載重卡車車橋主減速器軸承的技術(shù)發(fā)展

縣鵬宇

(甘肅海林中科科技股份有限公司 技術(shù)中心，甘肅 天水 741018)

1 概述

驅(qū)動橋是載重卡車總成中的一個重要部件，直接承受著來自車廂的質(zhì)量，故驅(qū)動橋總成的可靠性是衡量卡車性能的一個重要指標(biāo)。主減速器是驅(qū)動橋上的一個重要部件，其功能是增大由傳動軸傳來的扭矩并降低轉(zhuǎn)速，然后將力矩傳遞給差速器，最終由差速器將扭矩分配給左、右驅(qū)動車輪。一般的驅(qū)動橋由主減速器、差速器、驅(qū)動輪等傳動裝置組成，主減速器性能的優(yōu)劣將直接影響力矩傳遞的效率和汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。

主減速器有單極、雙極、雙速、單極貫通式、雙極貫通式、單雙極主減速器附帶輪邊減速等多種形式,其可靠性和經(jīng)濟(jì)性可通過提高軸承的性能獲得。由于主減速器軸承一般要承受較大的軸向載荷，而圓錐滾子軸承具有很高的軸向和徑向承載能力，并且滾子素線與滾道之間可以采用一定的凸度匹配技術(shù)，從而大大降低重載下的邊緣應(yīng)力集中，內(nèi)圈大擋邊與滾子大端面之間可形成動壓承載油膜，提高軸承的使用壽命，因此卡車主減速器多采用圓錐滾子軸承。

主減速器軸承的支承形式主要有以下兩種：(1)懸臂式結(jié)構(gòu)(圖1)，齒輪大端一側(cè)有較長的軸，并在其上安裝一對軸承；(2)跨距式結(jié)構(gòu)(圖2)，在齒輪軸的兩端安裝軸承。

1—主動錐齒輪軸；2—主動錐齒輪后軸承；3—主動錐齒輪前軸承

1—導(dǎo)向軸承；2—主動錐齒輪軸；3—主動錐齒輪后軸承；4—主動錐齒輪前軸承

2 圓錐滾子軸承的發(fā)展

隨著卡車技術(shù)的發(fā)展，要求主減速器傳遞的扭矩越來越大，因此在現(xiàn)代主減速器結(jié)構(gòu)中，其主動錐齒輪一般采用螺旋錐齒輪，由于螺旋角較大而產(chǎn)生極大的軸向力(一般軸向力大都比徑向力大)。目前主減速器軸承的標(biāo)準(zhǔn)配置是兩套圓錐滾子軸承，均采用背對背的“O”型配置，采用這種配置的優(yōu)點(diǎn)是軸承可以承受較大的傾覆力矩。

當(dāng)軸較輕且載荷較小時，一般采用懸臂式結(jié)構(gòu)；當(dāng)軸較重且載荷較大時，采用跨距式結(jié)構(gòu)，在錐齒輪的頂部附加安裝一套軸承，一般采用圓柱滾子軸承，也稱導(dǎo)向軸承，這樣可以增加軸的支承剛度，避免錐齒輪軸在極端載荷下彎曲和齒輪嚙合錯位。

無論是懸臂式還是跨距式結(jié)構(gòu)，圓錐滾子軸承接觸角的發(fā)展趨勢是采用20°以上的大錐角，這樣可以大大提高軸承的軸向承載能力，加大兩軸承支承中心之間的距離，提高錐齒輪軸的整體剛性，節(jié)省主減速器的空間，降低其質(zhì)量。一般來講，除了在早期的一些輕型卡車和微型車上還有采用10°～15°接觸角的圓錐滾子軸承外，隨著卡車載重量的增加，目前主減速器前軸承多采用接觸角在20°左右的圓錐滾子軸承(如32300B系列)，主減速器后軸承基本采用接觸角在28°～32°左右的圓錐滾子軸承(如31300系列等)，這是因?yàn)樵摬课惠S承普遍承受的軸向力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于徑向力。實(shí)際應(yīng)用證明主減速器軸承采用大接觸角圓錐滾子軸承后，其使用性能和壽命均有了大幅度提高。

