重型汽車變速箱分離軸承提升壽命優化設計

李廣仁

（中國重汽集團大同齒輪有限公司，山西 大同 037305）

引言

分離軸承是裝在汽車變速箱總成上的零部件，它與離合器壓盤、磨擦片等部分組成離合器總成，是汽車發動機與傳動系統之間的核心部件。它的主要功能是保證汽車能平穩地起步，變速換擋時減少變速齒輪之間的沖擊并防止傳動系過載。它是一種既能傳遞動力又能切斷動力的傳動機構，離合器分離軸承的特殊結構保證發動機與變速箱之間的動力傳遞與切斷，安裝位置如圖1所示。

圖1 分離軸承安裝位置圖

1 分離軸承工作原理

離合器分離軸承安裝在變速器輸入軸軸承蓋的管狀部分上，通過回位彈簧使分離軸承的凸肩與分離叉相連，在自由狀態下保持2.5mm左右的間隙。在工作狀態下分離叉沿離合器輸出軸軸向移動，通過分離軸承可以使分離杠桿一邊旋轉一邊沿離合器輸出軸軸向移動，在離合器壓板、分離杠桿與發動機輸出軸同步運轉的情況下實現平順接合、柔和分離，分離軸承的作用使工作結合時減少磨損，從而延長離合器及整個傳動系的使用壽命。

2 分離軸承的失效分析

從市場反饋的信息可知，分離軸承的失效模式主要有分離卡滯、早期磨損、松曠、異響等故障形態。根據失效模式可知此失效現象發生的原因有：分離軸承自重大，工作時與輸入軸軸承蓋套筒磨擦力大導致分離卡滯；分離軸套接觸面強度不夠引起早期磨損；軸承自身游隙設計不合理導致松曠異響。針對上述失效原因可以進行以下優化設計來提高分離軸承的使用壽命。

3 分離軸承的優化設計

根據上述失效模式的分析重點通過以下幾個方面的優化設計可以有效提高分離軸承的使用壽命。

3.1 分離卡滯

分離軸承自重大與輸入軸軸承蓋套筒磨擦力大導致卡滯。目前分離軸承的軸套一般都是采用鑄鐵件或者合金鍛造件，自重大約在2.5kg，工作時在分離撥叉的作用下沿著輸入軸軸承蓋套筒做往復運動，因輸入軸軸承蓋為球鐵材質，加工后的表面磨擦系數較大，如果在潤滑不好的情況下工作，會產生較大的磨擦力，如能分離軸承的自重減輕設計將能有效降低工作磨擦力。為此對分離軸承的軸套進行了鏤空減重設計，改進設計后重量能減輕256g，可以有效降低工作磨擦力。圖2、圖3為改進前后的分離軸承軸套。

圖2 改進前的分離軸承軸套

圖3 改進后的分離軸承軸套

3.2 早期磨損

分離軸承在工作時由撥叉的撥頭推動分離軸套在輸入軸端蓋的套筒上滑動實現發動機的動力輸出和變速箱的動力輸入切斷，如果軸承軸套的強度不夠會引起軸承的早期磨損，影響軸承的使用壽命。圖4、圖5是正常軸承圖片和磨損后的軸承圖片。

由圖可知磨損深度將近2mm，這就有可能在汽車行駛換擋時出現分離不徹底的情況，這種狀態下極易出現無法換擋或者強行換擋打齒的嚴重后果。針對上述的失效模式，對分離軸承的軸套的工藝進行改進。原軸承軸套為45鋼調質處理，為了確保軸承套的整體性能，硬度HRC一般控制在40～45之間，根據市場反饋信息有針對性地對接觸面進行了端面高頻處理，處理要求硬度達到HRC50以上［1］，經過改進后軸承磨損的情況大幅減少，延長了軸承的使用壽命。

圖4 正常的分離軸承軸套

圖5 磨損后的分離軸承軸套

3.3 松曠異響

分離軸承松曠異響原因有很多種，比如安裝預緊力不夠，分離軸承端面在怠速時承受的初期壓力過小，分離叉和軸承端面相對運動產生異響；安裝時徑向偏差過大超出分離軸承所能調心的范圍也會出現異響；軸承自身游隙設計不合理，如游隙過大也會導致松曠異響。在對市場返回的故障件進行多次拆解分析后有個別軸承會出現松曠的情況，在實驗臺上進行實驗時會出現與正常軸承不同的噪音，針對此情況將原先軸向0.03～0.09mm的游隙縮小為0.03～0.07mm［1］，現在經市場驗證還未發現類似故障件出現。

4 結語

經過以上步驟對分離軸承的結構、加工工藝以及產品參數進行優化設計。優化后的分離軸承已經在變速箱總成上進行了匹配，通過市場跟蹤分析，優化后的分離軸承故障率下降超過了40%，特別是端面磨損的故障率已經降為零，其余的故障現象也得到了有效改善。通過優化設計提高了分離軸承的可靠性，延長了分離軸承的使用壽命，滿足了客戶的使用要求。

［1］ 卜炎.實用軸承技術手冊［M］.北京：機械工業出版社，2003.