某VM發(fā)動機導向軸承失效原因分析

鄒偉仁

江西五十鈴發(fā)動機有限公司 江西 南昌 330200

前言

軸承是機械設備中一種重要零件，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)量飛輪設計為單質(zhì)量飛輪，設計開發(fā)借鑒KD件結(jié)構(gòu)，將海獅VM發(fā)動機導向軸承選型為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。

圖1 全部滾針被頂出

圖2.1 一根滾針脫落

圖2.2 保持架被頂破

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)動機飛輪上的導向軸承狀態(tài)；對外購導向軸承、飛輪合件供應商進行專項審核，發(fā)動機終檢100%點檢發(fā)動機導向軸承。

序號影響因素末端原因調(diào)查方法調(diào)查結(jié)果1導向軸承問題軸承尺寸不合格檢測故障件、抽查庫存件OK 2軸承滾針松動抽查庫存件NG 3軸承內(nèi)支架端面無倒角檢測故障件、抽查庫存件NG 4飛輪合件軸承孔問題軸承孔徑超差檢查故障件、抽查庫存件OK 5軸承孔與端面不垂直檢查故障件、抽查庫存件OK 6裝配工藝問題發(fā)動機裝配工藝不合理確認作業(yè)順序書與基準書OK 7整車發(fā)變連接工藝不合理現(xiàn)場調(diào)查整車連接過程NG 8設計匹配問題變速箱一軸與導向軸承不匹配設計校核OK 9 NK19/20軸承強度不夠設計校核OK

2.3 故障原因調(diào)查

2.3.1 導向軸承問題

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

經(jīng)檢測導向軸承滾針有松動，軸承保持架端面無倒角。

滾針松動及保持架端面無倒角，可致使導向軸承卡滯脫落失效。

導向軸承，NK19/20（滾針軸承）檢測抽查結(jié)果項目技術要求故障件1故障件2庫存件1庫存件2庫存件3庫存件4庫存件5判定內(nèi)徑φ19 33/20μm//25 24 28 26 25 OK高度20 0/-120μm-50-50-60-50-70-70-60 OK外徑φ27 0/-9μm-4-5-5-4-7-6-8 OK跳動徑向跳動≤15μm//8 9 8 9 7 OK滾針松動//NG NG NG NG NG NG保持架端面無倒角NG NG NG NG NG NG NG NG

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。

軸承孔與導向軸承的裝配關系是過度配合（符合設計要求）。

1005060RCK飛輪合件軸承孔檢測結(jié)果項目技術要求故障件1故障件2庫存件1庫存件2庫存件3庫存件4庫存件5庫存件6庫存件7庫存件8判定內(nèi)徑φ27-7/-26μm-10-19-15-16-14-13-18-16-17-18 OK垂直度⊥φ 0.05 50μm//20 34 32 40 45 30 20 16 OK

2.3.3 裝配工藝問題

2.3.3.1 發(fā)動機裝配工藝不合理

導向軸承裝配工藝要求使用專用工裝將導向軸承壓裝在飛輪軸承孔內(nèi)，確認導向軸承裝配正常后，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?，F(xiàn)象，確認排除發(fā)動機裝配工藝不合理導致故障。

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向軸承孔內(nèi)，完成發(fā)動機與變速箱連接的關鍵工步。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，故需要對導向軸承與一軸等進行優(yōu)化來解決故障。

2.3.4 設計匹配問題

2.3.4.1 一軸與導向軸承配合問題

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計要求。

項目技術要求變速一軸外徑φ19-16/-27μm導向軸承內(nèi)徑φ19 33/20μm

2.3.4.2 NK19/20軸承選型額定載荷不足

發(fā)動機導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。

軸承型號外徑D內(nèi)徑d寬B額定徑向載荷(kN)極限轉(zhuǎn)速(rpm)D d B動 Cr靜 Cor脂油RNA 4901 24 16 22 16.2 21.5 13000 19000 NK19/20 27 19 20 16 22.2 14000 21000 6203-2Z 40 17 12 9.58 4.78 16000 20000 6004-2Z 42 20 12 5.02 9.38 16000 19000

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，是導致的導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)過雙方技術質(zhì)量對接，確認從設計上進行優(yōu)化，發(fā)動機廠重新選型優(yōu)化導向軸承（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：

零部件更改前優(yōu)化后子零件主要參數(shù)說明主要參數(shù)說明飛輪總成飛輪軸承孔徑φ27 φ42導向軸承型號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‰，整改達到了預期目標。