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(ju)化技術(shu)

一輛普通燃油乘(cheng)用(yong)車(che)使用(yong)近百套滾動軸(zhou)承，通過降低每套軸(zhou)承的(de)摩擦損失，對汽車(che)的(de)能耗降低將作出(chu)明(ming)顯(xian)的(de)貢獻。降低滾動軸(zhou)承損失的(de)方法主要(yao)考慮有三項。1）尺寸(cun)。在不(bu)改變原(yuan)有(you)尺寸(cun)的情況下(xia)，改變軸承(cheng)內部設(she)計，降低轉(zhuan)矩；2）軸承的小(xiao)型化，通過輕量化降(jiang)低能耗；3）降低(di)變速箱(xiang)等的(de)摩擦損(sun)失(shi)，考(kao)慮通過降低(di)潤滑(hua)油的(de)黏(nian)度和(he)用量，并(bing)保持(chi)滾動軸(zhou)承(cheng)的(de)運(yun)行性能。

乘用車(che)的摩擦(ca)損失主要發生(sheng)在傳動系(xi)統軸承和(he)車(che)輪軸承，因(yin)此，低(di)轉矩化研究(jiu)主要針對：差動裝置(差速器)用(yong)圓錐(zhui)滾子軸承、自動(dong)變速箱用(yong)推力(li)滾針(zhen)軸承和車輪用(yong)輪轂軸承組(zu)件。

1、圓錐滾子軸承的(de)低轉(zhuan)矩化

圓錐(zhui)滾(gun)子軸(zhou)承內、外圈滾(gun)道與滾(gun)子滾(gun)動(dong)面(mian)的接觸狀態為線接觸，所以載荷容量比球軸(zhou)承大。另外，由于滾(gun)子對應于輪軸(zhou)是傾斜結構，所以能承受徑向、軸(zhou)向2個方向的力(li)，因此，廣(guang)泛應(ying)用于變(bian)速箱和差(cha)動裝置齒輪軸的支承(cheng)。

自(zi)動(dong)變速(su)箱類的變速(su)驅動(dong)橋中，差動(dong)裝置多(duo)用(yong)自(zi)動(dong)變速(su)箱油(you)( ATF )進行潤(run)滑；在前置后驅車(FR車)和四輪驅動力(4WD)上搭載的后差動裝置則(ze)采用(yong)黏度較高的齒輪(lun)油潤滑。后差動裝置的小齒輪(lun)軸用(yong)圓錐滾子軸承產生(sheng)轉矩的原因(yin)分析如圖(tu)1所示(shi)，其(qi)滾動粘滯阻力是源于滾道和滾子接觸部位的潤滑(hua)油膜的阻力。

圖(tu)1 影(ying)響后差動裝置小齒(chi)輪軸用

圓(yuan)錐滾子(zi)軸承(cheng)轉矩的(de)因素(su)

低(di)轉矩設計方(fang)案：通(tong)過減(jian)少滾(gun)(gun)(gun)子，減(jian)短(duan)滾(gun)(gun)(gun)子長度和滾(gun)(gun)(gun)道的(de)凸度半徑，減(jian)小(xiao)滾(gun)(gun)(gun)道和滾(gun)(gun)(gun)子的(de)接(jie)觸面積；通(tong)過減(jian)小(xiao)保(bao)持(chi)架(jia)(jia)和內圈小(xiao)擋邊(bian)之間的(de)間隙，抑制潤(run)滑油的(de)流入；通(tong)過增大滾(gun)(gun)(gun)子傾角，促(cu)進(jin)了潤(run)滑油的(de)排出；通(tong)過改變保(bao)持(chi)架(jia)(jia)形狀，減(jian)小(xiao)軸承(cheng)內部空間，抑制軸承(cheng)的(de)泵吸作用(yong)；采(cai)用(yong)樹脂保(bao)持(chi)架(jia)(jia)。實(shi)現(xian)了通(tong)過減(jian)小(xiao)攪拌阻(zu)力(li)，降低軸承(cheng)的(de)轉矩（圖2）。

圖2 改進前后(hou)圓錐滾子軸承結構

2、推(tui)力滾針(zhen)軸承(cheng)的低轉矩化

普通乘用車自(zi)動變(bian)速(su)箱中，每輛車約使用10套推(tui)力滾(gun)針軸承。影響(xiang)推(tui)力滾(gun)針軸承轉矩的(de)主要(yao)因素如圖(tu)3所示。影(ying)響推力(li)(li)滾針軸承(cheng)轉矩的主要(yao)因(yin)素是(shi)，軸承(cheng)旋轉時，由于離心力(li)(li)的作用，保持架兜(dou)孔端面與靠近滾子外徑面接觸，所以產生大的滑動(dong)摩擦。

圖3 影響推(tui)力滾針軸承轉矩的因素

低轉矩設計方案：將(jiang)滾(gun)子端面(mian)和保持(chi)架兜(dou)孔端的(de)接(jie)(jie)觸(chu)處(chu)靠近周向速(su)度(du)小(xiao)的(de)滾(gun)子的(de)軸心；通(tong)過將(jiang)保持(chi)架兜(dou)孔端面(mian)設置突起(qi)，減小(xiao)接(jie)(jie)觸(chu)面(mian)積(ji)；通(tong)過將(jiang)滾(gun)子復數(shu)排列(lie)(對(dui)一個保(bao)持架兜孔配(pei)置2個短滾子)減小了滾子和滾道(dao)的周向速度差。從而抑制滑動摩(mo)擦，降低軸承轉矩（圖4）。

圖4 改進前后的(de)推力滾針(zhen)軸承結(jie)構(gou)

3、輪轂單元的低轉矩(ju)化(hua)

輪(lun)(lun)轂(gu)單元往(wang)往(wang)接近路面(mian)位置，處于(yu)外部暴露的(de)(de)(de)狀況下使用。因此(ci)，對(dui)車體側(ce)的(de)(de)(de)內密(mi)(mi)封(feng)和輪(lun)(lun)轂(gu)側(ce)的(de)(de)(de)外密(mi)(mi)封(feng)應(ying)具(ju)有既(ji)要(yao)防止潤滑脂漏(lou)出，同時要(yao)防止砂粒、雨(yu)水等侵入的(de)(de)(de)高密(mi)(mi)封(feng)性。通常輪(lun)(lun)轂(gu)單元密(mi)(mi)封(feng)的(de)(de)(de)滑動(dong)摩擦(ca)要(yao)占據全部轉矩的(de)(de)(de)一半以上（圖(tu)5）。