踏板机构总成失效分析及改进

申秀平 李维良

摘 要：通过对踏板机构总成失效部位宏观检查、化学成分分析、硬度测试等物理金相性能分析，确定了其早期失效的主要原因是由于轴承安装后产生的累计误差，致使同轴度差，轴承载荷分布不均匀，产生异常磨损，加之踏板销表层镀锌层剥落产生的粉末进入轴承内，使润滑油快速耗尽，加重了轴承内的磨损，最终导致踏板机构总成失效。依据失效机理，对踏板机构总成中的组件从表面处理工艺、材料加工选型等方面提出了改进措施，效果良好。

关键词：踏板机构;同轴度;磨损

中图分类号：U466  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）13-189-03

Failure Analysis And Improvement Of Pedal Mechanism Assembly

Shen Xiuping， Li Weiliang

（ Quality Management Department of Shaanxi Heavy Duty Truck Co.， Ltd.， Shaanxi Xi'an 710200 ）

Abstract： Through the analysis of physical metallographic properties such as macroscopic inspection， chemical composite on analysis and hardness test of the failure parts of the pedal mechanism assembly， the main reason of its early failure is that the cumulative error caused by the bearing installation， the coaxial degree is poor， the bearing load distribution is uneven， and the abnormal wear is produced， In addition to the pedal pin surface galvanized layer peeling powder into the bearing， so that the lubricating oil quickly depleted， aggravating the wear in the bearing， resulting in the failure of the pedal mechanism assembly. According to the failure mechanism， the improvement measures of the components in the pedal mechanism assembly from the aspects of surface treatment and material processing are put forward， and the effect is good.

Keywords： Pedal mechanism; Coaxiality; Wear

CLC NO.： U466  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）13-189-03

引言

某重型卡車踏板机构总成在道路试验过程中出现离合器踏板和制动踏板连动现象，初步判定是由于轴承损坏发卡所致。为了查明踏板机构早期失效的原因，笔者对失效件进行了检查和分析。

1 理化检验

1.1 宏观检查

根据道路试验反馈的故障部位，对失效的踏板机构总成拆解发现，轴承滚针与保持架磨损严重，滚针卡死在骨架内，失去在滚道内滚动功能，其外观形貌见图1所示;与轴承相配合的踏板轴表面的镀锌层、淬火层已被磨损，外表面被磨削的金属细粉末覆盖，擦拭表面黑色金属粉末后，粘着磨损坑清晰可见，表现为典型的接触磨损，见图2所示。踏板轴两端磨损程度不同，说明服役过程中载荷分布不均匀，见图3所示;另外，踏板轴表面处理采用镀锌工艺，以提高其耐腐蚀性能，但与轴承配合使用过程中易剥落产生粉末，进入轴承中，降低轴承寿命。

1.2 轴承指标测试

1.2.1 硬度测试

在失效的轴承上取样，测试滚针及其保持架的硬度，滚针检验采用TH320洛氏硬度计，依据GB/T230.1-2009《金属洛氏硬度试验 第一部分：试验方法》进行检验，滚针基体硬度平均为65.0HRC，硬度符合技术要求;保持架采用VH-5维氏硬度计，依据GB/T4340.1-2009《金属硬度试验 第一部分：试验方法》进行检验，保持架表面硬度平均为500HV，硬度符合技术要求。

1.2.2 金相组织

在失效的轴承上取样，测试滚针及其保持架的金相组织，检验采用GX51金相显微镜，依据GB/T13298-91《金属显微组织检验方法》进行检验，滚针基体组织为回火马氏体，保持架表面为渗碳淬火组织，渗碳层深度为0.1mm;滚针和保持架的微观组织未见异常。

1.2.3 化学成分（%）

在失效的轴承上取样，测试滚针及其保持架的化学成分，检验采用金属材料元素分析仪（直读光谱仪），依据GB/T4336-2002《碳素钢和中碳合金钢火花源原子发射光谱分析方法》进行检验，滚针材料符合GCrl5钢技术要求，保持架材料符合为DC03M钢技术要求，轴承滚针及保持架材料未见异常。

1.2.4 计量检测

对未压装使用的同批次HK2010型号滚针轴承使用外径千分尺对轴承外径检测，6组数据表明轴承外径不圆且带锥度，见表1。

1.3 踏板销指标检查

1.3.1 硬度测试

在失效的踏板轴上取样，测试其硬度，采用TH320洛氏硬度计，依据GB/T230.1-2009《金属洛氏硬度试验 第一部分：试验方法》进行检验，表面硬度平均值为58.0HRC，符合技术要求。

1.3.2 金相组织

在失效的踏板轴上取样，检查其微观特征，检验采用GX51金相显微镜，依据GB/T13298-91《金属显微组织检验方法》进行检验，基体组织为回火索氏体，表面组织为回火马氏体，淬火层深度为0.4mm，微观组织未见异常，淬火层深度符合技术要求。

1.3.3 化学成分（%）

在失效的踏板轴上取样，测试其化学成分，检验采用金属材料元素分析仪（直读光谱仪），依据GB/T4336-2002《碳素钢和中碳合金钢火花源原子发射光谱分析方法》进行检验，踏板轴材料符合45#钢技术要求。

1.4 轴承安装孔同轴度检查

对踏板机构总成中安装孔同轴度检查，采用三坐标检测，以底座中间安装孔作为基准，评价两侧圆柱孔同轴度，同轴度测量值分别为0.932、0.808，同轴度差，不符合技术要求。

2 综合分析

踏板机构总成中踏板销结合部位轴承损坏发卡的主要原因是：失效的轴承外径不圆且带有锥度，加之安装孔同轴度产生的累计误差，致使实际服役过程中轴承载荷分布不均匀，局部载荷较大，产生磨损;另外，与轴承配合的踏板销表层镀锌层剥落产生的粉末及淬火层被磨损后产生的粉末进入轴承内，使润滑油快速耗尽，随着金属粉末的脱落聚集，轴承内磨损加重，间隙增大，最终导致轴承失效。

3 改进措施

依据失效原因，在整体未增加制造成本的前提下，对踏板机构总成中的组件从表面处理工艺、材料加工选型等方面提出了改进措施，具体为：

（1）踏板轴表面采用氧化处理，提高耐磨性;

（2）与踏板销配合的轴承选用HK2020型號，提高稳定性及承载力;

（3）离合器踏板支架、制动踏板支架中轴承压装套筒采用焊后精镗的工艺，确保同轴度。对优化后的踏板机构总成经过道路试验及市场的跟踪回访，未发生类似问题，改进效果良好。

参考文献

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