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汽車(chē)用滾動(dòng)軸承的低轉(zhuǎn)矩化技術(shù)

汽車(chē)用滾動(dòng)軸承的低轉(zhuǎn)矩化技術(shù)

 

一輛普通燃油乘用車(chē)使用近百套滾動(dòng)軸承,通過(guò)降低每套軸承的摩擦損失,對(duì)汽車(chē)的能耗降低將作出明顯的貢獻(xiàn)。降低滾動(dòng)軸承損失的方法主要考慮有三項(xiàng)。1)尺寸。在不改變?cè)谐叽绲那闆r下,改變軸承內(nèi)部設(shè)計(jì),降低轉(zhuǎn)矩;2)軸承的小型化,通過(guò)輕量化降低能耗;3)降低變速箱等的摩擦損失,考慮通過(guò)降低潤(rùn)滑油的黏度和用量,并保持滾動(dòng)軸承的運(yùn)行性能。

 

乘用車(chē)的摩擦損失主要發(fā)生在傳動(dòng)系統(tǒng)軸承和車(chē)輪軸承,因此,低轉(zhuǎn)矩化研究主要針對(duì):差動(dòng)裝置(差速器)用圓錐滾子軸承、自動(dòng)變速箱用推力滾針軸承和車(chē)輪用輪轂軸承組件。

 

1、圓錐滾子軸承的低轉(zhuǎn)矩化

 

圓錐滾子軸承內(nèi)、外圈滾道與滾子滾動(dòng)面的接觸狀態(tài)為線接觸,所以載荷容量比球軸承大。另外,由于滾子對(duì)應(yīng)于輪軸是傾斜結(jié)構(gòu),所以能承受徑向、軸向2個(gè)方向的力,因此,廣泛應(yīng)用于變速箱和差動(dòng)裝置齒輪軸的支承。

自動(dòng)變速箱類(lèi)的變速驅(qū)動(dòng)橋中,差動(dòng)裝置多用自動(dòng)變速箱油( ATF )進(jìn)行潤(rùn)滑;在前置后驅(qū)車(chē)(FR車(chē))和四輪驅(qū)動(dòng)力(4WD)上搭載的后差動(dòng)裝置則采用黏度較高的齒輪油潤(rùn)滑。后差動(dòng)裝置的小齒輪軸用圓錐滾子軸承產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的原因分析如圖1所示,其滾動(dòng)粘滯阻力是源于滾道和滾子接觸部位的潤(rùn)滑油膜的阻力。

圖1 影響后差動(dòng)裝置小齒輪軸用

圓錐滾子軸承轉(zhuǎn)矩的因素

低轉(zhuǎn)矩設(shè)計(jì)方案:通過(guò)減少滾子,減短滾子長(zhǎng)度和滾道的凸度半徑,減小滾道和滾子的接觸面積;通過(guò)減小保持架和內(nèi)圈小擋邊之間的間隙,抑制潤(rùn)滑油的流入;通過(guò)增大滾子傾角,促進(jìn)了潤(rùn)滑油的排出;通過(guò)改變保持架形狀,減小軸承內(nèi)部空間,抑制軸承的泵吸作用;采用樹(shù)脂保持架。實(shí)現(xiàn)了通過(guò)減小攪拌阻力,降低軸承的轉(zhuǎn)矩(圖2)。

圖2 改進(jìn)前后圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)

2、推力滾針軸承的低轉(zhuǎn)矩化

普通乘用車(chē)自動(dòng)變速箱中,每輛車(chē)約使用10套推力滾針軸承。影響推力滾針軸承轉(zhuǎn)矩的主要因素如圖3所示。影響推力滾針軸承轉(zhuǎn)矩的主要因素是,軸承旋轉(zhuǎn)時(shí),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(chǎn)生大的滑動(dòng)摩擦。


圖3 影響推力滾針軸承轉(zhuǎn)矩的因素

低轉(zhuǎn)矩設(shè)計(jì)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(guò)將保持架兜孔端面設(shè)置突起,減小接觸面積;通過(guò)將滾子復(fù)數(shù)排列(對(duì)一個(gè)保持架兜孔配置2個(gè)短滾子)減小了滾子和滾道的周向速度差。從而抑制滑動(dòng)摩擦,降低軸承轉(zhuǎn)矩(圖4)。

   

圖4 改進(jìn)前后的推力滾針軸承結(jié)構(gòu)

 

3、輪轂單元的低轉(zhuǎn)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(duì)車(chē)體側(cè)的內(nèi)密封和輪轂側(cè)的外密封應(yīng)具有既要防止?jié)櫥┏?,同時(shí)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(dòng)摩擦要占據(jù)全部轉(zhuǎn)矩的一半以上(圖5)。

圖5 影響輪轂單元轉(zhuǎn)矩的因素

低轉(zhuǎn)矩設(shè)計(jì)方案:通過(guò)去除徑向唇,并使軸向唇雙重化(圖6),實(shí)現(xiàn)了軸承的高密封性和低轉(zhuǎn)矩化的目標(biāo)。

圖6內(nèi)、外密封結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

 

 


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