軸承安裝孔尺寸超差引起軸承失效的案例分析

王倩倩

摘要：軸承在汽車領(lǐng)域上應(yīng)用非常廣泛，由于軸承作為易損件需要經(jīng)常的維護和更換，準確的科學(xué)地判斷軸承的失效原因，對車輛行駛安全等十分重要，本文針對汽車行駛中軸承出現(xiàn)的故障特點，通過軸承的壽命計算和試驗等手段，對造成軸承失效的原因進行分析。

關(guān)鍵詞：軸承;壽命;故障復(fù)現(xiàn)

引言

軸承在汽車領(lǐng)域上應(yīng)用非常廣泛，滾動軸承作為轉(zhuǎn)軸的滾動支承，在承載軸轉(zhuǎn)動中的載荷、限定軸的徑向和軸向位置、保持軸的旋轉(zhuǎn)精度等許多方面起決定性的作用。正確地分析滾動軸承的失效原因，對保障軸承在車輛使用過程中安全可靠地運轉(zhuǎn)具有十分重要的意義。

文中針對軸承安裝孔尺寸超差引起的軸承失效問題進行軸承壽命計算和故障復(fù)現(xiàn)試驗兩方面的分析。

1 軸承失效的現(xiàn)象分析

某汽車在行駛8000Km里程時車橋后輸出孔處軸承出現(xiàn)損壞問題，拆檢軸承GB276-6212發(fā)現(xiàn)軸承保持架斷裂掉落，軸承安裝孔內(nèi)表面損壞，故障現(xiàn)象如圖1、2。

根據(jù)故障現(xiàn)象分析：1）軸承滾道面是由于滾動疲勞而呈魚鱗狀的剝離;2）滾道剝離物卡止鋼球使其不能正常轉(zhuǎn)動而在保持架的拖拽下滑動，鋼球滑動阻力遠大于正常滾動阻力，同時鋼球滑動阻力反作用于保持架，保持架載荷增加而折損斷裂。3）軸承安裝孔由于配合間隙及軸承損壞造成軸向表面有軸向及徑向磨痕。

2軸承的疲勞壽命計算及原因分析

針對故障現(xiàn)象，對軸承安裝孔加工尺寸進行復(fù)測，檢查結(jié)果為φ109.95～φ109.94（設(shè)計值：）。對比設(shè)計要求，軸承外圈與軸承安裝孔的過盈量對比結(jié)果，設(shè)計過盈量：-0.025～0.025，實際過盈量：0.035～0.06。

按照設(shè)計要求，軸承內(nèi)孔與軸的配合為過盈配合，最小過盈量0.002mm，最大過盈量0.03mm;軸承外圈與軸承孔的配合為過渡配合，最大配合間隙為0.025mm，最大過盈為0.025mm。理論上軸承內(nèi)孔與軸的平均過盈量為0.016mm，軸承外圈與軸承孔的平均過盈量或間隙量為0mm。6212軸承的徑向游隙量為0.008～0.028mm，平均游隙量為0.018mm。軸承內(nèi)孔與軸的過盈量全部用于消除軸承的徑向游隙后軸承有0.002的徑向游隙量。查閱軸承應(yīng)用游隙控制資料，軸承內(nèi)孔與軸的配合、軸承外圈與軸承孔的配合設(shè)計值能保證軸承在基本額定載荷下的使用壽命。

核算實際安裝狀態(tài)下的軸承徑向游隙。軸承內(nèi)孔與軸的配合為過盈配合，最小過盈量0mm，最大過盈量0.03mm，平均過盈量為0.015mm;軸承外圈與軸承安裝孔為過盈配合，最小過盈量為0.035mm，最大過盈為0.06mm，平均過盈量為0.0475mm。軸承內(nèi)孔與軸、軸承外圈與軸承的總平均過盈量為0.0625。按照GB/T5371-2004《極限與配合過盈配合的計算和選用》和滾珠軸承接觸參數(shù)的計算公式進行理論計算。軸承外圈的總過盈量約為0.025mm，相當于施加在軸承上的載荷為1911kg。按照同樣的使用工況下，對滾動軸承壽命的計算公式計算，軸承壽命約為7470km。

軸承過盈聯(lián)接主要計算如下：

總平均過盈量消除掉軸承的徑向游隙后的過盈量為：

，

該過盈量在軸承孔和軸承外圈進行分配，分配按照軸承安裝孔分配系數(shù)和軸承外圈分配系數(shù)，其中，

包容件直徑比，被包容件直徑比

分配到軸承外圈的過盈量為：

即每個滾珠的過盈量為0.0125mm。

按照滾珠軸承接觸參數(shù)的計算公式：

得出，滾珠（單個）的壓力為191.1kg，則6212軸承共10個滾珠的總壓力為1911kg，即相當于施加到軸承上的載荷為18728N。

GB276-6212軸承壽命計算如下：

壽命指數(shù)（對球軸承=3）

傳動比 ????4.95×1.93=9.55

額定壽命（其單位是轉(zhuǎn)）

額定動載荷 ??47800N

當量動載荷 ??18728N

輪胎半徑 ????685mm

得出，軸承的壽命約為7470km。

通過以上理論計算分析表明，軸承安裝孔尺寸超差，是造成此次故障的主要原因，軸承安裝孔尺寸超差軸承安裝后軸承外圈與軸承安裝孔的過盈量大于設(shè)計要求，軸承外滾道、鋼球與軸承內(nèi)滾道相互間增加額外的徑向力，軸承的使用壽命降低。

3軸承損壞故障復(fù)現(xiàn)試驗

針對軸承安裝孔尺寸超差造成軸承失效問題，進行故障復(fù)現(xiàn)試驗驗證。

軸承故障復(fù)現(xiàn)試驗臺示意圖如圖3所示。

測功機實時顯示輸出的扭矩和轉(zhuǎn)速數(shù)值，間接顯示軸承的工作參數(shù)。

箱體軸承安裝孔參考故障件實測尺寸，試驗中查閱公差與配合標準軸承安裝孔選取就近的公差帶加工樣件進行試驗。試驗要求測功機輸入轉(zhuǎn)速2500rpm，每走合50h拆檢一次軸承箱觀察軸承滾道和鋼球表面磨損情況，走合過程觀察輸出的扭矩和轉(zhuǎn)速數(shù)值變化，每間隔1h測量軸承位置溫度。整個試驗過程監(jiān)測記錄。試驗記錄見圖表1，試驗結(jié)果顯示走合23h時，軸承處箱體溫度125℃（環(huán)境溫度18℃），扭矩為16Nm軸承保持架斷裂。

故障復(fù)現(xiàn)試驗結(jié)果表明軸承安裝孔直徑小時軸承的使用壽命降低。

4 結(jié)語

軸承作為汽車上的重要零部件，其可靠性直接影響到汽車的穩(wěn)定性，進而關(guān)乎汽車行駛的安全性。本文探討關(guān)于軸承失效的原因，通過疲勞壽命計算及故障復(fù)現(xiàn)試驗驗證，分析確定了軸承安裝孔超差能夠引起軸承失效，因此有效的控制軸承安裝孔的尺寸精度，可以大大提高軸承的使用壽命，從而提高汽車的可靠性、安全性，現(xiàn)實意義重大。

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