汽车用滚动轴承的低转矩化技术

汽车用滚动轴承的低转矩化技术

一辆普通燃油乘用车使用近百套滚动轴承，通过降低每套轴承的摩擦损失，对汽车的能耗降低将作出明显的贡献。降低滚动轴承损失的方法主要考虑有三项。1）尺寸。在不改变原有尺寸的情况下，改变轴承内部设计，降低转矩；2）轴承的小型化，通过轻量化降低能耗；3）降低变速箱等的摩擦损失，考虑通过降低润滑油的黏度和用量，并保持滚动轴承的运行性能。

乘用车的摩擦损失主要发生在传动系统轴承和车轮轴承，因此，低转矩化研究主要针对：差动装置(差速器)用圆锥滚子轴承、自动变速箱用推力滚针轴承和车轮用轮毂轴承组件。

1、圆锥滚子轴承的低转矩化

圆锥滚子轴承内、外圈滚道与滚子滚动面的接触状态为线接触，所以载荷容量比球轴承大。另外，由于滚子对应于轮轴是倾斜结构，所以能承受径向、轴向2个方向的力，因此，广泛应用于变速箱和差动装置齿轮轴的支承。

自动变速箱类的变速驱动桥中，差动装置多用自动变速箱油( ATF )进行润滑；在前置后驱车(FR车)和四轮驱动力(4WD)上搭载的后差动装置则采用黏度较高的齿轮油润滑。后差动装置的小齿轮轴用圆锥滚子轴承产生转矩的原因分析如图1所示，其滚动粘滞阻力是源于滚道和滚子接触部位的润滑油膜的阻力。

图1 影响后差动装置小齿轮轴用

圆锥滚子轴承转矩的因素

低转矩设计方案：通过减少滚子，减短滚子长度和滚道的凸度半径，减小滚道和滚子的接触面积；通过减小保持架和内圈小挡边之间的间隙，抑制润滑油的流入；通过增大滚子倾角，促进了润滑油的排出；通过改变保持架形状，减小轴承内部空间，抑制轴承的泵吸作用；采用树脂保持架。实现了通过减小搅拌阻力，降低轴承的转矩（图2）。

图2 改进前后圆锥滚子轴承结构

2、推力滚针轴承的低转矩化

普通乘用车自动变速箱中，每辆车约使用10套推力滚针轴承。影响推力滚针轴承转矩的主要因素如图3所示。影响推力滚针轴承转矩的主要因素是，轴承旋转时，由于离心力的作用，保持架兜孔端面与靠近滚子外径面接触，所以产生大的滑动摩擦。

图3 影响推力滚针轴承转矩的因素

低转矩设计方案：将滚子端面和保持架兜孔端的接触处靠近周向速度小的滚子的轴心；通过将保持架兜孔端面设置突起，减小接触面积；通过将滚子复数排列(对一个保持架兜孔配置2个短滚子)减小了滚子和滚道的周向速度差。从而抑制滑动摩擦，降低轴承转矩（图4）。

图4 改进前后的推力滚针轴承结构

3、轮毂单元的低转矩化

轮毂单元往往接近路面位置，处于外部暴露的状况下使用。因此，对车体侧的内密封和轮毂侧的外密封应具有既要防止润滑脂漏出，同时要防止砂粒、雨水等侵入的高密封性。通常轮毂单元密封的滑动摩擦要占据全部转矩的一半以上（图5）。

图5 影响轮毂单元转矩的因素

低转矩设计方案：通过去除径向唇，并使轴向唇双重化（图6），实现了轴承的高密封性和低转矩化的目标。

图6内、外密封结构的改进