隋寶峰 沙賓賓 薛向陽 李鑫 李光武 褚丹陽

摘 要：針對發(fā)電機軸承外圈滾道因電蝕剝落引起的異響問題，采用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、紅外光譜、洛氏硬度測試等方法對發(fā)電機軸承進(jìn)行分析，依據(jù)檢測結(jié)果及原因分析通過更改發(fā)電機軸承潤滑脂解決電蝕問題。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機;電蝕;異響

中圖分類號：U463.63+1? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）17-93-03

An analysis and solution to the noise of automobile generator bearing

Sui Baofeng， Sha Binbin， Xue Xiangyang， Li Xin， Li Guangwu， Chu Danyang

（ Brilliance Auto R&D Center Power Train General Technique Section， Liaonng Shenyang 110141 ）

Abstract： In view of the noise caused by the peeling off form the outer race of the generator bearing， the optical microscope， scanning electron microscope， infrared spectrum， Rockwell hardness test and other methods are used to analyze the generator bearing. According to the test results and cause analysis， the problem of electric erosion is solved by changing the lubricating grease of the generator bearing.

Keywords： Generator; Electric erosion; Abnormal noise

CLC NO.： U463.63+1? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）17-93-03

前言

發(fā)電機是內(nèi)燃機汽車不可或缺的零件，發(fā)電機正常運轉(zhuǎn)時會向整車用電器進(jìn)行供電，若發(fā)電機無法正常工作，會引起整車用電器失效及發(fā)動機無法運行進(jìn)而造成危險，極易導(dǎo)致顧客抱怨。

1 發(fā)電機工作原理

如圖1所示，發(fā)電機定子的三相繞組按一定規(guī)律分布在發(fā)電機的定子槽中，定子內(nèi)部布置轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子上安裝爪極和勵磁繞組。

當(dāng)外電路通過電刷使勵磁繞組通電時，便產(chǎn)生磁場，使爪極被磁化為N極和S極。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，磁通交替在定子繞組中變化，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，定子的三項繞組中便產(chǎn)生交變感應(yīng)電動勢，此為發(fā)電機發(fā)電原理。

2 問題描述

整車在進(jìn)行路試耐久試驗過程中，運行至47000公里時，試驗人員發(fā)現(xiàn)車輛機艙內(nèi)出現(xiàn)異響，類似“嗚嗚”的聲音，人耳極易識別，不能接受，且在行駛、怠速時均存在異響。打開機艙蓋板，怠速運轉(zhuǎn)，識別異響來自發(fā)動機附件輪系，更換發(fā)電機后異響消除。

3 問題排查

3.1 外觀檢查及尺寸測量

問題發(fā)電機本體外觀無明顯異常，無磕碰傷。轉(zhuǎn)動發(fā)電機時發(fā)電機軸承出現(xiàn)“咕?！碑愴?，對發(fā)電機軸承進(jìn)行尺寸等測量，測量結(jié)果見表1。

拆解發(fā)電機軸承，發(fā)現(xiàn)軸承外圈滾道出現(xiàn)一處“貝狀”剝落。更換新軸承后發(fā)電機異響消失，進(jìn)而證明發(fā)電機異響因軸承外圈滾道剝落所致，如圖2所示。以下對軸承外圈滾道剝落進(jìn)行相關(guān)排查分析。

3.2 能譜元素分析

對發(fā)電機軸承外圈滾道剝落處與非剝落處進(jìn)行X射線能譜分析，以便確定是否因異物導(dǎo)致軸承潤滑不良，進(jìn)而引起軸承滾道剝落。經(jīng)檢測發(fā)電機軸承剝落處與非剝落處主量元素及其他元素峰線均一致，因此發(fā)電機軸承失效非異物導(dǎo)致，檢測結(jié)果見圖3。

3.3 紅外光譜檢測

對問題發(fā)電機內(nèi)潤滑油脂進(jìn)行紅外譜檢測，原軸承內(nèi)潤滑油脂與新潤滑油脂性能相當(dāng)，潤滑脂未失效。說明發(fā)電機軸承外圈滾道表面剝落非潤滑不良導(dǎo)致，測試結(jié)果見圖4。

3.4 金相組織分析

對發(fā)電機軸承外圈滾道剝落位置進(jìn)行金相分析，外圈滾道剝落位置組織分布形貌見圖5所示，可見剝落處位于感應(yīng)淬火層內(nèi)。

高倍下形貌見圖6所示，表層組織為馬氏體，根據(jù)JB/T 9204-2008標(biāo)準(zhǔn)，馬氏體等級為3級，并在表層中發(fā)現(xiàn)白色組織。

軸承外圈滾道剝落位置芯部組織分布形貌見圖7，可見剝落位置芯部組織為馬氏體，根據(jù)JB/T 9204-2008標(biāo)準(zhǔn)，馬氏體等級為3級，組織無異常。

3.5 硬度測試

使用洛氏硬度儀分別測試軸承外圈滾道、內(nèi)圈滾道、鋼球的硬度，經(jīng)測試軸承外圈滾道、內(nèi)圈滾道、鋼珠硬度均滿足要求，表明軸承外圈滾道剝落非軸承相關(guān)零件硬度不滿足要求所致，洛氏硬度測試結(jié)果見表2。

3.6 電鏡掃描

對軸承外圈滾道表面、內(nèi)圈滾道表面、鋼球表面進(jìn)行電鏡掃描，發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)外圈滾道及鋼球表面均存在多處熔融凹點，此凹點為電蝕所致，電蝕情況見圖8。

4 原因分析

因發(fā)電機轉(zhuǎn)動力來自發(fā)動機附件皮帶與發(fā)電機帶輪摩擦力，二者表面均為絕緣體，在快速摩擦?xí)r會產(chǎn)生大量靜電，高壓電流通過軸承時，在油膜位置產(chǎn)生電火花，進(jìn)而分解出

氫原子，氫原子侵入鋼材，對組織破壞引起裂紋、凹坑、表面剝落問題。

5 分析驗證

受附件輪系傳動結(jié)構(gòu)和原理的限制，摩擦不可避免，解決此問題有效途徑之一是將摩擦產(chǎn)生的靜電導(dǎo)出，使靜電電流不能在發(fā)電機軸承表面放電。將發(fā)電機軸承中潤滑油脂更改為導(dǎo)電性潤滑油脂，重新制作發(fā)電機。對策后發(fā)電機搭載4臺整車路試，完成7萬公里耐久路試后發(fā)電機異響問題均未發(fā)生。

6 結(jié)論

因軸承電蝕導(dǎo)致異響或損壞已成為發(fā)電機或具備同種結(jié)構(gòu)零件常有故障，本文闡述了軸承類零件異響問題排查思路及一種軸承電蝕問題解決方案，具備借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 周龍保.內(nèi)燃機學(xué)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[2] JB/T 9204-2008.鋼件感應(yīng)淬火金相檢驗[S].

[3] 王宇.大型汽輪發(fā)電機軸電壓及軸瓦電腐蝕研究[D].華北電力大學(xué)（河北）， 2010.