汽車用滾動(dòng)軸承的低轉(zhuǎn)矩化技術(shù)

一輛普通燃油乘用車使用近百套滾動(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。

乘用車的摩擦損失主要發(fā)生在傳動(dòng)系統(tǒng)軸承和車輪軸承，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(FR車)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

普通乘用車自動(dòng)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(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)