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1、汽车轴承技术及其发展动向（续完）堡Q=圣2垒CN411148/TH轴承2009年8期Bearing2009.No.85761汽车轴承技术及其发展动向(续完)李尚勇,宋丽,邓四二(1.河南科技大学,河南洛阳471003;2.洛阳轴研科技股份,河南洛阳471039;3.上海市轴承技术研究所,上海200031)摘要:针对汽车关键部位及其所用轴承的发展现状,介绍了为适应汽车主机的发展,配套轴承所进行的结构优化改进,以及新技术,新工艺,新材料的应用,概述了汽车轴承高速重载,小型化,轻量化,单元化,高可靠性及长寿命等方向发展的趋势.关键词:汽车轴承;技术水平;现状;发展方向中图分类号:TH133.33;U
2、463文献标志码:B文章编号:10003762(2009)080057052.4转向器轴承2.4.1转向柱用导电轴承滚珠丝杠式转向器的喇叭电流通过上端轴承以及转向齿轮接地.而对于齿轮齿条式转向器,从驾驶盘到齿轮之间有很多接缝给接地带来困难,这样喇叭电流接地不充分,就不能保证喇叭正常工作.因此采用滚珠丝杠式转向器,其上端轴承应具有一定的导电性.为了导电,有在轴承中注入导电润滑脂和在轴承中装入导线两种方式.前者会因润滑脂老化而失去导电性,所以多采用有稳定导电性能的后一种形式的导电轴承(图21).导电轴承外圈设计有装导线的槽,用弹簧固定,内圈也在导线接触部位设计有槽而使其保持稳定.2.4.2转向柱滚
3、针轴承为抑制驾驶盘径向松动,使用弹性预紧式滚针轴承(图22).这种轴承外圈上开一斜缝并带有橡胶套,安装外圈后滚针的内复圆和轴之间保持过盈配合.通常施加辂预载荷.可实现零径向游隙.鬻2或HUB3的凸缘结合起来,可以减轻非悬挂重量,尤其是在制动鼓的主框架中采用金属网络合成(blMC)材料后,重量大为减轻.把轴承,轮毂和制动盘变成一个完整组件,可以大大减少单元的振摆幅度,并将对减少甚李尚勇等:汽车轴承技术及其发展动向至消除刹车振颤噪声发挥巨大的作用.图28第5代轮毂轴承单元(HUB5)SKF在驱动轮轮毂轴承HUB3中集成带模拟浮动制动盘组件的综合制动盘转子,由此得到制动盘一体化的第6代轮毂轴承单元(
4、HUB6),其结构如图29所示.在此新结构中,制动盘底座被结合到轮毂轴承的旋转凸缘盘中.其优点是:车轮卡紧或温度变化不会导致制动转子扭曲;制动盘和底座的轴向振摆控制为零;降低系统重量;增加车轮刚度引.轮毂轴承单元从第1代发展到第6代,在结构上的集成有一条清晰的脉络:HUB1是将两套单独的圆锥滚子轴承或角接触球轴承的外圈集成为一个整体式的外圈;HUB2将HUB1的外圈与安装轮毂的凸缘集成为整体式带凸缘的外圈;HUB3则进一步将HUB2的一个小内圈,轮毂轴与安装制动盘或轮毂的凸缘集成一个整体式的零件;其结构变化如图30所示】.而HUB4(仅针对驱动轮)则将等速万向节的半轴与HUB3的带小内圈的轮毂
5、轴集成为一个整体零件.省去了联结万向节与轮毂轴承的花键轴;HUB5将制动鼓与HUB3(或HUB2)的外圈凸缘组合起来;HUB6则是将带模拟浮动制动盘组装件的综合制动盘转子组合进轮毂轴承HUB3中.图29第6代轮毂轴承单元(HUB6)图3O轮毂轴承单元从第l代发展到第3代的结构演变端部旋压成形的轴铆合式轮毂轴承(图3l和图32)由于省去用于将内圈拧紧到轮毂轴上的螺母,可以减小体积和重量,一个非驱动轮采用旋压铆合的HUB3可以比普通的HUB3减轻400g以上的重量,且紧固部分更加紧凑,还可以很好地解决螺母的”防松”问题,提高轴承单元的可靠性,而且铆合好的轮毂单元在安装时无需调整,简化整车装配工艺,
6、降低成本】.2.6等速万向节等速万向节(c)广泛用于前驱动和4轮驱动车上,分定心型和滑移型两种.主要结构有BJ型(球笼式),DoJ型(双效补偿型),GE型(交叉槽式)和GI型(三柱轴式)万向节等.HB3(旋成形)图31非驱动轮采用旋压铆合的HUB3?6o?<轴承)2009.No.8通常车轮一边装的是定心万向节,变速器一边装的是滑移型万向节,无论是定心型还是滑移型,都可分为依靠6个钢球来传输动力的球笼式C和3根轴上装有滚针并带动滚柱的轴式C(图33).图32旋压成形件BJ型GE型GI型VL型DJ型图33CVJ的种类一种新的球笼式万向节将钢球直径减小,钢球数由6个增至8个,以利于万向节的小型
7、化,并提高传动效率.近年来随着汽车速度的提高,功率的增大和重量的减小,C也逐步实现了小型化,高转速化和标准化.厂家对与CVJ相关的N,V,H特性(噪声,振动,刺耳音)作为攻关课题,并着重研制万向节使用的润滑脂.最初滑移型万向节使用的润滑脂是在锂皂脂中添加SP系列极压添加剂或固体润滑剂硫化钼等.目前大都使用比锂皂脂更好特性的聚脲脂,并配以多种添加剂,与此同时,又开发了减摩效果良好的添加剂,如在聚脲脂中添加MoDTC和三苯磷酸硫脂,或三苯磷酸脂等低摩擦润滑脂.定心型万向节过去使用锂皂脂添加剂二硫化钼或耐烧黏性能优异的铅类极压添加剂,现在改用聚脲脂.不过因铅类添加剂对环境污染严重,故在添加剂中配以润
