汽车分动器轴承故障浅析

翁世席, 公 平，李 颖

（1.哈尔滨轴承集团公司 制造技术部，黑龙江 哈尔滨 150036；2.中国航发哈尔滨轴承有限公司 研发中心，黑龙江 哈尔滨 150025；3. 哈尔滨电力职业技术学院，黑龙江 哈尔滨 150030）

汽车分动器轴承故障浅析

翁世席1, 公 平2，李 颖3

（1.哈尔滨轴承集团公司 制造技术部，黑龙江 哈尔滨 150036；2.中国航发哈尔滨轴承有限公司 研发中心，黑龙江 哈尔滨 150025；3. 哈尔滨电力职业技术学院，黑龙江 哈尔滨 150030）

通过对一种四驱SUV（越野汽车）分动器轴承故障的检测与分析，探讨汽车分动器轴承常见故障及其产生的原因，试提出降低SUV汽车分动器轴承故障的方法，为提高SUV传动系统轴承的可靠性提出改善意见。

汽车；分动器；轴承故障

1 前言

近些年，随着汽车行业的飞速发展，汽车的种类越来越多样化、多功能化。在众多汽车类型中，城市SUV广受用户喜爱，并逐渐占据了家用汽车市场的半壁江山。由于该类车型结构上的特点，其车重大于普通轿车，且性能又要部分达到越野车的等级，因此对动力及其传动系统的要求也有所提高。在此情况下，轿车平台的部分部件已经不能达到SUV使用的要求，对于某些重要部位的部件，甚至要借用卡车平台才能保证SUV的整车质量。

SUV汽车的分动器是传动系统的重要组成部分，分动器整体不但起到分配动力的作用，同时，还起到了减速的作用，分动器所使用轴承一般为非标型号的圆锥滚子轴承，使用过程中轴承普遍受到径向与轴向的联合载荷。

2 故障描述

某汽车公司反馈，其使用的某型城市SUV分动器轴承出现损坏，保持架变形，导致分动器故障，客户抱怨。

通过对故障件的观察，轴承内圈、外圈滚道均有划伤、卡伤。外圈大端面有小部分材料粘连，内圈小端面有圆周方向划痕（图 1、2、3）。保持架扭曲变形、断裂、硬化且颜色变深（图 4），滚动体有划伤，颜色变深。

图1 外圈滚道

图2 内圈滚道

图3 外圈端面

图4 保持架断裂

通过对轴承各零件的状态观察，初步确定轴承故障的主要现象是：保持架扭曲变形、断裂。

3 故障树分析

根据GB/T 24611-2009/ISO 15243：2004 标准可知，该轴承的故障树见图 5。

图5 轴承故障树

安装不当主要是由工具敲击在淬硬的轴承零件上造成金属缺损。该轴承套圈完整，排除安装不当造成的保持架失效。

润滑不良和滚子旋转不灵活或速度过高或载荷频繁变化会造成作用在保持架上的力过大，致使保持架断裂。

轴承振动或冲击将会使保持架受力引起断裂失效。

根据某圆锥滚子轴承的失效表现和保持架扭曲断裂现象判断，该轴承的失效模式应为外力作用导致保持架发生变形断裂现象。

4 验证过程

（1）对某轴承的套圈、滚动体进行了硬度及金相组织检测，检测结果见表 1 和表 2。

通过表 1 和表 2 检测结果说明，某圆锥滚子轴承套圈及滚子组织合格，但是硬度均有所下降，滚子硬度最低，内圈其次，外圈最高。由此可以得出，滚子受到的温度最高，内圈温度其次，外圈温度最低。内、外圈温度的不同是由于内圈尺寸小散热差以及与滚子接触循环多于外圈因此其受热温度会高于外圈。

为验证不同温度对轴承硬度的影响，利用箱式电炉，取某圆锥滚子轴承成品轴承外圈 4 组，每组 5件，将电炉分别加热至250℃、350℃、450℃、550℃，放入经检测硬度合格的外圈，加热3～5min后将外圈取出自然冷却，检测硬度，其硬度变化情况见表 3。

