汽車(chē)變速器中，傳統系統大多采用滾動(dòng)軸承對轉動(dòng)的輪軸進(jìn)行支撐，以保證旋轉輪軸的轉動(dòng)穩定，這里采用的是圓柱滾子軸承支撐轉動(dòng)輪軸的傳動(dòng)穩定，在使用過(guò)程中，發(fā)現圓柱滾子軸承內圈出現了脫出現象。導致圓柱滾子軸承內圈脫出的原因是什么？如果解決為最好的方案?下面本公司簡(jiǎn)稱(chēng)根據對軸承知識的了解，來(lái)分享相關(guān)內容。

一、圓柱滾子軸承內圈脫出故障現象及影響

故障件從整箱內拆出檢查，如圖1所示，發(fā)現主動(dòng)輪軸的圓柱滾子軸承內圈脫離內測所貼平面位置3mm。若圓柱滾子軸承內圈脫出一定距離，滾子與軸承內圈滾道面未進(jìn)行全長(cháng)度接觸，在載荷下軸承會(huì )出現異常振動(dòng)，而該振動(dòng)會(huì )直接影響變速箱整箱運行，產(chǎn)生不良噪音，從而影響正常使用。

圖1 圓柱滾子軸承內圈脫出圖示

二、圓柱滾子軸承內圈脫出故障原因分析

1、系統結構分析：如圖2所示，根據結構設計，主動(dòng)輪軸的兩端軸承，固定端采用深溝球軸承，自由端采用圓柱滾子軸承。深溝球軸承受到鋼帶產(chǎn)生的徑向以及主軸油壓產(chǎn)生軸向力。圓柱滾子軸承僅受到從輪軸傳遞過(guò)來(lái)的鋼帶拉力，無(wú)軸向力施加到此軸承上，即圓柱滾子軸承不會(huì )受到軸向力使其脫出。

圖2 帶輪系統軸承受力示意圖

2、原因分析：從機械原理可以得知，兩個(gè)過(guò)盈配合的零件使用過(guò)程出現了脫離，要么是零件制造超差，使緊固力減小不足，要么是設計的配合過(guò)盈偏小使產(chǎn)生的緊固力不足，零件工作中產(chǎn)生的推力大過(guò)了緊固力，從而使零件送動(dòng)脫移。軸承的脫出原因基于這個(gè)思路進(jìn)行探尋。

1）尺寸檢測：

若零件尺不合格，則有導致軸承內圈脫出風(fēng)險。對兩個(gè)樣機的軸承配合件進(jìn)行測量結果如表1所示，零件尺寸符合設計要求，可排除該因素影響。

2）結合力計算：

軸承內圈與輪軸是過(guò)盈配合，內圈脫出的原因可能為設計的過(guò)盈量不足。檢查輪軸與軸承的尺寸設計，發(fā)現二者之間在極限狀態(tài)下的最小過(guò)盈量為0.002mm，此時(shí)軸承內圈與輪軸的結合可通過(guò)以下公式(1)進(jìn)行計算：

其中：

P - 內圈與軸的結合力，N

d₁ - 軸的直徑，mm

d₂ - 軸承內徑，mm

B - 軸承與內圈接觸寬度，mm

E - 軸的彈性模量，Mpa

根據計算可知，軸承與輪軸的過(guò)盈量為0.002mm 時(shí)，結合緊固力 P 為 23.73N，此值過(guò)于小，容易使主動(dòng)輪軸對軸承內圈的緊固固定不足而造成軸承脫出。但在前面的結構分析中，圓柱滾子軸承是不受軸向力的，貌似還不能說(shuō)明結合力小就會(huì )產(chǎn)生脫出問(wèn)題，問(wèn)題需要更深一步的探究。

3）輪軸與軸承受力 CAE 分析按照圖2 結構建立模型，運用計算機軟件進(jìn)行 CAE 分析。根據 CAE 計算分析結果，輪軸未受到鋼帶拉力作用時(shí)的狀態(tài)如圖 3 所示；輪軸在受到鋼帶拉力作用下的狀態(tài)如圖 4所示，輪軸受力時(shí)會(huì )產(chǎn)生一定的彎曲變形，進(jìn)而對軸承產(chǎn)生軸向力。

圖 3 輪軸在未受到鋼帶拉力時(shí)狀態(tài)示意圖

圖4 輪軸在鋼帶拉力下變形示意圖

同時(shí)，主動(dòng)輪軸的 CAE 分析結果顯示，接觸鋼帶的錐面法蘭也產(chǎn)生變形，如圖 5 所示，最大鋼帶拉力產(chǎn)生的軸承位置變形為0.084mm。錐面法蘭的變形也對軸承產(chǎn)生軸向力。

圖5 帶輪軸變曲CAE分析云圖

3）原因確認

根據上述的分析可知，在鋼帶拉力作用下，輪軸與圓柱滾子軸承之間不會(huì )完全不存在軸向力的產(chǎn)生，再加上產(chǎn)品制造及裝配的誤差，軸向力會(huì )加大。當輪軸受力運轉及制造誤差造成的軸向力總和大過(guò)軸承的結合緊固力時(shí)，軸承就會(huì )在輪軸上的原始位置發(fā)生滑移。

輪軸變形產(chǎn)生的軸向力的數值計算比較復雜，此處就不作具體推導計算。從 CAE 分析的結果——主動(dòng)輪軸的錐面法蘭軸承位處有 0.084mm 變形可知軸向力不會(huì )太小，軸承與軸的最小過(guò)盈量結合緊固力 23.73N 與其相比肯定微乎其微。

由此，可以確認，此 CVT 產(chǎn)品在臺架試驗出現的主動(dòng)輪軸的圓柱滾子軸承內圈脫出的故障原因，是零件設計給定的軸承與輪軸的配合過(guò)盈量不足，同時(shí)結構設計上沒(méi)有軸承在輪軸上的限位防脫結構。

三、解決方案

針對上述確認的兩個(gè)方面原因，制定出解決問(wèn)題的兩條措施：

a) 增大軸承內圈與輪軸的過(guò)盈量。調整輪軸對軸承配合處的直徑公差，將使輪軸與圓柱滾子軸承的最小配合過(guò)盈量值由0.002mm 增加到 0.011mm。

b) 對軸承內圈增加一個(gè)限位防脫結構。在輪軸上軸承配合外側位置增加一個(gè)擋圈槽，裝上擋圈，對軸承內圈進(jìn)行限位，防止內圈脫出，如圖 6 所示。

圖6 擋圈安裝位置示意圖