轴承安装孔尺寸超差引起轴承失效的案例分析

王倩倩

摘要：轴承在汽车领域上应用非常广泛，由于轴承作为易损件需要经常的维护和更换，准确的科学地判断轴承的失效原因，对车辆行驶安全等十分重要，本文针对汽车行驶中轴承出现的故障特点，通过轴承的寿命计算和试验等手段，对造成轴承失效的原因进行分析。

关键词：轴承;寿命;故障复现

引言

轴承在汽车领域上应用非常广泛，滚动轴承作为转轴的滚动支承，在承载轴转动中的载荷、限定轴的径向和轴向位置、保持轴的旋转精度等许多方面起决定性的作用。正确地分析滚动轴承的失效原因，对保障轴承在车辆使用过程中安全可靠地运转具有十分重要的意义。

文中针对轴承安装孔尺寸超差引起的轴承失效问题进行轴承寿命计算和故障复现试验两方面的分析。

1 轴承失效的现象分析

某汽车在行驶8000Km里程时车桥后输出孔处轴承出现损坏问题，拆检轴承GB276-6212发现轴承保持架断裂掉落，轴承安装孔内表面损坏，故障现象如图1、2。

根据故障现象分析：1）轴承滚道面是由于滚动疲劳而呈鱼鳞状的剥离;2）滚道剥离物卡止钢球使其不能正常转动而在保持架的拖拽下滑动，钢球滑动阻力远大于正常滚动阻力，同时钢球滑动阻力反作用于保持架，保持架载荷增加而折损断裂。3）轴承安装孔由于配合间隙及轴承损坏造成轴向表面有轴向及径向磨痕。

2轴承的疲劳寿命计算及原因分析

针对故障现象，对轴承安装孔加工尺寸进行复测，检查结果为φ109.95～φ109.94（设计值：）。对比设计要求，轴承外圈与轴承安装孔的过盈量对比结果，设计过盈量：-0.025～0.025，实际过盈量：0.035～0.06。

按照设计要求，轴承内孔与轴的配合为过盈配合，最小过盈量0.002mm，最大过盈量0.03mm;轴承外圈与轴承孔的配合为过渡配合，最大配合间隙为0.025mm，最大过盈为0.025mm。理论上轴承内孔与轴的平均过盈量为0.016mm，轴承外圈与轴承孔的平均过盈量或间隙量为0mm。6212轴承的径向游隙量为0.008～0.028mm，平均游隙量为0.018mm。轴承内孔与轴的过盈量全部用于消除轴承的径向游隙后轴承有0.002的径向游隙量。查阅轴承应用游隙控制资料，轴承内孔与轴的配合、轴承外圈与轴承孔的配合设计值能保证轴承在基本额定载荷下的使用寿命。

核算实际安装状态下的轴承径向游隙。轴承内孔与轴的配合为过盈配合，最小过盈量0mm，最大过盈量0.03mm，平均过盈量为0.015mm;轴承外圈与轴承安装孔为过盈配合，最小过盈量为0.035mm，最大过盈为0.06mm，平均过盈量为0.0475mm。轴承内孔与轴、轴承外圈与轴承的总平均过盈量为0.0625。按照GB/T5371-2004《极限与配合过盈配合的计算和选用》和滚珠轴承接触参数的计算公式进行理论计算。轴承外圈的总过盈量约为0.025mm，相当于施加在轴承上的载荷为1911kg。按照同样的使用工况下，对滚动轴承寿命的计算公式计算，轴承寿命约为7470km。

轴承过盈联接主要计算如下：

总平均过盈量消除掉轴承的径向游隙后的过盈量为：

，

该过盈量在轴承孔和轴承外圈进行分配，分配按照轴承安装孔分配系数和轴承外圈分配系数，其中，

包容件直徑比，被包容件直径比

分配到轴承外圈的过盈量为：

即每个滚珠的过盈量为0.0125mm。

按照滚珠轴承接触参数的计算公式：

得出，滚珠（单个）的压力为191.1kg，则6212轴承共10个滚珠的总压力为1911kg，即相当于施加到轴承上的载荷为18728N。

GB276-6212轴承寿命计算如下：

壽命指数（对球轴承=3）

传动比     4.95×1.93=9.55

额定寿命（其单位是转）

额定动载荷   47800N

当量动载荷   18728N

轮胎半径     685mm

得出，轴承的寿命约为7470km。

通过以上理论计算分析表明，轴承安装孔尺寸超差，是造成此次故障的主要原因，轴承安装孔尺寸超差轴承安装后轴承外圈与轴承安装孔的过盈量大于设计要求，轴承外滚道、钢球与轴承内滚道相互间增加额外的径向力，轴承的使用寿命降低。

3轴承损坏故障复现试验

针对轴承安装孔尺寸超差造成轴承失效问题，进行故障复现试验验证。

轴承故障复现试验台示意图如图3所示。

测功机实时显示输出的扭矩和转速数值，间接显示轴承的工作参数。

箱体轴承安装孔参考故障件实测尺寸，试验中查阅公差与配合标准轴承安装孔选取就近的公差带加工样件进行试验。试验要求测功机输入转速2500rpm，每走合50h拆检一次轴承箱观察轴承滚道和钢球表面磨损情况，走合过程观察输出的扭矩和转速数值变化，每间隔1h测量轴承位置温度。整个试验过程监测记录。试验记录见图表1，试验结果显示走合23h时，轴承处箱体温度125℃（环境温度18℃），扭矩为16Nm轴承保持架断裂。

故障复现试验结果表明轴承安装孔直径小时轴承的使用寿命降低。

4 结语

轴承作为汽车上的重要零部件，其可靠性直接影响到汽车的稳定性，进而关乎汽车行驶的安全性。本文探讨关于轴承失效的原因，通过疲劳寿命计算及故障复现试验验证，分析确定了轴承安装孔超差能够引起轴承失效，因此有效的控制轴承安装孔的尺寸精度，可以大大提高轴承的使用寿命，从而提高汽车的可靠性、安全性，现实意义重大。

参考文献

[1]成大先. 机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2008

[2]刘惟信.汽车设计[M].北京：清华大学出版社，2001

[3]祝燮权.使用滚动轴承手册[M].上海：上海科学技术出版社，2010