JL-2 型变速器输出轴轴承内圈脱出故障改进

赵清碧， 马 勇， 孙 峰， 郭秋彦， 孙 震， 张琛欣

（1.吉利汽车研究院（宁波）有限公司， 浙江 宁波 315336；2.宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司， 浙江 宁波 315336）

1 JL-2 型变速器简介

JL-2 型变速器是吉利汽车重要的战略研发项目，该型变速器为换代产品，同上一代产品相比，优点有结构简单、质量轻、效率高、成本低及扭矩大等，预测具有强有力的市场竞争力。该型变速器输出轴两端的支撑轴承，采用一端为深沟球轴承，一端为圆柱滚子轴承的结构。其中圆柱滚子支撑轴承，采用了轴承内圈通过内卡簧固定在输出轴轴颈的结构（见图1）。该机构设计思路是通过卡簧涨开后，卡住轴承内圈卡簧槽及输出轴卡簧槽，从而完成对两个零件的紧固。

图1 轴承结构示意图

2 耐久试验过程故障分析

JL-2 型变速器在进行第一台样机台架稳态耐久试验过程中，试验进行到67%时台架异常报警停机，变速器拆解后发现输出轴轴承内圈脱出（见图2），内圈内孔同轴外圆接合面发生相对转动的痕迹（见图3）。该卡簧锁止轴承内圈结构，JL-1 型变速器也在使用，且JL-1 型变速器通过了耐久试验测试。对比发现，JL-1 型变速器试验后轴承内圈，大部分区域都有接触痕迹（见图4）；而JL-2 型变速器，内圈近卡簧槽处有一条亮带（见图5），为非接触区域[1]。

图2 轴承内圈位移脱出

图3 轴承内圈相对转动痕迹

图4 JL-1 型变速器轴承内圈接触痕迹

图5 JL-2 型变速器失效轴承内圈亮带

从以上分析初步判定为JL-2 型变速器，轴承内圈卡簧在压装时不到位导致内圈脱出。

3 改进措施

3.1 临时改进措施

100%监控轴套过盈量达到0.027～0.038 mm；100%监控每台变速器压装力和压装位移；随机抽取2 件CT 扫描确认卡簧是否在正确位置。临时方案是通过控制输出轴配合直径、轴套内径、卡簧槽底直径及卡簧直径和卡簧外径来保证轴套和轴的过盈量。临时方案中输出轴的配合直径和轴承内径公差带极小，轴承内圈供应商大批量生产合格率较低（50%），无法保证后续JL-2 型变速器产能，供应商针对临时方案同意通过挑选方式供货至时间断点，后期不再提供临时方案样件，JL-2 型变速器如果将临时措施固化后转换为长期措施，将面临无法量产的风险。

3.2 永久措施分析

目前使用的方案为卡簧整体为近圆形，截面为圆形；轴承内圈与输出轴上卡簧槽装配后无接触，卡簧的径向张紧力依托于卡簧的弹性变形，因此容易造成卡簧无法将轴承内圈及输出轴两个零件稳定紧固。目前使用的方案及布局见图6。

图6 JL-2 型变速器失效轴承内圈当前方案

在更改设计过程中，提出以下优化方案（见图7）：

图7 JL-2 型变速器失效轴承内圈改进后方案

1）更改卡簧结构，使用异型卡簧，该种卡簧将线接触变更为4 点接触，目的是提高卡簧抗变形能力；

2）更改轴卡簧槽结构，卡簧槽可以给卡簧支撑，目的是提高卡簧使用性能；

3）更改限位台阶，可以从压装工艺上识别卡簧是否涨开，目的是降低装配过程风险。

最终进行了两处优化：一是在设计上保证轴承内圈与输出轴轴肩预留一定的间隙，保证轴上卡簧槽及轴承内圈卡簧槽具有一个特定的位置为卡簧留有足够的涨开空间；二是将卡簧设计为异形非圆形结构，卡簧与卡簧槽装配后靠三点抱紧输出轴上卡簧槽，支撑点能有效提升轴承内圈径向张紧力。

4 台架试验验证过程

使用改进后JL-2 型变速器进行台架试验，台架结构见图8。先后进行了8 台次台架耐久试验，其中稳态耐久试验进行了6 台次，动态耐久试验进行了2 台次，均全部通过试验[2]。台架测试结果见表1。

图8 台架结构

表1 台架测试结果

5 结语

轴承对变速器传动系统来讲有着特殊的意义，但是大多只关注于选型计算方面的工作，对于轴承的设计理念及思路了解并不是很多[3]。本次故障分析及改进过程对于后续同类设计具有一定的指导意义，提醒设计员并不仅仅是选型设计，还需要关注具体的使用工况及设计细节。