装配不当导致失效：案例分析和维护措施

案例1 变速器故障原因分析

（1）概况某车辆在试验过程中，变速器发生起火事故，变速器外壳已烧黑。

（2）检查结果与分析

1）将失效的变速器打开进行失效情况勘察。打开变速器如图6-115所示，首先看到输入主动锥齿轮已经发生断裂，断裂位置位于轴肩端面，宏观形貌如图6-116所示，主动锥齿轮表面及断口基本呈炭黑色，断面有大量的炭化附着物，锥齿轮轴部花键部分表面及螺纹表面基本无炭黑色。

轴部花键明显变形，如图6-117箭头1所示；轴承1（靠近齿轮端的轴承为轴承1，靠近花键处的轴承为轴承2）内圈、轴套与锥齿轮轴部研死，轴承1内圈与滚动体接触一侧挤压变形损伤，如图6-117箭头2所示。

锥齿轮整个齿轮轮齿凹面一侧均有磨损痕迹，大端端面摩擦损伤严重且有多条径向小裂纹，断口有明显的扭转变形痕迹，锥齿轮齿凹面磨损痕迹及断口形貌如图6-118所示。

轴向剖开轴承座，剖视图如图6-119所示，轴承1滚动体及保持架已经不存在，拆卸变速器体及倾倒壳体内润滑油时只发现较少的轴承滚动体残骸，没有完整的滚动体；轴承座内轴承2保存基本完整，但未发现保持架，轴承1外圈、支承套与轴承座同样研死，轴承1外圈与滚动体接触一侧挤压变形损伤严重。轴承座端面也有严重的摩擦损伤现象，如图6-120所示。

图6-115 主动锥齿轮、轴承座与变速器外壳

图6-116 主动锥齿轮宏观形貌

图6-117 轴部花键变形

图6-118 锥齿轮齿凹面磨损痕迹及断口形貌

图6-119 轴承座剖视图

图6-120 轴承座端面摩擦损伤

与主动锥齿轮相配合的从动锥齿轮齿面略有划痕。

检查变速器其他输出头上的零部件，外表面状态正常，齿部完好。

2）检查主动锥齿轮的化学成分，检测结果符合相关标准的规定。

3）检查主动锥齿轮齿表面硬度、主动锥齿轮轴部硬度均低于相关图样技术要求；轴承内圈硬度也低于相关技术要求。

4）金相检查。轴部表面及断面组织均为粗大马氏体+残留奥氏体，轴心部组织为粒状贝氏体+索氏体；轴承内圈基体组织为珠光体+细网状碳化物，轴承内圈与滚动体接触一侧表面烧损严重，表面组织已产生晶界熔化现象，为过热、过烧组织，如图6-121所示，金相组织为珠光体+魏氏组织+网状碳化物，局部表面已发生共晶莱氏体转变，如图6-122所示。

图6-121 轴承内圈表面过热、过烧组织

图6-122 轴承内圈表面莱氏体组织

（3）讨论 从轴承装配情况分析，轴承座剖视图如图6-119所示，从剖视图可以看出，角接触球轴承为串联装配，与图样要求背对背装配不符合，说明后变速器装配没有按照图样要求进行装配。

从轴承受力情况分析，轴承正确的安装即背对背安装时，其传力方向是从轴承1内圈，经过钢球，传到轴承1外圈；当串联装配时，其传力方向是从轴承1内圈，经过钢球，传到轴承保持架上。

从以上分析可知，图样要求轴承背对背装配，能够承受两个方向的力；当靠近锥齿轮轴的轴承1与轴承2串联装配（与轴承2一个方向安装）时，轴承只能够承受一个方向的轴向力，无法承受指向锥齿轮大端的轴向力，那么轴承1的受力最大，因为方向一致，所受的轴向力经过内圈，直接作用在保持架上，造成保持架损坏，使轴承相邻滚动体之间直接接触，同时造成滚动体受力不均匀，导致轴承非正常运转。

由于装配错误，受力状态发生变化，轴承工作异常，在运行过程中造成轴承损坏。当轴承损坏后产生的残骸侵入锥齿轮大端端面和轴承座的间隙时，使锥齿轮端面和轴承座之间产生摩擦阻力，造成锥齿轮大端端面和轴承座端面摩擦损伤。在相互摩擦作用下，产生更多的金属屑进一步增加了摩擦阻力和磨削作用，随着金属屑大量增加，致使摩擦阻力急剧增大，同时摩擦产生的热量使得零件的温度也急剧升高，而零件随着温度的升高强度急剧下降。当摩擦阻力与传动力产生的扭转应力超过锥齿轮轴部在该温度下的抗扭强度时，发生扭转断裂，最终造成输入锥齿轮轴损坏。

轴承损坏、摩擦过程中，瞬时温度可达到润滑油燃点，引起后变速器起火。同时油封在高温作用下炭化、失效，只剩下钢骨架，高温产生的油气会窜出，骨架没有附着橡胶，在运动过程中，轴与骨架会产生摩擦，与高温油气相遇，也可引起火焰。

