某电动商用车轴承失效分析及解决措施

万媛媛,汤玉辉

(安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥 230601)



某电动商用车轴承失效分析及解决措施

万媛媛,汤玉辉

(安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥 230601)

对某电动商用车减速器在台架测试过程中出现的异常现象进行研究，对减速器进行拆解分析，从齿轮旋向设计、轴承孔设计、轴承润滑方式设计、轴承的安装定位以及轴承的型式选择几个方面，解决轴承失效的问题，最终通过耐久台架测试，使得减速器满足寿命要求。

电动商用车；减速器；轴承；失效分析

0　引言

国内外汽车工业掀起了电动汽车的研究热潮，电动汽车逐渐被消费者接受和认可。同时，通过对传统商用车进行动力改装，电动商用车也走进了人们的视野中，主要当垃圾清扫车、洒水车等，这种电动商用车安全可靠，既可以满足使用需求，又达到了节能环保的目标[1]。

电动商用车的驱动系统一般是将驱动电机搭载单速比减速器取代传统商用车的发动机与变速箱，将动力传递到驱动半轴。这种取代方式可以实现同一驱动系统搭载不同的车型，成本低、设计简单。但是电机转速较高，减速器直接与电机轴连接，减速器输入轴所承受的转速高，从而对轴承的影响也较大。

通过对减速器反复试验，找出减速器轴承失效的原因并且解决设计问题。

1　轴承失效特征

1.1问题描述

某商用车减速器在依据行业标准QC/T 568《汽车机械式变速器 台架试验方法》[2]和企业标准《单速比减速器试验台架方法》[3]进行耐久台架测试时出现明显异响声，测试人员终止测试，并怀疑是减速器内部零件可能出现断裂。为找出问题所在，设计人员拆解了商用车减速器，发现减速器输入轴和输出轴连接轴承内外圈分离并出现了严重的烧蚀、轮齿断裂[4]，见图1。这里选用的深沟球轴承6005。

1.2减速器耐久台架测试

磨合条件：磨合时间90 min； 输入扭矩40 N·m；输入转速3 000 r/min；

试验条件：油温：85～95 ℃;

工况条件：见表1。

表1　耐久测试工况

测试结果： 在试验进行到第50 h时，减速器出现异响。拆解发现，输入轴输出轴连接轴承烧蚀，轮齿断裂。

2　几次测试结果及问题整改

2.1第1次测试

2.1.1问题分析

从拆解出现的现象分析，轴承内外圈脱离。首先考虑到齿轮设计，作者发现该减速器两对啮合齿轮的旋向设计出现错误，导致输入轴和输出轴连接轴承承受轴向力，导致轴承损坏。如图2，输入轴齿轮旋向为右旋，逆时针旋转，根据右手定则，受到轴向力F1方向向右，作用于输入轴和输出轴连接轴承外圈；输出轴旋向也为右旋，轴向力F2方向向左，作用于轴承内圈[5]。正是这两个方向相反的轴向力长时间作用导致轴承烧蚀，内外圈分离。

该减速器齿轮旋向设计引用同平台其他车型设计，但在设计时没有考虑到两者内部结构的区别。另一车型的减速器输入轴、中间轴与输出轴平行但不共线，轴通过两端轴承固定，轴向力方向对轴承影响不大；而该商用车减速器输入轴和输出轴共线，通过轴承的内外圈连接，该轴承如果受到方向相反的轴向力风险会很大。

2.1.2方案整改

表 2　齿轮旋向设计前后对比

2.2第2次测试

2.2.1问题分析

改变齿轮旋向设计后，重新进行耐久测试，测试方法与第一次测试相同。试验进行到第11 h后，出现异响，试验停止。拆解减速器后，发现输入轴、输出轴连接轴承烧坏，具体部位为轴承内圈碎裂。

从拆解情况来看：轴承的烧坏可能是因为运转过程中，轴承润滑情况不好；内圈碎裂，说明轴承承受的径向力较大，从而导致轴承损坏。

2.2.2方案整改

从分析情况来看，一方面需要改善轴承的润滑情况，可以从减速器结构上进行优化。具体方法：

(1)在输入轴上安装轴承处开3个小油孔(需要考虑轴的实际强度)，让润滑油充分流入，保证轴承良好的润滑环境；

(2)调整两端轴承孔深度，使轴承孔与轴承充分接触，将径向力更多地分给两端轴承；

另一方面提升输入轴、输出轴连接轴承品质，更换更好轴承品牌，保证产品质量问题。

2.3第3次测试

2.3.1问题分析

经过上面所述整改后，将优化后的减速器装上台架，进行耐久测试，试验进行3 h后，出现异常，立即停止测试。再一次拆解减速器，发现输入轴、输出轴连接轴承烧坏，具体部位为轴承内圈碎裂，输出轴局部烧焦。

