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NTN第3代低摩擦輪轂軸承Ⅲ的開發(fā)

NTN開發(fā)輪轂軸承超過40年,汽車輪轂軸承的市場(chǎng)份額占比也比較大,之前我們介紹過該公司輪轂軸承的發(fā)展歷程,其中第3代低摩擦輪轂軸承Ⅲ是近幾年開發(fā)應(yīng)用的新品,為了應(yīng)對(duì)低摩擦力矩的要求,通過潤滑和密封技術(shù)的改進(jìn),使低摩擦輪轂軸承Ⅲ與常規(guī)產(chǎn)品相比,轉(zhuǎn)矩減小了62%。下面詳細(xì)介紹低摩擦輪轂軸承Ⅲ在潤滑和密封上做了哪些優(yōu)化。


1、低轉(zhuǎn)矩輪轂軸承介紹

1.1 輪轂軸承的結(jié)構(gòu)和影響轉(zhuǎn)矩的因素

第3代輪轂軸承的結(jié)構(gòu)示例如圖1所示。

圖1 第3代輪轂軸承的結(jié)構(gòu)示例

輪轂軸承的轉(zhuǎn)矩由軸承的滾動(dòng)阻力和密封(外部密封和內(nèi)部密封)的滑動(dòng)阻力組成,各占約50%。影響輪轂軸承轉(zhuǎn)矩的各種因素如圖2所示,各種減摩技術(shù)包括:優(yōu)化軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)、改進(jìn)軸承內(nèi)部潤滑脂來減少滾動(dòng)阻力;改進(jìn)密封橡膠材料、優(yōu)化密封結(jié)構(gòu)和密封過盈量來減少滑動(dòng)阻力。

圖2 軸承轉(zhuǎn)矩的影響因素

1.2 低摩擦輪轂軸承的演變

為減小轉(zhuǎn)矩,NTN的輪轂軸承已演變?yōu)榈湍Σ凛嗇炤S承Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ。演變概況見表1,相對(duì)于常規(guī)產(chǎn)品的轉(zhuǎn)矩減小比如圖3所示。

表1 低摩擦輪轂軸承的演變

圖3 力矩減小的發(fā)展演變

與常規(guī)產(chǎn)品相比,新開發(fā)的低摩擦輪轂軸承Ⅲ的轉(zhuǎn)矩減小了62%。通過應(yīng)用之前開發(fā)的技術(shù)參數(shù)和新開發(fā)的潤滑脂(改進(jìn)了低摩擦輪轂軸承Ⅱ的內(nèi)部潤滑脂)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的減小。


2、潤滑脂的開發(fā)

2.1 新潤滑脂的功能要求和技術(shù)參數(shù)

對(duì)輪轂軸承的內(nèi)部潤滑脂除了要求低摩擦外,還要求具有以下功能:

1)在輪轂軸承的載荷、溫度和轉(zhuǎn)速條件下通過提供充足油膜和防止卡咬,從而保持長(zhǎng)使用壽命;

2)低溫下優(yōu)異的抗微動(dòng)磨損性能;

3)良好的防銹性和防滲漏性。

基于上述要求,新潤滑脂的技術(shù)參數(shù)按表2的思路確定。

表2 新潤滑脂的開發(fā)思路

2.1.1 在保持軸承使用壽命的同時(shí)減小摩擦

球與溝道之間的滾動(dòng)接觸點(diǎn)也包括滑動(dòng)的因素。因此,采用低運(yùn)動(dòng)黏度小拖動(dòng)系數(shù)基礎(chǔ)油的潤滑脂來減小由滑動(dòng)引起的摩擦。


當(dāng)潤滑脂基礎(chǔ)油運(yùn)動(dòng)黏度降低時(shí),油膜不足的風(fēng)險(xiǎn)增加,這種權(quán)衡條件,可能會(huì)導(dǎo)致溝道損傷。當(dāng)軸承溫度升高和潤滑脂基礎(chǔ)油黏度進(jìn)一步降低時(shí),在重載條件下尤需注意。采用具有小拖動(dòng)系數(shù)的基礎(chǔ)油控制局部升溫,以保持足夠的油膜厚度和高黏度指數(shù)。提高抗蒸發(fā)性和抗氧化性,確保在重載區(qū)域的長(zhǎng)期潤滑性,使其使用壽命等同或優(yōu)于常規(guī)產(chǎn)品。


