汽车空调电磁离合器轴承失效的新思考

2023年11月20日发(作者：百度上查询违章)

汽车空调电磁离合器轴承失效的新思考

一、背景：

我公司从2013年开始向马来西亚客户供应空调电磁离合器小35轴承，每月

约1万套。应用于TOYOTA旗下的perodua车型，属于A级家庭轿车。该车型主

要在马来西亚销售，三包期为3年8万公里。从2015年开始陆续接到客户投诉，

轴承早期失效。2017年1月10日XCC人员专程拜访了该客户，了解到三电陆续

收到客户的退货，从2014年到2016年出厂的产品都有，合计损失大约26万马

币，经三电质量人员筛选，约70%是噪音问题（轴承失效），约18万马币。概率

约为6%。现场对20余套返回的轮子进行旋转，手感发现失效的轴承绝大多数运

转非常灵活，扭矩很轻，内部仍然有润滑脂，但能感觉到有轻微噪音。XCC在

2015年发现客户安装轴承的压装模具存在问题，并于2016年9月由重新设计并

制造该工装发给客户。客户使用新工装后轴承压装问题得到极大改善。我司在

2015年还做了如下重大技术改进：

1、外圈沟深比增大。

2、轴向游隙≤80?m

3、压缩内外圈宽度公差。

通过我司的持续改进让客户在轴承的安装过程的质量大大提高。但是从4S

店返回失效轴承概率仍然较高，风险犹在。

二、思考

对于马来西亚客户轴承的失效原因我们已经做了大量分析工作，其中客户轴

承压装模具及轴承自身设计上的问题我们已经有所认识，对应的改进措施大部分

实施到位。也许我们忽略了某个因素，导致轴承早期失效持续发生。

首先回顾轴承应用的工况条件：

轴承由发动机带动外圈旋转 ，转速取决于发动机速度，从低速到高速经

常变化，最高转速7000rpm。常用转速2000~3000rpm。

轴承使用环境温度30℃~120℃，实际工作温度最高160℃；

轴承周边充满灰尘；

轴承受径向力在600N，受力方向应皮带摆动左右变化。由于离合器在吸合

和分离过程作用，有一个约450N的轴向力。发动机怠速时轴承受力最大。

考虑到马来西亚处于热带，因此汽车空调在行驶中保持常开。另外，马来西

亚主要城市交通拥堵严重，发动机经常处于怠速状态，轴承承受最大负荷的概率

比我国要高。在我国A级轿车的空调电磁离合器轴承选型以中35为主，马来西

亚客户设计上选用小35轴承造成先天保险系数不高。下面是额定负荷及寿命的

对比。

小35中35

Cr11.314.7

（KN）

理论寿11002460

命（天）

计算参n=5000rpm;Fr=600N;Fa=45

数0N;每天5 h；90%可靠性

需要说明，轴承的载荷谱及速度谱随驾驶习惯及城市交通状况的不同有很大

的区别，想精确模拟是很困难的。上表中轴承受力及转速是按通常情况预估的。

可以看出即使轴承无质量问题，车主正常使用，在三包期内轴承损坏的概率仍难

以满足主机厂的要求。客户的选择我们难以改变，先天不足后天补，只能想办法

提高轴承的实际寿命。

小35的径向游隙为35~45，轴向游隙≤80?m。与标准0类及角接触球轴承游

隙的对比情况如下：

深沟球径向游隙角接触轴向游隙

d

C3C4C3C4

3515~3328~4621~4033~54

可以看出，我们现在设计的游隙相当于0类及角接触球轴承的C4组。

轴承安装后内部游隙的测试情况：我们在2015年、2016年对客户返回的轮

子进行了批量游隙检测，轴承安装后的游隙在+0.019~0.034之间。详细数据见附

件。

安装轴承的轮子内孔公差为-0.01~-0.03，相当于N6，由于壳体是薄壁，因

此吃掉80%的轴承原始游隙，即轴承安装后内部游隙减少0~0.024。与实际检测

结果基本符合。轴承工作时外部热源主要来自轮子，因此内、外圈的温差可以忽

略不计。可以认为轴承安装后的游隙与工作游隙差别微乎其微。

滚动轴承的工作时内部为微量负游隙时寿命最长，若为正游隙时，承受负荷

的滚动体数量就会减少，寿命缩短。

在该应用案例中轴承转速的DN值最高达30万，通常也在20万左右。轴承

在如此中高速情况下频繁变速，并且受皮带轮左右摆动的影响承受不规则的轴向

力。此时若轴承内部存在较大游隙，则滑动摩擦增多，磨损加快，早期失效的概

率明细增大。对于中高速球轴承的应用如机床主轴，齿轮箱的输入端我们多选择

C0、C3游隙或对轴承安装后进行预紧就是基于这一原理。我们供常州雷利电机轴

承的噪音问题也与内部游隙C3过大有关。改成C0后噪音比例明显降低。

有人对圆柱轴承内部的游隙与寿命的关系做了研究，见下表：

可以看出当轴承的径向游隙为0.02时其寿命相当于负游隙0.005的一半。

SKF在给客户出具寿命计算报告时均说明理论疲劳寿命计算的前提是轴承内部为

微量的负游隙。我们现在的情况是轴承安装后的游隙在0.019~0.034，承载区小

于90度，会对寿命造成较大影响。

三、措施

1、对小35轴承做常规疲劳寿命试验，验证内部游隙与寿命之间的关系。样

本选取：4套内部游隙为0.045, 4套游隙为0.017做对比试验。

2、建议将轴承的径向游隙改为0.02~0.03；轴向游隙改为0.03~0.05. 质

量控制以检测轴向游隙取代现有检测径向游隙。

3、继续对轴承扭矩加以严格控制，验证扭矩减少对密封性能的影响。

通过上述分析新发现了引起小35轴承早期失效的原因，即轴承选型先天不

足和内部游隙过大，为我们今后的改进工作提供了新的思路。