（4）结论 由于轴承装配错误，使轴承发生非正常运转，依次造成轴承损坏、主动锥齿轮扭转断裂，致使后变速器发生故障造成整机失效，零件相互挤压，摩擦产生的高温引燃润滑油，导致后变速器起火。(www.xing528.com)

案例2 右减速器故障原因分析

（1）概况 某车辆在试验过程中，右侧减速器发生抱死故障，车辆发生侧转，从输入端无法转动输入轴。

图6-123 输入轴及四个行星轮损坏情况

（2）检查结果与分析

1）将故障件进行分解。右侧减速器壳体外表局部存在发蓝现象，打开右减速器内部发现：输入轴及四个行星轮已全部损坏，损坏情况如图6-123所示；四个行星轮轴均损坏，损坏形貌如图6-124所示；四套滚子及保持架均损坏，其中三套滚子及保持架已严重损坏，滚子残骸掉落在壳体内，保持架残骸粘连在其他损坏零件表面，另外一套滚子及保持架与行星轮轴研死在一起，如图6-125所示；框架表面无肉眼可见的润滑油。

图6-124 行星轮轴损坏形貌

图6-125 滚子及保持架与行星轮轴研死

保持架材料为铝青铜。

检查油道通口，加油口三个油道孔畅通；放油口螺塞完好，锁紧铁丝完好；侧油口螺塞完好；放油口及侧油口均无渗油现象。

2）宏观观察发现，四个行星轮严重损坏，其残骸形貌各不相同，有的被挤压在框架内，有的掉落在壳体内，轮齿形貌及轮齿内圈严重变形，行星轮残骸形貌如图6-126所示，表面有发蓝现象，说明零件在磨损过程中由于摩擦剧烈温升而发蓝，同时由于温度升高导致零件硬度降低，变形严重；轮齿间充满保持架的铝青铜残骸，如图6-127所示。

图6-126 行星轮残骸形貌

图6-127 行星轮轮齿间粘连黄色金属

根据四个行星轮损坏及滚子、保持架、行星轮轴、输入轴损伤情况分析，四个行星轮失效模式一样，是在同一个失效原因下发生的失效损坏。

3）检查行星轮和滚子的化学成分，检测结果均符合相关标准的规定。

4）检查行星轮硬度及渗碳层深，检查结果表明行星轮轮齿的硬度均不符合相关图样技术要求，节圆处硬度从表面至心部递减，行星轮内圈表面至齿根部位硬度逐渐降低；行星轮有效硬化层深度为0。分析认为，由于轮齿磨损较严重，并且零件表面有发蓝，说明在使用过程中零件受到不正常摩擦有温度升高现象。

5）金相检查。在行星轮所有的残骸中，挑选一个相对损坏程度较小的部分轮齿，进行金相组织分析，轮齿横截面组织宏观形貌如图6-128所示，在齿根处均存在裂纹；从轮齿内圈表面至齿根部组织存在各异，轮齿内圈表面起始组织形貌如图6-129所示；在轮齿内圈表面局部有白色异金属，分析认为，白色异金属为保持架铝青铜，不受4%硝酸酒精溶液侵蚀。

图6-128 轮齿横截面组织宏观形貌

图6-129 轮齿内圈表面起始组织形貌（500×）

分析认为，轮齿内圈沿圆周方向与滚子受到不正常的摩擦，发生炽热后温度很高轮齿内圈表面自淬火，形成粗大的马氏体，温度从表面向里递减，组织均发生相变，说明温度已超过相变点温度727℃。

行星轮轮齿节圆处由表至里组织依次为：碳化物+索氏体、索氏体，说明此处的组织同样已发生相变，温度超过相变点温度727℃。

在行星轮轮齿内圈表面局部粘有保持架铝青铜残骸，说明保持架铝青铜已破坏并熔化，查看资料，依据铜铝二元合金平衡图分析，铝青铜QAl10-3-1.5的熔点温度约为1030℃，说明保持架所受温度已达1030℃，与保持架接触的零件有滚子、行星轮及行星轮轴。

（3）讨论 从右减速器内各部件损伤程度来说，损伤严重程度依次为：行星轮、滚子、保持架、行星轮轴和输入轴。四个行星轮损坏、变形严重，说明行星轮与滚子受到不正常的摩擦，温度升高导致零件硬度降低，变形严重。根据四个行星轮损坏情况及滚子、保持架、行星轮轴、输入轴损伤情况分析，四个行星轮失效模式一样，说明是在同一个失效原因下发生的失效损坏。

从显微组织分析以及硬度及层深检测中可以看出，行星轮与滚子受到不正常的摩擦，温度升高已达1030℃，轮齿内圈组织形成了粗大的马氏体。

综上所述，结合油道通口及润滑等现场勘查情况，分析认为润滑油缺失造成不正常的摩擦产生高温，最终导致减速器发生失效。

（4）结论 由于润滑油缺失，行星轮与滚子之间摩擦力增大，造成行星轮与滚子产生不正常的摩擦，温度升高达1030℃，最终导致行星轮失效损坏。