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汽車用滾動軸承的低轉矩化技術

汽車用滾動軸承的低轉矩化技術

 

一輛普通燃油乘用車使用近百套滾動軸承,通過降低每套軸承的摩擦損失,對汽車的能耗降低將作出明顯的貢獻。降低滾動軸承損失的方法主要考慮有三項。1)尺寸。在不改變原有尺寸的情況下,改變軸承內部設計,降低轉矩;2)軸承的小型化,通過輕量化降低能耗;3)降低變速箱等的摩擦損失,考慮通過降低潤滑油的黏度和用量,并保持滾動軸承的運行性能。

 

乘用車的摩擦損失主要發生在傳動系統軸承和車輪軸承,因此,低轉矩化研究主要針對:差動裝置(差速器)用圓錐滾子軸承、自動變速箱用推力滾針軸承和車輪用輪轂軸承組件。

 

1、圓錐滾子軸承的低轉矩化

 

圓錐滾子軸承內、外圈滾道與滾子滾動面的接觸狀態為線接觸,所以載荷容量比球軸承大。另外,由于滾子對應于輪軸是傾斜結構,所以能承受徑向、軸向2個方向的力,因此,廣泛應用于變速箱和差動裝置齒輪軸的支承。

自動變速箱類的變速驅動橋中,差動裝置多用自動變速箱油( ATF )進行潤滑;在前置后驅車(FR)和四輪驅動力(4WD)上搭載的后差動裝置則采用黏度較高的齒輪油潤滑。后差動裝置的小齒輪軸用圓錐滾子軸承產生轉矩的原因分析如圖1所示,其滾動粘滯阻力是源于滾道和滾子接觸部位的潤滑油膜的阻力。

圖1 影響后差動裝置小齒輪軸用

圓錐滾子軸承轉矩的因素

低轉矩設計方案:通過減少滾子,減短滾子長度和滾道的凸度半徑,減小滾道和滾子的接觸面積;通過減小保持架和內圈小擋邊之間的間隙,抑制潤滑油的流入;通過增大滾子傾角,促進了潤滑油的排出;通過改變保持架形狀,減小軸承內部空間,抑制軸承的泵吸作用;采用樹脂保持架。實現了通過減小攪拌阻力,降低軸承的轉矩(圖2)。

圖2 改進前后圓錐滾子軸承結構

2、推力滾針軸承的低轉矩化

普通乘用車自動變速箱中,每輛車約使用10套推力滾針軸承。影響推力滾針軸承轉矩的主要因素如圖3所示。影響推力滾針軸承轉矩的主要因素是,軸承旋轉時,由于離心力的作用,保持架兜孔端面與靠近滾子外徑面接觸,所以產生大的滑動摩擦。


圖3 影響推力滾針軸承轉矩的因素

低轉矩設計方案:將滾子端面和保持架兜孔端的接觸處靠近周向速度小的滾子的軸心;通過將保持架兜孔端面設置突起,減小接觸面積;通過將滾子復數排列(對一個保持架兜孔配置2個短滾子)減小了滾子和滾道的周向速度差。從而抑制滑動摩擦,降低軸承轉矩(圖4)。

   

圖4 改進前后的推力滾針軸承結構

 

3、輪轂單元的低轉矩化

輪轂單元往往接近路面位置,處于外部暴露的狀況下使用。因此,對車體側的內密封和輪轂側的外密封應具有既要防止潤滑脂漏出,同時要防止砂粒、雨水等侵入的高密封性。通常輪轂單元密封的滑動摩擦要占據全部轉矩的一半以上(圖5)。

圖5 影響輪轂單元轉矩的因素

低轉矩設計方案:通過去除徑向唇,并使軸向唇雙重化(圖6),實現了軸承的高密封性和低轉矩化的目標。

圖6內、外密封結構的改進

 

 


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