變速器滾針軸承的微動彎曲分析

唐國晨，蔣能鳳,劉哲哲

柳州上汽汽車變速器有限公司 廣西柳州 545006

在變速器中，滾針軸承的作用是支撐軸上的游動齒輪。其中，軸的外徑相當(dāng)于滾針軸承的內(nèi)滾道，齒輪的內(nèi)孔相當(dāng)于滾針軸承的外滾道，內(nèi)外滾道與滾針和保持架一起組成了一個完整的滾針軸承（見圖 1）。

圖1 滾針軸承

近年來，隨著變速器輸入轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的提高，滾針軸承的工作環(huán)境變得更加苛刻。在開發(fā)試驗(yàn)中和總成裝配上，滾針軸承的彎曲磨損失效使裝配現(xiàn)場出現(xiàn)BIR（內(nèi)置剛性）問題導(dǎo)致FTQ（首件質(zhì)量）下降，引起車間抱怨的現(xiàn)象越發(fā)嚴(yán)重。從設(shè)計上來看，由于滾針的硬度比軸外圓和齒輪內(nèi)孔硬度稍高，所以彎曲和磨損通常會發(fā)生在與滾針接觸的齒輪內(nèi)孔或軸的外圓部位。

因此，掌握滾針磨損的機(jī)制和成因，才能從結(jié)構(gòu)設(shè)計上進(jìn)行規(guī)避，也才能夠快速總結(jié)裝配過程中出現(xiàn)的滾針彎曲導(dǎo)致的異響問題，從而提升產(chǎn)品質(zhì)量。

軸承異響的表現(xiàn)

1.軸承異響在聲音上的表現(xiàn)

軸承異常導(dǎo)致異響時，其聲音頻率比較固定，例如“沙沙”聲。軸承異響在校驗(yàn)時正反轉(zhuǎn)都會存在。當(dāng)故障總成只有正轉(zhuǎn)或者只有反轉(zhuǎn)有異響時，應(yīng)該基本排除軸承異響原因。

2.外來異物導(dǎo)致軸承異響

軸承屬于精密零件，當(dāng)有異物進(jìn)入時會損傷軸承工作面，從而造成異響?，F(xiàn)場常見的異物有鐵屑、鋁屑等。

（1）滾針軸承 當(dāng)裝配有滾針軸承的部位有異物進(jìn)入時，校驗(yàn)轉(zhuǎn)動之后，滾針軸承的滾針和軸承的內(nèi)孔都會出現(xiàn)異常發(fā)亮的印痕。

（2）圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承 有異物進(jìn)入軸承時，軸承的滾柱、外圈整一圈都會有異常發(fā)亮的印痕。

（3）深溝球軸承 異物進(jìn)入軸承內(nèi)部時，轉(zhuǎn)動軸承時會有卡滯感。切開軸承后也可以看到鋼球、內(nèi)外圈的滾道存在異常磨損的痕跡。

3.軸承本身的缺陷導(dǎo)致軸承異響

當(dāng)軸承本身存在缺陷時，也會導(dǎo)致軸承異響。

（1）滾針軸承 滾針彎曲、保持架變形或斷裂（見圖2）都會導(dǎo)致滾針軸承異響。當(dāng)出現(xiàn)這類故障時，用手轉(zhuǎn)動齒輪時會有卡滯感。

圖2 滾針軸承自身缺陷

（2）圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承 滾柱、外圈被刮傷時會導(dǎo)致軸承異響，目視即可發(fā)現(xiàn)異常。

（3）深溝球軸承 鋼球、內(nèi)外滾道有缺陷時會導(dǎo)致異響，轉(zhuǎn)動齒輪時會有不順暢、卡滯感。

滾針軸承異響的一般分析

滾針彎曲的質(zhì)量問題不僅僅出現(xiàn)在一家供應(yīng)商，而是普遍存在于不同供應(yīng)商身上的。以2019年4月份某滾針軸承廠家出現(xiàn)的彎針不良件進(jìn)行分析。對圓度及圓柱度確認(rèn)：彎曲部分偏離圓柱中心0.023mm，其余部分圓度正常 。

