变速器滚针轴承的微动弯曲分析

唐国晨，蒋能凤,刘哲哲

柳州上汽汽车变速器有限公司 广西柳州 545006

在变速器中，滚针轴承的作用是支撑轴上的游动齿轮。其中，轴的外径相当于滚针轴承的内滚道，齿轮的内孔相当于滚针轴承的外滚道，内外滚道与滚针和保持架一起组成了一个完整的滚针轴承（见图 1）。

图1 滚针轴承

近年来，随着变速器输入转速和传递转矩的提高，滚针轴承的工作环境变得更加苛刻。在开发试验中和总成装配上，滚针轴承的弯曲磨损失效使装配现场出现BIR（内置刚性）问题导致FTQ（首件质量）下降，引起车间抱怨的现象越发严重。从设计上来看，由于滚针的硬度比轴外圆和齿轮内孔硬度稍高，所以弯曲和磨损通常会发生在与滚针接触的齿轮内孔或轴的外圆部位。

因此，掌握滚针磨损的机制和成因，才能从结构设计上进行规避，也才能够快速总结装配过程中出现的滚针弯曲导致的异响问题，从而提升产品质量。

轴承异响的表现

1.轴承异响在声音上的表现

轴承异常导致异响时，其声音频率比较固定，例如“沙沙”声。轴承异响在校验时正反转都会存在。当故障总成只有正转或者只有反转有异响时，应该基本排除轴承异响原因。

2.外来异物导致轴承异响

轴承属于精密零件，当有异物进入时会损伤轴承工作面，从而造成异响。现场常见的异物有铁屑、铝屑等。

（1）滚针轴承 当装配有滚针轴承的部位有异物进入时，校验转动之后，滚针轴承的滚针和轴承的内孔都会出现异常发亮的印痕。

（2）圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承 有异物进入轴承时，轴承的滚柱、外圈整一圈都会有异常发亮的印痕。

（3）深沟球轴承 异物进入轴承内部时，转动轴承时会有卡滞感。切开轴承后也可以看到钢球、内外圈的滚道存在异常磨损的痕迹。

3.轴承本身的缺陷导致轴承异响

当轴承本身存在缺陷时，也会导致轴承异响。

（1）滚针轴承 滚针弯曲、保持架变形或断裂（见图2）都会导致滚针轴承异响。当出现这类故障时，用手转动齿轮时会有卡滞感。

图2 滚针轴承自身缺陷

（2）圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承 滚柱、外圈被刮伤时会导致轴承异响，目视即可发现异常。

（3）深沟球轴承 钢球、内外滚道有缺陷时会导致异响，转动齿轮时会有不顺畅、卡滞感。

滚针轴承异响的一般分析

滚针弯曲的质量问题不仅仅出现在一家供应商，而是普遍存在于不同供应商身上的。以2019年4月份某滚针轴承厂家出现的弯针不良件进行分析。对圆度及圆柱度确认：弯曲部分偏离圆柱中心0.023mm，其余部分圆度正常 。

从设备固有的缺陷上分析产生弯针的原因：

1）某供应商使用半自动装针机进行装配，在装配过程中，由于设备的限制，会出现卡针的现象。现场操作人员未按要求及时将卡针取出隔离报废，导致不良的滚针装入保持架中，产生不良产品（见图3）。

图3 半自动装针机

2）供应商对装配车间现场排查确认。前期为了防止滚针撞弯，每台装针机上都装有防撞弯接触开关（见图4），当出现卡针时，开关上的铁块靠不到限位螺丝，必须手工清除卡滞的滚针后方可继续装针，否则将无法继续生产。对现场员工调查确认，设备发生故障时，需要将防撞弯接触开关与设备的连接线拆除后再调试，调试完成后需要重新将连接线接上，实际调试工经常会忘记重新装上。

图4 防撞弯接触开关

滚针轴承异响的改善

基于此，督促“一品三点”的轴承供应商针对滚针弯曲进行改善。

1）A供应商主要可能产生的弯针是在装针工序，卧式滚压装针的方式改成立式侧装针，现有已采用立式装针的轴承没有客户反馈弯针，失效概率明显降低，故障率降到0.001%。

2）B供应商主要可能产生的弯针是装针工序和抛窜工序，抛窜桶的焊缝容易卡针，内侧焊缝的抛桶已经开始改为外侧焊缝抛桶，更换完成，后续进行100%全测振动后出厂。

3）C供应商主要可能产生的弯针是装针工序，卧式滚压装针方式，进行设备改造，增加压力传感器，弯针零件装针压力远大于正常装针压力，理论上可以对滚针弯针故障进行识别。可选择的优化方案是∶适当降低回火温度以得到更高的表面硬度 (HV700 以上)，提升耐磨性。

经过系列改造，A、B、C供应商目前滚针弯针的故障未重复发生，初步验证改善有效。

A供应商制造上的问题分析及改善如下：

（1）制造原因 滚针料管未定期清洗或更换，管路黏性增大，导致滚针下料延时。在装针过程推送滚针时，滚针与窗梁发生撞击，导致窗梁发生变形。窗梁变形后，所对应窗孔的锁针能力丧失，滚针装入后在受到振动后可直接窜出。

（2）流出原因 当前灵活性检验过程中由于使用环规及心棒，缺陷件滚针无法从内外径窜出，周转过程中出现滚针脱落。

改善措施：

1）立即更换新的装针料管。

2）防锈包装前，使用塑料筐单次盛放约200件产品后进行30S颠晃，并在此确认所有产品是否存在掉针问题，合格产品防锈包装入库。

（3）装针设备 装针管由原先的塑料管替换为弹簧管（见图5），弹簧管管间存在小缝隙，可以有效沥出油液及灰尘，防止管路卡滞或堵塞。

图5 弹簧装针管

结语

滚针弯曲是滚针轴承的常见失效形式之一，通过对滚针轴承微动弯曲的分析，找出了主要影响因素，从设计制造以及工装检具方面提出了避免滚针弯曲的多项预防措施，为后续市场问题的分析提供了新的思路。随着滚针弯曲的更深入研究，以及更多的工程实践，还会有更多更好的优化措施被发现和提出，从而彻底规避滚针弯曲问题的发生。