一種汽車發(fā)電機(jī)軸承異響問題分析與解決方案

隋寶峰 沙賓賓 薛向陽 李鑫 李光武 褚丹陽

摘 要：針對(duì)發(fā)電機(jī)軸承外圈滾道因電蝕剝落引起的異響問題，采用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、紅外光譜、洛氏硬度測試等方法對(duì)發(fā)電機(jī)軸承進(jìn)行分析，依據(jù)檢測結(jié)果及原因分析通過更改發(fā)電機(jī)軸承潤滑脂解決電蝕問題。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī);電蝕;異響

中圖分類號(hào)：U463.63+1? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）17-93-03

An analysis and solution to the noise of automobile generator bearing

Sui Baofeng， Sha Binbin， Xue Xiangyang， Li Xin， Li Guangwu， Chu Danyang

（ Brilliance Auto R&D Center Power Train General Technique Section， Liaonng Shenyang 110141 ）

Abstract： In view of the noise caused by the peeling off form the outer race of the generator bearing， the optical microscope， scanning electron microscope， infrared spectrum， Rockwell hardness test and other methods are used to analyze the generator bearing. According to the test results and cause analysis， the problem of electric erosion is solved by changing the lubricating grease of the generator bearing.

Keywords： Generator; Electric erosion; Abnormal noise

CLC NO.： U463.63+1? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）17-93-03

前言

發(fā)電機(jī)是內(nèi)燃機(jī)汽車不可或缺的零件，發(fā)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)向整車用電器進(jìn)行供電，若發(fā)電機(jī)無法正常工作，會(huì)引起整車用電器失效及發(fā)動(dòng)機(jī)無法運(yùn)行進(jìn)而造成危險(xiǎn)，極易導(dǎo)致顧客抱怨。

1 發(fā)電機(jī)工作原理

如圖1所示，發(fā)電機(jī)定子的三相繞組按一定規(guī)律分布在發(fā)電機(jī)的定子槽中，定子內(nèi)部布置轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子上安裝爪極和勵(lì)磁繞組。

當(dāng)外電路通過電刷使勵(lì)磁繞組通電時(shí)，便產(chǎn)生磁場，使爪極被磁化為N極和S極。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁通交替在定子繞組中變化，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，定子的三項(xiàng)繞組中便產(chǎn)生交變感應(yīng)電動(dòng)勢，此為發(fā)電機(jī)發(fā)電原理。

2 問題描述

整車在進(jìn)行路試耐久試驗(yàn)過程中，運(yùn)行至47000公里時(shí)，試驗(yàn)人員發(fā)現(xiàn)車輛機(jī)艙內(nèi)出現(xiàn)異響，類似“嗚嗚”的聲音，人耳極易識(shí)別，不能接受，且在行駛、怠速時(shí)均存在異響。打開機(jī)艙蓋板，怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，識(shí)別異響來自發(fā)動(dòng)機(jī)附件輪系，更換發(fā)電機(jī)后異響消除。

3 問題排查

3.1 外觀檢查及尺寸測量

問題發(fā)電機(jī)本體外觀無明顯異常，無磕碰傷。轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電機(jī)時(shí)發(fā)電機(jī)軸承出現(xiàn)“咕?！碑愴?，對(duì)發(fā)電機(jī)軸承進(jìn)行尺寸等測量，測量結(jié)果見表1。

拆解發(fā)電機(jī)軸承，發(fā)現(xiàn)軸承外圈滾道出現(xiàn)一處“貝狀”剝落。更換新軸承后發(fā)電機(jī)異響消失，進(jìn)而證明發(fā)電機(jī)異響因軸承外圈滾道剝落所致，如圖2所示。以下對(duì)軸承外圈滾道剝落進(jìn)行相關(guān)排查分析。

3.2 能譜元素分析

對(duì)發(fā)電機(jī)軸承外圈滾道剝落處與非剝落處進(jìn)行X射線能譜分析，以便確定是否因異物導(dǎo)致軸承潤滑不良，進(jìn)而引起軸承滾道剝落。經(jīng)檢測發(fā)電機(jī)軸承剝落處與非剝落處主量元素及其他元素峰線均一致，因此發(fā)電機(jī)軸承失效非異物導(dǎo)致，檢測結(jié)果見圖3。

3.3 紅外光譜檢測

對(duì)問題發(fā)電機(jī)內(nèi)潤滑油脂進(jìn)行紅外譜檢測，原軸承內(nèi)潤滑油脂與新潤滑油脂性能相當(dāng)，潤滑脂未失效。說明發(fā)電機(jī)軸承外圈滾道表面剝落非潤滑不良導(dǎo)致，測試結(jié)果見圖4。

3.4 金相組織分析

對(duì)發(fā)電機(jī)軸承外圈滾道剝落位置進(jìn)行金相分析，外圈滾道剝落位置組織分布形貌見圖5所示，可見剝落處位于感應(yīng)淬火層內(nèi)。

高倍下形貌見圖6所示，表層組織為馬氏體，根據(jù)JB/T 9204-2008標(biāo)準(zhǔn)，馬氏體等級(jí)為3級(jí)，并在表層中發(fā)現(xiàn)白色組織。

軸承外圈滾道剝落位置芯部組織分布形貌見圖7，可見剝落位置芯部組織為馬氏體，根據(jù)JB/T 9204-2008標(biāo)準(zhǔn)，馬氏體等級(jí)為3級(jí)，組織無異常。

3.5 硬度測試

使用洛氏硬度儀分別測試軸承外圈滾道、內(nèi)圈滾道、鋼球的硬度，經(jīng)測試軸承外圈滾道、內(nèi)圈滾道、鋼珠硬度均滿足要求，表明軸承外圈滾道剝落非軸承相關(guān)零件硬度不滿足要求所致，洛氏硬度測試結(jié)果見表2。

3.6 電鏡掃描

對(duì)軸承外圈滾道表面、內(nèi)圈滾道表面、鋼球表面進(jìn)行電鏡掃描，發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)外圈滾道及鋼球表面均存在多處熔融凹點(diǎn)，此凹點(diǎn)為電蝕所致，電蝕情況見圖8。

4 原因分析

因發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力來自發(fā)動(dòng)機(jī)附件皮帶與發(fā)電機(jī)帶輪摩擦力，二者表面均為絕緣體，在快速摩擦?xí)r會(huì)產(chǎn)生大量靜電，高壓電流通過軸承時(shí)，在油膜位置產(chǎn)生電火花，進(jìn)而分解出

氫原子，氫原子侵入鋼材，對(duì)組織破壞引起裂紋、凹坑、表面剝落問題。

5 分析驗(yàn)證

受附件輪系傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和原理的限制，摩擦不可避免，解決此問題有效途徑之一是將摩擦產(chǎn)生的靜電導(dǎo)出，使靜電電流不能在發(fā)電機(jī)軸承表面放電。將發(fā)電機(jī)軸承中潤滑油脂更改為導(dǎo)電性潤滑油脂，重新制作發(fā)電機(jī)。對(duì)策后發(fā)電機(jī)搭載4臺(tái)整車路試，完成7萬公里耐久路試后發(fā)電機(jī)異響問題均未發(fā)生。

6 結(jié)論

因軸承電蝕導(dǎo)致異響或損壞已成為發(fā)電機(jī)或具備同種結(jié)構(gòu)零件常有故障，本文闡述了軸承類零件異響問題排查思路及一種軸承電蝕問題解決方案，具備借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

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