為了提高主減速器錐齒輪的剛度，改善齒輪嚙合的平穩(wěn)性，在實(shí)際使用中必須對圓錐滾子軸承進(jìn)行預(yù)緊。在實(shí)際裝配中，軸承預(yù)緊力的大小是用軸承摩擦力矩的大小來衡量的；在常規(guī)結(jié)構(gòu)的主減速器中，圓錐滾子軸承預(yù)緊力的調(diào)整是通過在兩個軸承內(nèi)圈之間加入調(diào)整墊片來實(shí)現(xiàn)的。若預(yù)緊力過大，就增加調(diào)整墊片的厚度；若預(yù)緊力偏小，就減小調(diào)整墊片的厚度。預(yù)緊力調(diào)整不好，不但使齒輪嚙合位置發(fā)生變化，還會使齒輪軸前軸承出現(xiàn)較大間隙，使錐齒輪軸產(chǎn)生歪斜和搖擺，破壞齒輪正確嚙合，降低傳動效率，加速軸承磨損，嚴(yán)重時會出現(xiàn)響聲，甚至?xí)?dǎo)致軸承過熱而引起損壞。因此一些主機(jī)制造企業(yè)對圓錐滾子軸承的設(shè)計提出了一些要求，要求該部位軸承的裝配寬度公差較常規(guī)軸承應(yīng)壓縮1/3～1/2，以提高預(yù)緊力的精度，減少調(diào)整墊片的分組數(shù)量，從而提高主減速器的裝配效率。國外主減速器軸承已普遍采用這一做法，國內(nèi)也在逐步推行。

在一些輕型卡車上還可以利用一種具有軸向彈性的波形套筒調(diào)整軸承預(yù)緊力(圖3)，這種波形套筒安裝在兩軸承內(nèi)圈之間，上面有一波紋區(qū)域或其他容易產(chǎn)生軸向變形的區(qū)域，其缺點(diǎn)是每拆裝一次，由于材料的冷作硬化作用，套筒的一端需要增加一薄墊片，以使波形套筒再次在塑性變形區(qū)工作，一個新的波形套筒拆卸3，4次后會因塑性變形太小而報廢。

圖3 波形套筒調(diào)整軸承預(yù)緊力主減速器結(jié)構(gòu)

雖然采用壓縮軸承裝配寬度公差、波形套筒等方法在保證預(yù)緊力的精度和簡化調(diào)整方式等方面起到了一定作用，但主減速器預(yù)緊力安裝調(diào)整依然很繁瑣，存在裝配效率低下、零部件數(shù)量多、對車橋裝配線上技術(shù)要求高等缺點(diǎn)。隨著汽車制造技術(shù)和軸承技術(shù)的發(fā)展，上述軸承已不能夠滿足主減速器向集成化、輕量化、免調(diào)整發(fā)展的需要，因此開發(fā)了一些先進(jìn)的主減速器單元軸承，以下介紹兩種結(jié)構(gòu)先進(jìn)的主減速器單元軸承。

2.1 錐齒輪單元包軸承

錐齒輪單元包軸承(圖4)主要由殼體、兩套大錐角圓錐滾子軸承、連接卡簧和盒式密封件組成。

軸承的軸向游隙在出廠時已預(yù)先調(diào)整好，裝配時只需將單元包壓入到錐齒輪軸上，擰緊軸上螺母后，就有了確定大小的預(yù)緊力(這樣可以消除錐齒輪軸工作中的跳動現(xiàn)象和磨損，從而提高軸承的使用壽命)，然后將單元包安裝到差速器殼體上。在這種結(jié)構(gòu)中，完全取消了軸承之間的調(diào)整墊，降低了主減速器安裝的難度，減少了零部件的數(shù)量，使主減速器結(jié)構(gòu)更加緊湊，降低了安裝費(fèi)用，同時也降低了車橋安裝線上的技術(shù)難度。

1—前軸承；2—盒式密封裝置；3—單元包殼體；4—調(diào)整墊片；5—卡簧；6—后軸承

在這種單元包的結(jié)構(gòu)中，兩套軸承的內(nèi)圈小擋邊均作了加長，取代了常規(guī)結(jié)構(gòu)中的內(nèi)隔圈，在內(nèi)圈小擋邊外徑上設(shè)計有凹槽，便于用卡簧將兩套軸承連接在一起。在單元包殼體上隔擋處設(shè)計有油孔，便于將齒輪飛濺過來的潤滑油流入到兩軸承之中。軸承的軸向游隙是通過調(diào)整兩套軸承外圈之間的間隔距離B(圖5)和殼體隔擋的厚度A(圖4)來實(shí)現(xiàn)的，只有當(dāng)B>A時，軸承才能夠產(chǎn)生軸向游隙。在前軸承的內(nèi)圈大擋邊外徑上安裝一由密封圈和防塵蓋組合而成的盒式結(jié)構(gòu)密封裝置，可防止外界雜質(zhì)的進(jìn)入和潤滑油的泄漏。