表1 硬度检测

零件组织标准实测

表3 硬度变化情况

由试验结果（表 3）可知，故障轴承应经历过高温回火效应，导致轴承零件硬度有所降低。

观察损坏的保持架，其明显有一个破坏源点（如图 6），而且由保持架滚子兜孔大端偏向一个方向可知，滚子碾压转动从而对保持架梁产生非正常拖动力，滚子与保持架剧烈摩擦生热，保持架在受力、摩擦的情况下产生变形。在滚子与保持架的摩擦生热的情况下，保持架产生受热硬化。滚子及套圈在此热量情况下会产生高温回火效应。

（2）根据GB/T 26411-2009/ISO 15243：2004标准，保持架变形产生于大径处（图 6、图7），因此排除润滑不良、速度过高、载荷频繁变化等原因，变形断裂应为存在不应有的载荷即外力造成。

5 综合分析

图6 保持架破坏源点

图7 保持架变形位置（产生于大径处）

保持架的损坏是由于存在不应有的载荷作用导致旋转不畅，从而与滚子产生相互干涉产生的。而这种载荷有三种可能：

（1）滚子破坏导致旋转不畅，保持架受到拖动。

（2）轴承承受较大的倾覆力矩导致滚子扭转，对保持架产生拖动。

（3）异物进入阻碍保持架正常旋转。

首先，如果滚子产生破坏（如剥落或断裂），必然会与滚道产生剧烈相互摩擦，从而在滚子与滚道接触处发生磨损，而观察内、外圈滚道后发现，除有划痕外，并无明显磨损痕迹，因此排除原因（1）。

其次，轴承在承受较大倾覆力矩的情况下，由于局部应力的集中，会产生局部磨损或剥落。观察轴承套圈，亦无此现象。所以排除产生倾覆力矩的原因（2）。

最后，通过仔细观察保持架的损坏形貌，可以发现滚子的旋转方向应为图 8 中所示，在此情况下，保持架梁的碾压均发生在滚子前进方向一边，可知这种相对碾压应是由于滚子旋转前进、而保持架受到阻滞的情况下发生的，推测受到阻滞的点应为保持架破坏源点（图 8 中直箭头所示），此处在受到外力作用下导致保持架阻滞，从而与滚子产生干涉摩擦，最终在滚子的拖动力下断裂，同时，由于保持架阻止滚子继续滚动，导致滚子原地滑动并承载载荷作用力，从而在轴承外圈形成压痕（图 1）。

图8 滚子的旋转方向（曲箭头所示）和保持架破坏源点（直箭头所示）

根据以上的分析内容，可以推出以下结论：

某圆锥滚子轴承失效过程为：异物进入导致保持架受到外力作用而阻滞旋转，在滚子的碾压摩擦下保持架与滚子温度升高从而导致整个轴承产生回火效应，拖动力的进一步作用致使保持架产生扭曲变形、断裂，最终导致轴承失效。

6 结束语

汽车传动系统故障是汽车主要部件故障，属于核心问题，一旦发生则涉及到索赔甚至是整车召回，因此应该引起国内汽车厂家的足够重视。而从历年来本企业所发生的汽车传动系统轴承的故障原因来看，异物进入是首当其冲的。异物包括零件加工残留物、磨损碎屑物、滑油颗粒物等，这些异物小则引起划痕、点蚀、疲劳，大则引起零件阻滞、变形、断裂等问题。因此，鉴于此情况，建议汽车生产企业严格控制汽车传动系统装配清洁度，以降低类似问题的发生概率。

（编辑：王立新）

Analysis of automobile actuator bearing fault

Weng Shixi1, Gong Ping2, Li Ying3
( 1.Manufacturing Technology Department, Harbin Bearing Group Corporation, Harbin 150036, China; 2. AECC Harbin Bearing Co., Ltd., Harbin 150025,China; 3. Harbin Electric Power Vocational Technology College, Harbin 150030, China )

Through the detection and analysis of a four-wheel drive SUV(cross-country vehicle) actuator bearing fault, common faults and their causes of automobile actuator bearing are discussed ,and the method is proposed to reduce the SUV actuator bearing fault, and improvement suggestions for improving the bearing reliability of SUV transmission system are proposed.

automobile; actuator; bearing fault

TH133.33+2

B

1672-4852（2017）01-0012-03

2016-12-22.

翁世席（1986-），男 ，工程师.