汽车驱动系统轴承及其相关产品的Z新动向

　　1　前言
　　在汽车驱动系统中，正致力于向延长寿命、降低摩擦、减轻质量、实现小型化的方面发展。图1所示的是驱动系统的技术要求和轴承的相应措施。 　　本文仅对汽车驱动系统轴承及其相关产品的Z新技术动向加以介绍。
　　2.1提高寿命
　　2.1.1提高在污染油中的轴承寿命
　　在变速器、差动减速器等润滑油中使用的轴承，由于零件加工时产生的切屑、毛刺，使用时产生的齿轮磨损、沾在箱体上的杂质脱落等原因，轴承是在含有杂质的油中润滑的，特别是在有坚硬杂质的润滑条件下，轴承的剥落形式是以杂质嵌入后的压痕边缘为起点的表面剥落或伴有磨损的表层剥落（图2），其寿命很短，就一般轴承来说，其寿命只有在洁净油中润滑时的几分之一至几十分之一。因此要在下列材料、热处理方面或密封技术方面采取相应的措施。 　　材料、热处理技术措施
　　对于圆锥滚子轴承，通过采用本公司开发的渗碳钢材料和热处理技术来提高寿命。为了使杂质引起的压痕边缘尽快消失，降低裂纹产生和扩展的敏感性，开发了特殊的热处理技术以提高表面硬度，并使残留奥氏体保持Z佳含量，从而延长轴承寿命，达到通常轴承的10倍左右。此外正在开发细化碳化物等超长寿命材料以推进小型化的进程。
　　对于球轴承和圆柱滚子轴承采用整体淬火钢进行碳氮共渗的长寿命轴承已使用多年。
　　密封设计方面的措施
　　变速器的密封球轴承，对密封唇进行精心设计，从而改善了因齿轮载荷引起轴向位移、角位移使过盈量发生变化的情况，大大地减少了杂质的进入，并降低了转矩（图3）。此外，也在密封圈的橡胶材料及其与油的相容性和耐热性方面作出适当选择。为提高初期的润滑性能，在轴承内的旋转空间注入润滑脂。 　　2.1.2应对高载荷、高力矩的措施
　　随着变速器等组合件的小型化、轻量化，要求轴承也要实现小型化。
　　另一方面，发动机转矩增大和组合件壳体减轻，必然增大轴承载荷和轴的挠曲，对轴承来说，工作条件变得更为严酷。结果，特别是对线接触的圆锥滚子轴承，由于边缘应力作用，有时导致轴承寿命很短。本公司应用Z新计算机技术，根据从壳体到轴承的刚性分析，开发了特殊的凸度形状，使滚子与套圈接触部位的接触应力，沿轴向分布均匀。这种LC（长寿命凸度）轴承已投入批量生产。承受力矩载荷时，LC轴承与一般轴承相比，寿命可提高3倍左右。
　　2.2降低摩擦
　　圆锥滚子轴承与其他轴承类型相比，体积小，能承受大的径向和轴向载荷，因此有利于小型化，在很多驱动系统的组合件中得到广泛应用。但是由于内圈挡边与滚子之间有滑动接触，存在摩擦力矩比球轴承大的问题。通过对这种滑动接触状态加以改善，并对滚子的构成（包括直径、长度、数量）、接触角和滚道形状进行优化设计，开发了LFT轴承，该轴承既能使载荷容量、刚性等性能得以保持，又能使滑动力矩和滚动粘性力矩均比通常产品降低20～50％，目前已批量生产。今后还将进一步扩大其使用范围。其旋转力矩的测量结果示于图4。 　　2.3轻量、小型化、单元化
　　由于变速器级数不断增多，使得组合件越来越复杂。为此，要求轴承的支撑设计要有自由度，确保支承刚性，装配简单，预紧稳定。
　　本公司生产了各种结构紧凑的轴承单元，有利于节省资源和提高可靠性。此外还开发了与各种齿轮油相适应的树脂材料，用作球轴承以及滚针轴承、圆柱滚子轴承的树脂保持架，有利于减轻重量，图5是轴承单元实例。 　　在自动变速器中广泛应用的推力滚针轴承，其保持架逐步从二个一组改为一个，并与套圈一体化、减小壁厚等措施相结合，力求降低推力滚针轴承的重量。
　　在实施轴承小型化时，不仅要确保轴承寿命，而且要考虑轴承周边、变速器等组合件的刚性、振动、噪声，从整个系统的Z佳效果来研究。
　　3　与轴承相关的产品
　　下面介绍为适应各种组件要求而进行商品开发的相关产品。
　　3.1.1直接分离油缸（DRC）
　　所谓DRC就是指装在油缸内的重量轻、结构紧凑的离合器分离轴承单元。它也可用于小型离合器机构及自动变速。DRC的整体结构、油缸部分结构如图6、图7所示。 　　3.1.2单向离合器
　　单向离合器是自动变速器变速控制所必须的功能零件。以往采用的是双保持架型的KW系列。本公司与SKF公司合作，开发了只有一个保持架的KX系列，有利于减轻重量。
　　此外，Z近对于KW系列，为了减轻重量，实现小型化，开发了树脂保持架。
　　3.1.3电动泵组件
　　开发了适用于驱动系统的电动泵组件，它可用作发动机停止时的油压动力源。这种泵组件是一种外啮合齿轮泵，可装在侧板上。
　　自动变速器、无级变速器（CVT）安装辅助泵组件的系统如图8所示。而电动泵组件的效率评价示于图9。无论从效率，还是从耐用性来看，它都具有适用于驱动系统的性能。 　　3.1.4驱动轴用滚针轴承
　　在骄车的驱动轴中，为了降低成本、减轻重量并提高行驶性能，联轴节轴承采用冲压外圈滚针轴承，轴承的结构如图10所示。 　　Z近试图通过减小装配角来降低驱动轴的振动，因此必须提高十字轴端面（冲压件内底面）的润滑性能。按图11制作冲压件内底面形状，可以大大改善润滑效果。 　　3.1.5双万向轴等速万向节（DCJ）
　　CDJ是专为高速、大角度使用条件要求低振动、低噪声的四轮驱动车辆驱动轴开发的等速万向节（图12）。近年来又要求减轻重量、减小不平衡性和进一步小型化。 　　为适应上述要求，本公司开发了新的，并已批量生产。图13是新、旧结构比较。Z近正致力于进一步提高强度，以适应发动机高力矩的要求。 　　4　结语
　　以上对驱动系统的Z新技术成果做了阐述。总之，社会对汽车的要求越来越高，特别是随着燃料费的提高，与此相关的驱动系统的研究开发工作一直在进行。但还未触及到信息化、模块化等技术革新措施，希望能提前5～10年进行这方面的商品开发和技术研究，以提供有竞争力的的商品和技术。