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(tǒng)傳遞而來的汽車的重量，但從裝配關(guān)系看，汽車輪轂軸承主要與制動(dòng)系統(tǒng)連接裝配。所以輪轂軸承也是汽車的重要件，對(duì)汽車整體性能起著關(guān)鍵的作用。本文結(jié)合客車輪轂軸承的使用工況及對(duì)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(jìn)行分析，列出造成軸承失效的主要原因。

關(guān)鍵詞：滾動(dòng)軸承 質(zhì)量失效 輪轂軸承

中圖分類號(hào)：U469 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）09（c）-0044-02

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)介紹

圓錐滾子軸承主要由內(nèi)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(diǎn)。

內(nèi)、外輪轂軸承分別安裝在后輪鼓內(nèi)腔，見圖2裝配位置示意圖。通過鎖緊螺母將兩軸承的預(yù)緊達(dá)到一個(gè)理想的間隙。軸承的預(yù)緊對(duì)軸承本身的失效起著至關(guān)重要的作用。如何合理的裝配和零件質(zhì)量的提高對(duì)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(gè)非常重要的安全件。國(guó)內(nèi)大部分客車都是采用傳統(tǒng)的兩套單獨(dú)的圓錐滾子軸承，如圖2所示，內(nèi)、外輪轂軸承分別安裝在后輪鼓內(nèi)腔，通過鎖緊螺母將兩軸承的預(yù)緊達(dá)到一個(gè)理想的間隙。如何合理的裝配和零件質(zhì)量的提高對(duì)軸承失效的控制很重要。這種結(jié)構(gòu)是在汽車裝配時(shí)需要進(jìn)行調(diào)整游隙、預(yù)緊、添加潤(rùn)滑脂等，質(zhì)量靠裝配過程中諸多人為因素控制。

2 售后數(shù)據(jù)的分析

根據(jù)售后服務(wù)的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)上分析排除批量性的問題，是偶發(fā)性的故障。批量性的故障重點(diǎn)從材質(zhì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品選型等問題去考慮分析，偶發(fā)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(xù)出現(xiàn)開裂、斷裂等故障，失效件有部分出現(xiàn)在客車公司強(qiáng)制保養(yǎng)的過程后出現(xiàn)故障。由于客車公司要求在2000～3000 km數(shù)強(qiáng)制保養(yǎng)，很大一部分軸承失效是保養(yǎng)過程中沒有將軸承的軸向間隙調(diào)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(duì)汽車輪轂軸承失效故障的分析

我們對(duì)造成輪轂軸承故障的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，組織小組成員運(yùn)用頭腦風(fēng)暴法，結(jié)合目前現(xiàn)有的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，從人（人的要求）、機(jī)（工裝、設(shè)備、量檢具等）、料（零部件、實(shí)物等）、法（標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品文件、工藝文件等）、環(huán)（環(huán)境因素等）和測(cè)六方面進(jìn)行分析，繪制了導(dǎo)致輪轂軸承失效的魚刺圖，見圖5。

結(jié)合對(duì)人、機(jī)、料、法、環(huán)和測(cè)6個(gè)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(shù)強(qiáng)制保養(yǎng)，保養(yǎng)過程中沒有將軸承的軸向間隙調(diào)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(cè)的8～15 Nm軸承預(yù)緊力矩是假象，并不是真實(shí)的數(shù)值了（此時(shí)油封座圈和軸承是否已經(jīng)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(nèi)徑或外徑超差未能及時(shí)檢驗(yàn)出造成套圈打滑燒損）導(dǎo)致軸承套圈打滑產(chǎn)生熱裂紋。

（5）軸承保持架竄動(dòng)量大，導(dǎo)致噪音大。

（6）在生產(chǎn)包裝前，有異物、粉塵、油污等進(jìn)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(jìn)措施的制定

輪轂軸承故障失效原因分析清楚后，組織相關(guān)職能人員對(duì)分析的問題逐項(xiàng)進(jìn)行解決：

（1）起草指導(dǎo)文件說明在2000～3000 km數(shù)強(qiáng)制保養(yǎng)過程中裝配軸承的軸向間隙的注意事項(xiàng)，并通過客車企業(yè)的售后部門傳達(dá)至維修站。

（2）裝配工藝作相關(guān)調(diào)整：敲入輪轂外軸承內(nèi)圈，然后裝上輪轂軸承調(diào)整螺母，將輪轂軸承調(diào)整螺母擰緊，擰緊力矩為500～550 Nm，然后松開螺母，用手轉(zhuǎn)動(dòng)制動(dòng)鼓2～3圈確定軸承正確就位，再擰緊到500～550 Nm，然后用手轉(zhuǎn)動(dòng)制動(dòng)鼓應(yīng)感到沉重以確定軸承預(yù)緊，然后退回1/8～1/4圈。這樣反復(fù)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(cè)的8～15 Nm預(yù)緊力矩為真實(shí)的。

（3）要求軸承制造廠家：熱處理嚴(yán)格控制零件淬火硬度并增加回火工藝，將硬度控制在標(biāo)準(zhǔn)中的下限HRC60-63。對(duì)每批軸承零件熱處理硬度抽檢檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)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(chǎn)過程中：對(duì)零件內(nèi)徑及外徑百分百檢驗(yàn)后，增加由終檢驗(yàn)收，按抽樣方案標(biāo)準(zhǔn)GB2828-87《逐批檢查計(jì)數(shù)抽樣程序及抽樣表》檢驗(yàn)合格后，再進(jìn)入裝配。

（5）更改軸承保持架裝配檢查工藝，對(duì)成品軸承保持架收縮量的檢驗(yàn)由抽檢改為全檢，達(dá)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(guī)程：對(duì)軸承包裝前的清洗油和防銹油由一個(gè)月更換一次，改為半個(gè)月更換一次，保證軸承清潔度。

5 改進(jìn)效果及結(jié)論

ZK6110H客車輪轂軸承的故障失效攻關(guān)項(xiàng)目在6月底已完成了相關(guān)改進(jìn)措施并加以實(shí)施，由公司售后人員進(jìn)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(dá)到了預(yù)期制定的攻關(guān)目標(biāo)。

通過以上實(shí)例可以看出，產(chǎn)品質(zhì)量的因果關(guān)系完全可以通過魚刺圖全面的反映，它不僅把產(chǎn)品質(zhì)量中產(chǎn)生的原因與存在的問題較全面的表現(xiàn)出來，而且主、次原因?qū)哟畏置?，可以從中反映各種影響質(zhì)量的因數(shù)之間的關(guān)系。魚刺圖的圖形雖然比較簡(jiǎn)單，但是需要具備一定的技術(shù)理論水平與生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，需要對(duì)整個(gè)生產(chǎn)流程控制比較全面、深入的了解，才能夠繪制出客觀反映實(shí)際影響失效因數(shù)的魚刺圖。