某VM發(fā)動機導(dǎo)向軸承失效原因分析

摘 要 某VM發(fā)動機搭載海獅車型，在TTO、PP階段車輛中，由于發(fā)動機導(dǎo)向軸承設(shè)計不合理，導(dǎo)致導(dǎo)向軸承發(fā)生卡滯、脫落故障。我們經(jīng)過檢測、CAE分析及現(xiàn)場調(diào)查等，確認了導(dǎo)向軸承發(fā)生卡滯脫落失效是因?qū)蜉S承設(shè)計選型不合理導(dǎo)致。通過實驗驗證方法，確認了優(yōu)化發(fā)動機飛輪合件、變速箱一軸，此方案可以解決導(dǎo)向軸承卡滯脫落失效故障。

關(guān)鍵詞 MT變速箱;軸承;調(diào)查過程&結(jié)果;對策制定

前言

軸承是機械設(shè)備中一種重要零件，是在運動副中與兩構(gòu)件接觸并為產(chǎn)生相對運動的活動聯(lián)接。其主要功能是支撐機械旋轉(zhuǎn)體，降低其運動過程中的摩擦系數(shù)，并保證其運動精度。軸承按運動元件摩擦性質(zhì)的不同，可分為滾動軸承和滑動軸承兩大類。滾動軸承按滾動體的形狀，可分為球軸承和滾子軸承兩大類。

目前多數(shù)汽車廠采用的滾動軸承做導(dǎo)向軸承，使MT變速器一軸與發(fā)動機飛輪合件完成活動聯(lián)接。導(dǎo)向軸承在發(fā)動機與MT變速器連接機構(gòu)中扮演著重要角色，如果導(dǎo)向軸承出現(xiàn)卡滯脫落失效，車輛換檔費力或無法變換檔位，這是車輛致命缺陷。針對海獅VM導(dǎo)向軸承出現(xiàn)失效故障，我們進行了現(xiàn)場調(diào)查與機理分析，提出了整改措施，已很好地解決了發(fā)動機導(dǎo)向軸承卡滯脫落失效故障。

1問題描述

某公司在開發(fā)海獅VM發(fā)動機時，為降低成本，將KD件雙質(zhì)量飛輪設(shè)計為單質(zhì)量飛輪，設(shè)計開發(fā)借鑒KD件結(jié)構(gòu)，將海獅VM發(fā)動機導(dǎo)向軸承選型為NK19/20滾針軸承，但在海獅汽車PP生產(chǎn)階段時，發(fā)動機導(dǎo)向軸承出現(xiàn)了卡滯脫落現(xiàn)象，失效主要故障見標識區(qū)圖1～2。

2調(diào)查過程&結(jié)果

2.1 故障統(tǒng)計與整改目標

某汽車廠在TTO、1PP、2PP階段，共生產(chǎn)了50臺海獅汽車，但在售后0公里出現(xiàn)10起導(dǎo)向軸承卡滯脫落現(xiàn)象，故障率高達1/5。

顧客抱怨極大，列入專項整改，設(shè)立目標值：整改后售后0公里故障率≤0.1‰。

2.2 緊急與臨時措施

立即更換故障機上的導(dǎo)向軸承;100%排查確認整車廠與發(fā)動機廠的庫存發(fā)動機飛輪上的導(dǎo)向軸承狀態(tài);對外購導(dǎo)向軸承、飛輪合件供應(yīng)商進行專項審核，發(fā)動機終檢100%點檢發(fā)動機導(dǎo)向軸承。

