某VM发动机导向轴承失效原因分析

邹伟仁

江西五十铃发动机有限公司 江西 南昌 330200

前言

轴承是机械设备中一种重要零件，是在运动副中与两构件接触并为产生相对运动的活动联接。其主要功能是支撑机械旋转体，降低其运动过程中的摩擦系数，并保证其运动精度。轴承按运动元件摩擦性质的不同，可分为滚动轴承和滑动轴承两大类。滚动轴承按滚动体的形状，可分为球轴承和滚子轴承两大类。

目前多数汽车厂采用的滚动轴承做导向轴承，使MT变速器一轴与发动机飞轮合件完成活动联接。导向轴承在发动机与MT变速器连接机构中扮演着重要角色，如果导向轴承出现卡滞脱落失效，车辆换档费力或无法变换档位，这是车辆致命缺陷。针对海狮VM导向轴承出现失效故障，我们进行了现场调查与机理分析，提出了整改措施，已很好地解决了发动机导向轴承卡滞脱落失效故障。

1 问题描述

某公司在开发海狮VM发动机时，为降低成本，将KD件双质量飞轮设计为单质量飞轮，设计开发借鉴KD件结构，将海狮VM发动机导向轴承选型为NK19/20滚针轴承，但在海狮汽车PP生产阶段时，发动机导向轴承出现了卡滞脱落现象，失效主要故障见标识区图1～2。

图1 全部滚针被顶出

图2.1 一根滚针脱落

图2.2 保持架被顶破

2 调查过程&结果

2.1 故障统计与整改目标

某汽车厂在TTO、1PP、2PP阶段，共生产了50台海狮汽车，但在售后0公里出现10起导向轴承卡滞脱落现象，故障率高达1/5。

顾客抱怨极大，列入专项整改，设立目标值：整改后售后0公里故障率≤0.1‰。

2.2 紧急与临时措施

立即更换故障机上的导向轴承；100%排查确认整车厂与发动机厂的库存发动机飞轮上的导向轴承状态；对外购导向轴承、飞轮合件供应商进行专项审核，发动机终检100%点检发动机导向轴承。

序号影响因素末端原因调查方法调查结果1导向轴承问题轴承尺寸不合格检测故障件、抽查库存件OK 2轴承滚针松动抽查库存件NG 3轴承内支架端面无倒角检测故障件、抽查库存件NG 4飞轮合件轴承孔问题轴承孔径超差检查故障件、抽查库存件OK 5轴承孔与端面不垂直检查故障件、抽查库存件OK 6装配工艺问题发动机装配工艺不合理确认作业顺序书与基准书OK 7整车发变连接工艺不合理现场调查整车连接过程NG 8设计匹配问题变速箱一轴与导向轴承不匹配设计校核OK 9 NK19/20轴承强度不够设计校核OK

2.3 故障原因调查

2.3.1 导向轴承问题

经检测故障件及抽查库存件，确认导向轴承内外径、高度、跳动均符合要求。

经检测导向轴承滚针有松动，轴承保持架端面无倒角。

滚针松动及保持架端面无倒角，可致使导向轴承卡滞脱落失效。

导向轴承，NK19/20（滚针轴承）检测抽查结果项目技术要求故障件1故障件2库存件1库存件2库存件3库存件4库存件5判定内径φ19 33/20μm//25 24 28 26 25 OK高度20 0/-120μm-50-50-60-50-70-70-60 OK外径φ27 0/-9μm-4-5-5-4-7-6-8 OK跳动径向跳动≤15μm//8 9 8 9 7 OK滚针松动//NG NG NG NG NG NG保持架端面无倒角NG NG NG NG NG NG NG NG

2.3.2 飞轮合件轴承孔问题

经对故障件和库存件检测，轴承孔内径和垂直度符合图纸要求。

轴承孔与导向轴承的装配关系是过度配合（符合设计要求）。

1005060RCK飞轮合件轴承孔检测结果项目技术要求故障件1故障件2库存件1库存件2库存件3库存件4库存件5库存件6库存件7库存件8判定内径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 装配工艺问题

2.3.3.1 发动机装配工艺不合理

导向轴承装配工艺要求使用专用工装将导向轴承压装在飞轮轴承孔内，确认导向轴承装配正常后，再涂HP-2润滑脂；发动机测试工序使用专用台架进行测试,为了不流出不良品，在终检工序100%点检确认飞轮导向轴承。经调查，作业顺序书与作业基准书一致，未发现作业异常现象，确认排除发动机装配工艺不合理导致故障。

2.3.3.2 整车发变连接工艺不合理

在整车厂发变连接工序中，每台需要调整变速箱1～3次才能完成一轴插入导向轴承孔内，完成发动机与变速箱连接的关键工步。调查确认整车厂的连接工艺极易损坏NK19/20滚针轴承。因费用问题，整车厂不同意改造发变连接装备，故需要对导向轴承与一轴等进行优化来解决故障。

2.3.4 设计匹配问题

2.3.4.1 一轴与导向轴承配合问题

校核海狮车变速箱一轴各长度尺寸、一轴

外径与导向轴承内孔配合属于间隙配合，长度尺寸与公差配合符合设计要求。

项目技术要求变速一轴外径φ19-16/-27μm导向轴承内径φ19 33/20μm

2.3.4.2 NK19/20轴承选型额定载荷不足

发动机导向轴承不但要承载变速箱一轴传递的径向载荷，还需承受连接工序一轴的轴向挤压力。

经过查找国家标准GB/T5801-2006，校核计算NK19/20轴承径向额定动载荷Cr,为14000kN，满足柴油发动机径向载荷要求。因NK19/20不能承受轴向载荷，不满足整车发变连接要求，是产生故障的主要原因。

轴承型号外径D内径d宽B额定径向载荷(kN)极限转速(rpm)D d B动 Cr静 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 对策制定

通过调查与分析，因NK19/20轴承不能承受轴向载荷，不适合整车厂装配，是导致的导向轴承卡滞脱落的主要原因。因发动机厂无法控制整车厂装配策略，经过双方技术质量对接，确认从设计上进行优化，发动机厂重新选型优化导向轴承（参考GB/T276-1994标准），整车厂优化变速箱一轴。优化方案如下：

零部件更改前优化后子零件主要参数说明主要参数说明飞轮总成飞轮轴承孔径φ27 φ42导向轴承型号NK19/20承受径向载荷大，不能承受轴向载荷，需加注润滑脂。6004-2Z主要承受径向载荷，也可承受轴向载荷，无需加注润滑脂。变速箱一轴外径φ19 φ20

4 验证结论

实施上述方案后，改善了整车厂发变连接困难问题，发变连接效率至少提高二倍以上，减少了售后费用和降低了生产成本。从整车厂SOP后1200台的汽车生产过程和售后3IMS的质量数据来看，未收到发动机导向轴承卡滞脱落故障，可以确认售后0公里故障率低于0.1‰，整改达到了预期目标。