8、滑效果相同的有机钼或znDTP等,最近,又研制出有显着耐高压性能和耐表面剥落性能的润滑脂,即在聚脲脂中添聚硫化物等硫磺类极压添加剂和超基性Mg一磺酸盐,超基性磺酸盐和超基性zn一磺酸盐等.还有在聚脲脂中添加硫酸钠等环保型材料.3汽车轴承发展的其他要素3.1有限元分析技术的应用为了保证汽车在多么苛刻的环境下都能放心行驶,又要顺应汽车小型化,轻量化,节能的潮流,不仅要从几何结构和实现新的功能的角度考虑轴承的设计,还要从产品的强度和可靠性的角度设计轴承.有限元技术应用到轴承设计中,不仅可以达到上述目的,还可以发现和解决试验中难以发现和解决的问题,实现短期,低成本开发.国外一些公司一直应用有限元分析技
9、术进行轴承设计,其中典型的案例有第3代轮毂轴承,皮带张紧轮轴承,电磁阀用直线运动轴承,离合器输出端轴承及低力矩油封等.洛阳轴承研究所的研究人员也针对轮毂轴承的密封结构和第3代圆锥滚子轮毂轴承的内部结构设计,进行了有限元分析(图34).(a)低力矩密封(b)圆锥滚子轮毂轴承单元的内部结构有限元分析图34汽车轴承设计中应用的有限元技术李尚勇等:汽车轴承技术及其发展动向?6l?3.2进一步提高密封性能目前,大部分汽车轴承的密封都得到了改进,轮毂轴承和水泵轴承多采用密封圈加离心挡环的复合密封结构.为了防止汽车变速箱中的磨粒性介质进入轴承,在变速箱用球轴承和圆柱滚子轴承中也采用脂润滑密封轴承,取得了非常
10、好的效果,可提高疲劳寿命610倍.正是由于变速箱密封轴承的成功应用,使污染系数正式进人了ISO寿命标准中.当然密封轴承的长寿命应依赖于高效长寿命润滑脂.目前,国外一些公司耐高温,长寿命,抗微动磨损,抗早期剥落和防泄漏的润滑脂已成功地应用于汽车轴承上,使轴承与车辆等寿命成为现实.图35所示为汽车轴承的密封结构.(a)外侧装上离心挡圈的单孱式密封图(b)整体街封圈结构(C)单片街封圈结构(d)钢板冲JIi防盖图35汽车轴承的密封结构举例3.3新材料的应用根据汽车轴承单元化,轻量化和小型化的要求,汽车轴承用钢改变了GCrl5一统天下的局面.高可靠性,高载荷条件下仍使用高碳铬轴承钢,但其氧含量和夹杂物
11、含量进一步降低(含氧量<6X10I4%),对极高可靠性,长寿命,污染严重的轴承,如变速箱轴承系列则开发了富含si,Cr,Mn等合金元素的轴承钢,以增加钢的硬度,耐磨性和耐热性.对于轴承单元的延伸件,如轮毂轴承单元,为降低成本,通常采用合金结构钢,如50Mn等.对以冲压套圈替代实体套圈的轴承,则用低碳合金(20Cr)再加表面渗碳处理.对于高速,高温的涡轮增压器轴承,则通常采用氮化硅基金属陶瓷.另外,密封件通常采用改进的丁腈橡胶,炳烯酸脂橡胶,硅橡胶,氟橡胶取代丁腈橡胶,以满足耐高温的要求.以注塑成型的工程塑料保持架取代金属保持架,以减轻重量,降低成本等.3.4新工艺技术的应用随着新材料的应
12、用,热处理技术取得了较大的进步,中频感应加热热处理,可控碳势保护气氛热处理,碳氮共渗热处理,贝氏体淬火热处理等技术得到了广泛的应用.随着厚壁冲压技术和精密冷辗技术的日臻完善,离合器轴承单元,变速箱圆柱滚子轴承广泛采用冷冲压成形毛坯,汽车发电机及变速箱轴承和摩托车发动机轴承采用精密冷辗扩毛坯,可以提高轴承寿命1O倍以上.加工技术方面,普遍采用复合磨削技术,CBN磨削技术,将结构复杂形面在一台机床上通过数控技术进行多点多面磨削,改变了传统的内径,外圆,平面分别磨削的传统习惯,使加工效率大幅提高,而且能够保证各加工面之间的位置精度.参考文献:1YoshihisaImamura.AnAutotensi
13、onerforTimingBeltsJ.Motion&Control,2001,10:1520.2NSK水泵轴承样本Z.2001.3MasamiehiIketani.LatestTrendsandTechnologiesofAu.tomotiveElectricalComponentBeatingsJ.Motion&Control,2O05,17:1924.4YujiNakamura.HubUnitBearingswithABSSensorJ.Motion&Control,2003,15:14.5JunshiSakamoto.TrendsandNewTechnologi
14、esofHubUnitBearingsJ.Motion&Control,2005,14:2-9.6HirohideIshida,TakeyasuKaneko.DevelopmentofHubUnitBearingwithSwagingJ.Motion&Control,2001,10:914.7NumataT.LatestTechnicalTrendsRegardingHubU.nitBearingsJ.K.oyoEngineeringJoumal,2005,168E:812.8王彦伟,罗继伟,李尚勇,等.轮毂轴承接触受力的整体三维有限元分析J.机械设计与制造,2008(5):810.(编辑:赵金库)
汽车轴承技术及其发展动向（续完）