從設(shè)備固有的缺陷上分析產(chǎn)生彎針的原因：

1）某供應(yīng)商使用半自動裝針機(jī)進(jìn)行裝配，在裝配過程中，由于設(shè)備的限制，會出現(xiàn)卡針的現(xiàn)象?，F(xiàn)場操作人員未按要求及時將卡針取出隔離報廢，導(dǎo)致不良的滾針裝入保持架中，產(chǎn)生不良產(chǎn)品（見圖3）。

圖3 半自動裝針機(jī)

2）供應(yīng)商對裝配車間現(xiàn)場排查確認(rèn)。前期為了防止?jié)L針撞彎，每臺裝針機(jī)上都裝有防撞彎接觸開關(guān)（見圖4），當(dāng)出現(xiàn)卡針時，開關(guān)上的鐵塊靠不到限位螺絲，必須手工清除卡滯的滾針后方可繼續(xù)裝針，否則將無法繼續(xù)生產(chǎn)。對現(xiàn)場員工調(diào)查確認(rèn)，設(shè)備發(fā)生故障時，需要將防撞彎接觸開關(guān)與設(shè)備的連接線拆除后再調(diào)試，調(diào)試完成后需要重新將連接線接上，實(shí)際調(diào)試工經(jīng)常會忘記重新裝上。

圖4 防撞彎接觸開關(guān)

滾針軸承異響的改善

基于此，督促“一品三點(diǎn)”的軸承供應(yīng)商針對滾針彎曲進(jìn)行改善。

1）A供應(yīng)商主要可能產(chǎn)生的彎針是在裝針工序，臥式滾壓裝針的方式改成立式側(cè)裝針，現(xiàn)有已采用立式裝針的軸承沒有客戶反饋彎針，失效概率明顯降低，故障率降到0.001%。

2）B供應(yīng)商主要可能產(chǎn)生的彎針是裝針工序和拋竄工序，拋竄桶的焊縫容易卡針，內(nèi)側(cè)焊縫的拋桶已經(jīng)開始改為外側(cè)焊縫拋桶，更換完成，后續(xù)進(jìn)行100%全測振動后出廠。

3）C供應(yīng)商主要可能產(chǎn)生的彎針是裝針工序，臥式滾壓裝針方式，進(jìn)行設(shè)備改造，增加壓力傳感器，彎針零件裝針壓力遠(yuǎn)大于正常裝針壓力，理論上可以對滾針彎針故障進(jìn)行識別?？蛇x擇的優(yōu)化方案是∶適當(dāng)降低回火溫度以得到更高的表面硬度 (HV700 以上)，提升耐磨性。

經(jīng)過系列改造，A、B、C供應(yīng)商目前滾針彎針的故障未重復(fù)發(fā)生，初步驗(yàn)證改善有效。

A供應(yīng)商制造上的問題分析及改善如下：

（1）制造原因 滾針料管未定期清洗或更換，管路黏性增大，導(dǎo)致滾針下料延時。在裝針過程推送滾針時，滾針與窗梁發(fā)生撞擊，導(dǎo)致窗梁發(fā)生變形。窗梁變形后，所對應(yīng)窗孔的鎖針能力喪失，滾針裝入后在受到振動后可直接竄出。

（2）流出原因 當(dāng)前靈活性檢驗(yàn)過程中由于使用環(huán)規(guī)及心棒，缺陷件滾針無法從內(nèi)外徑竄出，周轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)滾針脫落。

改善措施：

1）立即更換新的裝針料管。

2）防銹包裝前，使用塑料筐單次盛放約200件產(chǎn)品后進(jìn)行30S顛晃，并在此確認(rèn)所有產(chǎn)品是否存在掉針問題，合格產(chǎn)品防銹包裝入庫。

（3）裝針設(shè)備 裝針管由原先的塑料管替換為彈簧管（見圖5），彈簧管管間存在小縫隙，可以有效瀝出油液及灰塵，防止管路卡滯或堵塞。

圖5 彈簧裝針管

結(jié)語

滾針彎曲是滾針軸承的常見失效形式之一，通過對滾針軸承微動彎曲的分析，找出了主要影響因素，從設(shè)計制造以及工裝檢具方面提出了避免滾針彎曲的多項(xiàng)預(yù)防措施，為后續(xù)市場問題的分析提供了新的思路。隨著滾針彎曲的更深入研究，以及更多的工程實(shí)踐，還會有更多更好的優(yōu)化措施被發(fā)現(xiàn)和提出，從而徹底規(guī)避滾針彎曲問題的發(fā)生。