一种汽车发电机轴承异响问题分析与解决方案

隋宝峰 沙宾宾 薛向阳 李鑫 李光武 褚丹阳

摘 要：针对发电机轴承外圈滚道因电蚀剥落引起的异响问题，采用光学显微镜、扫描电子显微镜、红外光谱、洛氏硬度测试等方法对发电机轴承进行分析，依据检测结果及原因分析通过更改发电机轴承润滑脂解决电蚀问题。

关键词：发电机;电蚀;异响

中图分类号：U463.63+1  文献标识码：A  文章编号：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

發电机是内燃机汽车不可或缺的零件，发电机正常运转时会向整车用电器进行供电，若发电机无法正常工作，会引起整车用电器失效及发动机无法运行进而造成危险，极易导致顾客抱怨。

1 发电机工作原理

如图1所示，发电机定子的三相绕组按一定规律分布在发电机的定子槽中，定子内部布置转子，转子上安装爪极和励磁绕组。

当外电路通过电刷使励磁绕组通电时，便产生磁场，使爪极被磁化为N极和S极。转子旋转时，磁通交替在定子绕组中变化，根据电磁感应原理，定子的三项绕组中便产生交变感应电动势，此为发电机发电原理。

2 问题描述

整车在进行路试耐久试验过程中，运行至47000公里时，试验人员发现车辆机舱内出现异响，类似“呜呜”的声音，人耳极易识别，不能接受，且在行驶、怠速时均存在异响。打开机舱盖板，怠速运转，识别异响来自发动机附件轮系，更换发电机后异响消除。

3 问题排查

3.1 外观检查及尺寸测量

问题发电机本体外观无明显异常，无磕碰伤。转动发电机时发电机轴承出现“咕噜”异响，对发电机轴承进行尺寸等测量，测量结果见表1。

拆解发电机轴承，发现轴承外圈滚道出现一处“贝状”剥落。更换新轴承后发电机异响消失，进而证明发电机异响因轴承外圈滚道剥落所致，如图2所示。以下对轴承外圈滚道剥落进行相关排查分析。

3.2 能谱元素分析

对发电机轴承外圈滚道剥落处与非剥落处进行X射线能谱分析，以便确定是否因异物导致轴承润滑不良，进而引起轴承滚道剥落。经检测发电机轴承剥落处与非剥落处主量元素及其他元素峰线均一致，因此发电机轴承失效非异物导致，检测结果见图3。

3.3 红外光谱检测

对问题发电机内润滑油脂进行红外谱检测，原轴承内润滑油脂与新润滑油脂性能相当，润滑脂未失效。说明发电机轴承外圈滚道表面剥落非润滑不良导致，测试结果见图4。

3.4 金相组织分析

对发电机轴承外圈滚道剥落位置进行金相分析，外圈滚道剥落位置组织分布形貌见图5所示，可见剥落处位于感应淬火层内。

高倍下形貌见图6所示，表层组织为马氏体，根据JB/T 9204-2008标准，马氏体等级为3级，并在表层中发现白色组织。

轴承外圈滚道剥落位置芯部组织分布形貌见图7，可见剥落位置芯部组织为马氏体，根据JB/T 9204-2008标准，马氏体等级为3级，组织无异常。

3.5 硬度测试

使用洛氏硬度仪分别测试轴承外圈滚道、内圈滚道、钢球的硬度，经测试轴承外圈滚道、内圈滚道、钢珠硬度均满足要求，表明轴承外圈滚道剥落非轴承相关零件硬度不满足要求所致，洛氏硬度测试结果见表2。

3.6 电镜扫描

对轴承外圈滚道表面、内圈滚道表面、钢球表面进行电镜扫描，发现轴承内外圈滚道及钢球表面均存在多处熔融凹点，此凹点为电蚀所致，电蚀情况见图8。

4 原因分析

因发电机转动力来自发动机附件皮带与发电机带轮摩擦力，二者表面均为绝缘体，在快速摩擦时会产生大量静电，高压电流通过轴承时，在油膜位置产生电火花，进而分解出

氢原子，氢原子侵入钢材，对组织破坏引起裂纹、凹坑、表面剥落问题。

5 分析验证

受附件轮系传动结构和原理的限制，摩擦不可避免，解决此问题有效途径之一是将摩擦产生的静电导出，使静电电流不能在发电机轴承表面放电。将发电机轴承中润滑油脂更改为导电性润滑油脂，重新制作发电机。对策后发电机搭载4台整车路试，完成7万公里耐久路试后发电机异响问题均未发生。

6 结论

因轴承电蚀导致异响或损坏已成为发电机或具备同种结构零件常有故障，本文阐述了轴承类零件异响问题排查思路及一种轴承电蚀问题解决方案，具备借鉴意义。

参考文献

[1] 周龙保.内燃机学[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2] JB/T 9204-2008.钢件感应淬火金相检验[S].

[3] 王宇.大型汽轮发电机轴电压及轴瓦电腐蚀研究[D].华北电力大学（河北）， 2010.