输出轴局部烧焦主要是因为轴承内圈受损。考虑到经过整改后的轴承质量没有问题，而且优化后润滑情况良好，所以原因应该是深沟球轴承径向承载能力弱。另外，在整车运行时输出轴随着传动轴的伸缩会有轴向窜动，从而导致输入轴、输出轴连接轴承同时还承受轴向力。深沟球轴承一般主要用来承载径向力，轴向力承受能力有限。

2.3.2方案整改

从3次测试结果来看，输入轴、输出轴连接轴承在测试过程中均出现内圈损坏的情况，可以看出轴承在工作过程中均受到了较大的径向力和轴向力，而深沟球轴承主要是承受径向力，仅能承受较小的轴向力。所以，再一次对设计进行优化和整改：

(1)将输入轴、输出轴中间连接轴承由深沟球轴承更改为滚针轴承，尽量选用直径大的轴承，以保证可以承载较大径向力[6]。

(2)另外，在输入轴、输出轴两端轴承增加卡环、盖板轴向定位结构，保证中间滚针轴承不受轴向力。

2.4第4次测试

将第3轮整改后的减速器搭上台架，依据台架耐久测试条件，对减速器进行第4次台架测试。测试数据见表3。

表3　测试数据

测试结论：在达到规定加载载荷和试验时间后主要零件(齿轮、轴、轴承、壳体等)无损坏，齿轮无齿轮断裂、齿面严重点蚀现象。

3　结论

通过4次台架测试、3次方案优化，终于找出减速器轴承失效的原因，并且找到正确的处理方法。得出以下结论：

(1)齿轮旋向的设计会导致轴承受不同方向的轴向力，会造成轴承在使用过程中内、外圈的脱离，从而造成轴承失效[6-8]；

(2)在设计轴承安装结构时，应充分考虑轴承润滑情况，保证轴承良好的润滑环境，可以大大提高轴承使用寿命；

(3)选择轴承型式时，要充分考虑使用轴承结构的受力情况，保证所选轴承可以承受相应的力，确保轴承的承载能力，从而保证部件的寿命；

(4)在轴承特殊的工作环境下，可以增加相应零件，譬如卡环、密封圈等，以改善轴承工作环境。

【1】晓辰.城市电动商用车的运行模式[J].轻型汽车技术,2012(1):35-36.

【2】QC/T 568.1-2011汽车机械式变速器总成台架试验方法.第1部分：微型[S].北京：中国计划出版社，2011.

【3】Q/JQ 2121-2013单级减速器技术条件[M].

【4】黄晓辉.某深沟球轴承失效分析[J].哈尔滨轴承,2014(1):18-19,22.

【5】孙恒.机械原理[M].7版.西安:西北工业大学出版社,2013.

【6】成大先.机械设计手册[M].5版.北京:化学工业出版社,2008:(7-202)-(7-274).

【7】檀骏,余晓流,谈莉斌.球轴承轴向承载能力研究[J].机械设计及制造,2014(7):45-48.

【8】冀勇彪.变速箱轴承早期失效分析及解决措施[J].机械管理开发,2012(3):83-84.

Bearing Failure Analysis and Resolution for an Electric Commercial Vehicle Retarder

WAN Yuanyuan,TANG Yuhui

(Technical Center,Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd., Hefei Anhui 230601,China)

The abnormal phenomenon of an electric commercial vehicle retarder during bench test was studied. The reducer was disassembled to analyze. From the points of the rotation design of gears,the bearing hole design,the bearing lubrication mode design,the fixing orientation of bearing and the type of bearing,the failure problem of bearing was resovled.Finally,the durability test of the retarder is passed, it can meet the life requirement.

Electric commerical vehicle;Retarder;Bearing;Failure analysis

2015-05-13

万媛媛(1984—)，女，工学硕士，工程师，主要从事于新能源汽车电驱动技术的研发。E-mail:wanyuanyuan1984@163.com。