2.1.2 低溫下的抗微動(dòng)磨損性能

新制造的車輛在鐵路貨車上進(jìn)行長(zhǎng)途運(yùn)輸時(shí),輪轂軸承的溝道與球之間會(huì)產(chǎn)生微小振動(dòng)。如圖4中的箭頭所示,振動(dòng)會(huì)擠壓出溝道與球之間的潤滑脂,產(chǎn)生金屬與金屬接觸,導(dǎo)致微動(dòng)磨損。在潤滑脂趨于變硬和流動(dòng)性降低的低溫條件下,微動(dòng)磨損更明顯。在這種情況下駕駛車輛可能會(huì)產(chǎn)生異常聲。

圖4 產(chǎn)生微動(dòng)磨損的機(jī)理

為了確保潤滑脂在低溫下的流動(dòng)性,采用了低傾點(diǎn)基礎(chǔ)油,并對(duì)增稠劑添加劑進(jìn)行了優(yōu)化,從而提高了低溫下的抗微動(dòng)磨損性能。


2.2 評(píng)價(jià)試驗(yàn)

填充新潤滑脂且去掉帶有橡膠唇的密封件,對(duì)輪轂軸承進(jìn)行了轉(zhuǎn)矩試驗(yàn)。


結(jié)果如圖5所示。與常規(guī)產(chǎn)品(最初的第3代輪轂軸承)相比,轉(zhuǎn)矩減小比達(dá)到56%,驗(yàn)證了改進(jìn)軸承內(nèi)部潤滑脂后減少滾動(dòng)阻力的效果。

圖5 轉(zhuǎn)矩試驗(yàn)(室溫)

還進(jìn)行了可靠性評(píng)價(jià)試驗(yàn),以驗(yàn)證所需的功能,見表3。填充新潤滑脂的軸承滿足了試驗(yàn)項(xiàng)目的所有開發(fā)目標(biāo),實(shí)現(xiàn)了軸承內(nèi)部潤滑脂所要求的所有功能。

表3 軸承內(nèi)部潤滑脂可靠性評(píng)價(jià)試驗(yàn)

注:1、轉(zhuǎn)彎載荷:0.6 G;2、轉(zhuǎn)速條件:車速200 km/ h;3、-20 ℃環(huán)境下的微動(dòng)磨損試驗(yàn)。


3、密封的開發(fā)

第3代輪轂軸承常規(guī)密封和低摩擦密封采用的外部密封和內(nèi)部密封的結(jié)構(gòu)對(duì)比如圖6所示。

圖6 常規(guī)密封和低摩擦密封的結(jié)構(gòu)

一般用3個(gè)接觸唇確保必要的保護(hù),以防止泥水滲入。而低摩擦密封使用較少的接觸唇來進(jìn)一步減摩。通過引入迷宮結(jié)構(gòu)和精心設(shè)計(jì)唇形來避免由于減少密封唇而導(dǎo)致的耐泥水性降低。


減小摩擦不僅是由于結(jié)構(gòu),還由于具有低摩擦因數(shù)的橡膠材料唇接觸表面的優(yōu)化設(shè)計(jì)唇部用脂。與常規(guī)產(chǎn)品相比,這些產(chǎn)品的密封轉(zhuǎn)矩減小了70%,如圖7所示。

圖7 密封轉(zhuǎn)矩試驗(yàn)(室溫)


4、低摩擦輪轂軸承Ⅲ

將新開發(fā)的軸承潤滑脂與低摩擦密封相結(jié)合,該軸承的轉(zhuǎn)矩比如圖8所示。通過減少滾動(dòng)阻力以及內(nèi)部密封和外部密封的滑動(dòng)阻力,輪轂軸承的轉(zhuǎn)矩減小了62%。

圖8 輪轂軸承的轉(zhuǎn)矩比示例

輪轂軸承主要功能要求的性能評(píng)價(jià)如圖9所示。

圖9 性能評(píng)價(jià)圖

結(jié)果表明,開發(fā)產(chǎn)品在所有功能要求上都等同或優(yōu)于常規(guī)產(chǎn)品。由于該開發(fā)產(chǎn)品在低溫下的抗微動(dòng)磨損性能有了顯著提高,因此在更惡劣環(huán)境下也會(huì)有更多應(yīng)用。此外,低摩擦輪轂軸承Ⅲ通過縮小預(yù)載荷范圍來減小和穩(wěn)定轉(zhuǎn)矩,從而降低預(yù)載荷上限。

(參考文獻(xiàn)略)

Low Friction Hub Bearing Ⅲ

來源:《NTN TECHNICAL REVIEW》,2019 (87):63-67.

作者:Makoto SEKI

翻譯:李博璐  校對(duì):頓亞坤

整理、排版:軸承雜志社


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