2.3 故障原因調(diào)查

2.3.1 導(dǎo)向軸承問題

經(jīng)檢測故障件及抽查庫存件，確認導(dǎo)向軸承內(nèi)外徑、高度、跳動均符合要求。

經(jīng)檢測導(dǎo)向軸承滾針有松動，軸承保持架端面無倒角。

滾針松動及保持架端面無倒角，可致使導(dǎo)向軸承卡滯脫落失效。

2.3.2 飛輪合件軸承孔問題

經(jīng)對故障件和庫存件檢測，軸承孔內(nèi)徑和垂直度符合圖紙要求。

軸承孔與導(dǎo)向軸承的裝配關(guān)系是過度配合（符合設(shè)計要求）。

2.3.3 裝配工藝問題

2.3.3.1 發(fā)動機裝配工藝不合理

導(dǎo)向軸承裝配工藝要求使用專用工裝將導(dǎo)向軸承壓裝在飛輪軸承孔內(nèi)，確認導(dǎo)向軸承裝配正常后，再涂HP-2潤滑脂;發(fā)動機測試工序使用專用臺架進行測試，為了不流出不良品，在終檢工序100%點檢確認飛輪導(dǎo)向軸承。經(jīng)調(diào)查，作業(yè)順序書與作業(yè)基準書一致，未發(fā)現(xiàn)作業(yè)異常現(xiàn)象，確認排除發(fā)動機裝配工藝不合理導(dǎo)致故障。

2.3.3.2 整車發(fā)變連接工藝不合理

在整車廠發(fā)變連接工序中，每臺需要調(diào)整變速箱1～3次才能完成一軸插入導(dǎo)向軸承孔內(nèi)，完成發(fā)動機與變速箱連接的關(guān)鍵工步。調(diào)查確認整車廠的連接工藝極易損壞NK19/20滾針軸承。因費用問題，整車廠不同意改造發(fā)變連接裝備，故需要對導(dǎo)向軸承與一軸等進行優(yōu)化來解決故障。

2.3.4 設(shè)計匹配問題

2.3.4.1 一軸與導(dǎo)向軸承配合問題

校核海獅車變速箱一軸各長度尺寸、一軸

外徑與導(dǎo)向軸承內(nèi)孔配合屬于間隙配合，長度

尺寸與公差配合符合設(shè)計要求。

2.3.4.2 NK19/20軸承選型額定載荷不足

發(fā)動機導(dǎo)向軸承不但要承載變速箱一軸傳遞的徑向載荷，還需承受連接工序一軸的軸向擠壓力。

經(jīng)過查找國家標準GB/T5801-2006，校核計算NK19/20軸承徑向額定動載荷Cr，為14000kN，滿足柴油發(fā)動機徑向載荷要求。因NK19/20不能承受軸向載荷，不滿足整車發(fā)變連接要求，是產(chǎn)生故障的主要原因。

3對策制定

通過調(diào)查與分析，因NK19/20軸承不能承受軸向載荷，不適合整車廠裝配，是導(dǎo)致的導(dǎo)向軸承卡滯脫落的主要原因。因發(fā)動機廠無法控制整車廠裝配策略，經(jīng)過雙方技術(shù)質(zhì)量對接，確認從設(shè)計上進行優(yōu)化，發(fā)動機廠重新選型優(yōu)化導(dǎo)向軸承（參考GB/T276-1994標準），整車廠優(yōu)化變速箱一軸。優(yōu)化方案如下：

導(dǎo)向軸承型號 NK19/20 承受徑向載荷大，不能承受軸向載荷，需加注潤滑脂。 6004-2Z 主要承受徑向載荷，也可承受軸向載荷，無需加注潤滑脂。

變速箱 一軸外徑 φ19 φ20

4驗證結(jié)論

實施上述方案后，改善了整車廠發(fā)變連接困難問題，發(fā)變連接效率至少提高二倍以上，減少了售后費用和降低了生產(chǎn)成本。從整車廠SOP后1200臺的汽車生產(chǎn)過程和售后3IMS的質(zhì)量數(shù)據(jù)來看，未收到發(fā)動機導(dǎo)向軸承卡滯脫落故障，可以確認售后0公里故障率低于0.1‰，整改達到了預(yù)期目標。

參考文獻

[1] 成大先主編.《機械設(shè)計手冊》第五版第2卷.北京.化學(xué)工業(yè)出版社2015.05.

[2] 徐小方編著.《江西五十鈴發(fā)動機售后指標運行情況介紹》內(nèi)部資料? 2018.02.

[3] 項忠珂.汽車碰撞安全新技術(shù)的發(fā)展趨勢——評《汽車碰撞安全新技術(shù)》[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，2018，28（11）： 191.

[4] 項忠珂，項菲菲.基于APDL的農(nóng)用車車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究[J].制造業(yè)自動化，2014，36（02）：102-103.

作者簡介

鄒偉仁，主要從事發(fā)動機售后故障分析與故障處理。