主動錐齒輪與差速器盤形從動齒輪的嚙合調(diào)整則是通過調(diào)整單元?dú)ど系耐咕壟c車橋殼體之間的墊片而獲得的。

圖5 兩軸承外圈之間寬度B

2.2 卡車錐齒輪單元軸承

圖6所示為卡車錐齒輪單元軸承，也稱TPU單元軸承(Truck Pinion Unit)，其是在錐齒輪單元包軸承基礎(chǔ)上作了進(jìn)一步優(yōu)化和集成而開發(fā)出來的，最明顯的區(qū)別就是將前軸承外圈、后軸承外圈與殼體結(jié)合為一個整體，軸承零件數(shù)量由7件進(jìn)一步縮減到4件，使軸向游隙的調(diào)整更加簡單，減少了零部件安裝的尺寸誤差。該類型其余結(jié)構(gòu)和性能與錐齒輪單元包軸承一致，安裝時只需將主動錐齒輪軸壓入到軸承內(nèi)孔中即可，主動錐齒輪與從動齒輪間的嚙合仍然是通過調(diào)整單元凸緣與車橋殼體間的墊片實(shí)現(xiàn)。

1—單元?dú)んw；2—盒式密封裝置；3—前軸承內(nèi)組件；4—卡簧；5—后軸承內(nèi)組件

3 圓柱滾子軸承(導(dǎo)向軸承)的發(fā)展

圓柱滾子軸承僅在跨距式結(jié)構(gòu)中使用，早期的導(dǎo)向軸承基本上采用NJ型(圖7)或NUP型(圖8)通用圓柱滾子軸承，軸承帶有保持架，但是隨著車橋向大扭矩、輕量化方向發(fā)展，這種軸承的承載能力已不能夠滿足車橋的要求，一種滿裝自鎖結(jié)構(gòu)的圓柱滾子軸承開始在各種類型的載重車橋上得到應(yīng)用。

1—外圈；2—內(nèi)圈；3—保持架；4—滾子

1—內(nèi)圈；2—保持架；3—滾子；4—外圈；5—平擋圈

這種滿裝自鎖結(jié)構(gòu)的圓柱滾子軸承與通用圓柱滾子軸承的內(nèi)、外圈結(jié)構(gòu)基本一致，但是滿裝結(jié)構(gòu)沒有保持架，滾子的數(shù)量有了大幅度增加，因此軸承的載荷能力也有了大幅度提高，適用于驅(qū)動橋低轉(zhuǎn)速、重載荷的需要，主要有NJ型滿裝圓柱滾子軸承和NUP型滿裝圓柱滾子軸承兩種結(jié)構(gòu)(圖9)。這類軸承不但對軸承徑向游隙提出了要求，而且為了實(shí)現(xiàn)滿裝自鎖的要求，保證滾子不散落，還要求軸承保持一定的圓周總間隙。

1—內(nèi)圈；2—滾子；3—外圈；4—平擋圈

近年來，隨著高速公路的發(fā)展，載重汽車和高速客車的運(yùn)行速度多有極大的提高，一種安裝在變速箱和主減速器之間的電渦流緩速器開始得到應(yīng)用，它是一種高效汽車制動輔助裝置，俗稱“電剎”，是國際流行的第3制動系統(tǒng)，既可以使汽車在坡道行駛時，方便地實(shí)現(xiàn)緩速或恒速行駛，也可以在高速公路或路況較差的情況下，及時輕松地進(jìn)行緩速，因此可極大提高汽車行駛時的安全性與舒適性。在這種情況下，就要求導(dǎo)向軸承在正常運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，在受到緩速器反向制動時能夠快速換向。若采用滿裝自鎖圓柱滾子軸承，由于其圓周總間隙較小，軸承在突然受到反向旋轉(zhuǎn)力矩時，會出現(xiàn)滾子不自轉(zhuǎn)，整體在內(nèi)、外滾道間滑動，從而造成軸承燒死現(xiàn)象。因此一種滿裝不自鎖圓柱滾子軸承得到了應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)如圖10所示，其外圈由雙擋邊結(jié)構(gòu)改為單擋邊、單鎖圈結(jié)構(gòu)，軸承的圓周間隙較大，一般大于0.6 mm，便于滾子的正、反向運(yùn)轉(zhuǎn)。

1—內(nèi)圈；2—滾子；3—外圈；4—鎖圈；5—平擋圈

4 結(jié)束語

現(xiàn)代主減速器軸承已開始向單元化、專用化方向發(fā)展，軸承的承載能力和綜合性能不斷提高，已逐步將一些非軸承功能部件與軸承相結(jié)合，不但使軸承的安裝調(diào)整簡單化，而且還使軸承的性能更加滿足主減速器的特殊要求，滿足了汽車車橋向輕量化、長壽命發(fā)展的需求。