承內(nèi)圈通過(guò)內(nèi)卡簧固定在輸出軸軸頸的結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1）。該機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)思路是通過(guò)卡簧漲開(kāi)后，卡住軸承內(nèi)圈卡簧槽及輸出軸卡簧槽，從而完成對(duì)兩個(gè)零件的緊固。

圖1 軸承結(jié)構(gòu)示意圖

2 耐久試驗(yàn)過(guò)程故障分析

JL-2 型變速器在進(jìn)行第一臺(tái)樣機(jī)臺(tái)架穩(wěn)態(tài)耐久試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)進(jìn)行到67%時(shí)臺(tái)架異常報(bào)警停機(jī)，變速器拆解后發(fā)現(xiàn)輸出軸軸承內(nèi)圈脫出（見(jiàn)圖2），內(nèi)圈內(nèi)孔同軸外圓接合面發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的痕跡（見(jiàn)圖3）。該卡簧鎖止軸承內(nèi)圈結(jié)構(gòu)，JL-1 型變速器也在使用，且JL-1 型變速器通過(guò)了耐久試驗(yàn)測(cè)試。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，JL-1 型變速器試驗(yàn)后軸承內(nèi)圈，大部分區(qū)域都有接觸痕跡（見(jiàn)圖4）；而JL-2 型變速器，內(nèi)圈近卡簧槽處有一條亮帶（見(jiàn)圖5），為非接觸區(qū)域[1]。

圖2 軸承內(nèi)圈位移脫出

圖3 軸承內(nèi)圈相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)痕跡

圖4 JL-1 型變速器軸承內(nèi)圈接觸痕跡

圖5 JL-2 型變速器失效軸承內(nèi)圈亮帶

從以上分析初步判定為JL-2 型變速器，軸承內(nèi)圈卡簧在壓裝時(shí)不到位導(dǎo)致內(nèi)圈脫出。

3 改進(jìn)措施

3.1 臨時(shí)改進(jìn)措施

100%監(jiān)控軸套過(guò)盈量達(dá)到0.027～0.038 mm；100%監(jiān)控每臺(tái)變速器壓裝力和壓裝位移；隨機(jī)抽取2 件CT 掃描確認(rèn)卡簧是否在正確位置。臨時(shí)方案是通過(guò)控制輸出軸配合直徑、軸套內(nèi)徑、卡簧槽底直徑及卡簧直徑和卡簧外徑來(lái)保證軸套和軸的過(guò)盈量。臨時(shí)方案中輸出軸的配合直徑和軸承內(nèi)徑公差帶極小，軸承內(nèi)圈供應(yīng)商大批量生產(chǎn)合格率較低（50%），無(wú)法保證后續(xù)JL-2 型變速器產(chǎn)能，供應(yīng)商針對(duì)臨時(shí)方案同意通過(guò)挑選方式供貨至?xí)r間斷點(diǎn)，后期不再提供臨時(shí)方案樣件，JL-2 型變速器如果將臨時(shí)措施固化后轉(zhuǎn)換為長(zhǎng)期措施，將面臨無(wú)法量產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 永久措施分析

目前使用的方案為卡簧整體為近圓形，截面為圓形；軸承內(nèi)圈與輸出軸上卡簧槽裝配后無(wú)接觸，卡簧的徑向張緊力依托于卡簧的彈性變形，因此容易造成卡簧無(wú)法將軸承內(nèi)圈及輸出軸兩個(gè)零件穩(wěn)定緊固。目前使用的方案及布局見(jiàn)圖6。

圖6 JL-2 型變速器失效軸承內(nèi)圈當(dāng)前方案

在更改設(shè)計(jì)過(guò)程中，提出以下優(yōu)化方案（見(jiàn)圖7）：

圖7 JL-2 型變速器失效軸承內(nèi)圈改進(jìn)后方案

1）更改卡簧結(jié)構(gòu)，使用異型卡簧，該種卡簧將線接觸變更為4 點(diǎn)接觸，目的是提高卡簧抗變形能力；

2）更改軸卡簧槽結(jié)構(gòu)，卡簧槽可以給卡簧支撐，目的是提高卡簧使用性能；

3）更改限位臺(tái)階，可以從壓裝工藝上識(shí)別卡簧是否漲開(kāi)，目的是降低裝配過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)。

最終進(jìn)行了兩處優(yōu)化：一是在設(shè)計(jì)上保證軸承內(nèi)圈與輸出軸軸肩預(yù)留一定的間隙，保證軸上卡簧槽及軸承內(nèi)圈卡簧槽具有一個(gè)特定的位置為卡簧留有足夠的漲開(kāi)空間；二是將卡簧設(shè)計(jì)為異形非圓形結(jié)構(gòu)，卡簧與卡簧槽裝配后靠三點(diǎn)抱緊輸出軸上卡簧槽，支撐點(diǎn)能有效提升軸承內(nèi)圈徑向張緊力。

4 臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)程

使用改進(jìn)后JL-2 型變速器進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)，臺(tái)架結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖8。先后進(jìn)行了8 臺(tái)次臺(tái)架耐久試驗(yàn)，其中穩(wěn)態(tài)耐久試驗(yàn)進(jìn)行了6 臺(tái)次，動(dòng)態(tài)耐久試驗(yàn)進(jìn)行了2 臺(tái)次，均全部通過(guò)試驗(yàn)[2]。臺(tái)架測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

圖8 臺(tái)架結(jié)構(gòu)

表1 臺(tái)架測(cè)試結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

軸承對(duì)變速器傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)講有著特殊的意義，但是大多只關(guān)注于選型計(jì)算方面的工作，對(duì)于軸承的設(shè)計(jì)理念及思路了解并不是很多[3]。本次故障分析及改進(jìn)過(guò)程對(duì)于后續(xù)同類(lèi)設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義，提醒設(shè)計(jì)員并不僅僅是選型設(shè)計(jì)，還需要關(guān)注具體的使用工況及設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。