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圆锥滚子轴承：重卡传动技术升级的首选轴承

发布时间：2012-11-08 浏览次数：797

文/吕向伟

　　作为车辆的核心系统，动力传动系统的品质决定了整车的行驶性能。为了适应商用汽车严苛而复杂的使用工况，如重载、高速、高温、振动冲击等，圆锥滚子轴承凭借其自身的特点成为传动系的首选轴承类型。
　　作为摩擦管理和材料科学领域的佼佼者，铁姆肯为全球商用汽车客户提供的不仅仅是零部件，每一个Timken^®高性能圆锥滚子轴承都凝聚着铁姆肯公司全球工程和技术支持，帮助设计者实现汽车系统的效率、可靠性和性能的Z大化。铁姆肯公司已凭借专业知识和雄厚实力成为重型汽车领域客户技术升级进程中可信赖的合作伙伴。
　　圆锥滚子轴承优势明显
　　(1)可承受径向和轴向复合载荷。在变速器、驱动桥、轮毂的工作中，复合载荷是Z为常见的工况，特别是驱动桥中心的主动锥齿轮轴承受着较大的径向和轴向载荷。
　　(2)在载荷能力相同的前提下，圆锥滚子轴承的尺寸小于球轴承和圆柱滚子轴承。例如，在变速器中采用圆锥滚子轴承，有利于减小径向尺寸和各轴的平行距，尤其是变速器的中心轴轴承(又称口袋轴承)，如果采用接触角较小的圆锥滚子轴承，不仅可减小输入轴的径向尺寸，而且有利于减轻系统热膨胀引起的轴承承载区减小的影响。
　　(3)轴向游隙可调，轴承寿命得以优化。根据轴承寿命与游隙曲线关系图(图1)，可以得知轴承的寿命与轴承游隙有着直接的关系。根据具体工况对游隙进行精确调整，有助于得到Z佳的轴承使用寿命。

　　(4)有利于提高轴承系统的刚性，降低噪声。由于圆锥滚子轴承滚子为线接触，可降低接触应力，并且通过轴承游隙调整得到合适的系统预紧，从而大大提高系统刚性。例如，为保证桥中心内务齿轮啮合正确、运转平稳、降低噪声，必须对圆锥滚子轴承施加适当的预紧以提高支撑刚度。
　　(5)轴承滚道内部泵油润滑效应。由于圆锥滚子轴承内部结构上有其特点，在运转过程中，离心力可使润滑油自动由滚子小端流向大端，既可以散热，又可以不断携走滚道内部的杂质。
　　(6)内外圈可分离，便于装配。在安装变速器和驱动桥时，在轴承安装部位难以接近的场合，采用可分离式的圆锥滚子轴承，既容易实现轴的对中，又便于齿轮的啮合调整。
　　Timken^®轴承为重卡传动系统首选轴承
　　作为圆锥滚子轴承的发明者，100多年来铁姆肯公司始终秉承质量、技术和创新的宗旨，不断提升轴承的研发设计技术和制造品质。针对重型卡车等现代商用汽车的工作特点，铁姆肯公司在圆锥滚子轴承的材料、制造工艺、内部优化设计、安装等方面引入了先进的技术和环保理念，使得轴承在耐高温、耐冲击、耐杂质、节省燃料、便于安装等方面的性能得到显著提升。
　　在轴承材料方面，铁姆肯公司深知轴承材料对轴承性能和寿命至关重要，通过特殊冶炼工艺减少非金属夹杂物，提高材料纯净度，研发了多种高级别的轴承钢，从而有效延长轴承的疲劳寿命，以满足汽车、航空、能源等工业领域的需求。
　　在制造工艺方面，铁姆肯公司的表面渗碳钢轴承在车辆传动系统中的优势明显。得益于其表面硬、芯部软的特点，表面渗碳钢轴承不仅具有高韧性，能够承受更高的振动和冲击载荷，而且轴承表面所具有的高残余压应力，更能提高滚道面的接触疲劳强度和轴承耐杂质的能力，尤其适应齿轮系统的使用工况。
　　此外，大量实际使用结果表明，铁姆肯公司的表面渗碳钢轴承可有效帮助客户解决薄油膜厚度工况下的轴承使用问题。
　　在优化技术方面，由于轴承在工作时不可避免地存在一定程度的偏心和边缘载荷，造成轴承出现早期损坏，铁姆肯公司特别采用MRD多段圆弧修型技术，以减少轴承在偏心应用中的局部应力集中。尤其是在悬臂式结构的驱动桥主减速器中，由于主动锥齿轮轴的结构布置特点和高载荷，使得靠近齿轮的轴承具有较大的形变，因此，铁姆肯公司一方面通过轴承预紧减少形变量，另一方面采用MRD多段圆弧修型技术，对轴承内部滚道面进行特殊修型，以Z大限度地减少应力集中。
　　针对不断提高的车辆传动系轴承的使用要求，铁姆肯公司开发出一系列新型轴承，以满足用户在节油、应对更严酷的工况方面的要求。Fuel-Efficient(FE)节油轴承(图2)通过内部几何结构、尺寸优化等特殊设计，不但可减小轴承系统的跨距布置，而且尽可能地降低了轴承内部摩擦转矩，降低工作温度，延长轴承和润滑油的使用寿命。另一高功率密度设计——P900(TM)轴承，则在材料纯净度、滚道特殊修型、表面光洁度等方面进行全面提高和优化，使轴承更能适应车辆传动系统的高载荷、高形变、高温，低转速、低润滑油黏度的严苛工况。在驱动桥主减速器中，主动锥齿轮轴上的前端轴承(非齿轮端)如果采用铁姆肯公司的密封一体式轴承(图3)，可减少齿轮轴密封面加工要求、缩小轴长度、减小摩擦转矩和发热量，并具有更好的防杂质与防漏油性能。

　　此外，为便于客户进行圆锥滚子轴承安装时的游隙调整，铁姆肯公司可根据用户的实际情况，推荐特殊轴承选型和安装方法。例如，选用内外圈座高特殊控制的高精度驱动桥主锥齿轮轴轴承，可成倍地减少轴承内圈之间隔圈的尺寸规格，从而提高组装效率。在变速器、驱动桥主锥和轮毂中，采用　Projecta-Set(TM)和Set—Right(TM)等游隙免调方法，不但可以提高生产效率，而且能避免不正确的游隙调整。尤其在商用车轮毂中，Set-Right(TM)免调游隙设计应用非常广泛，相比传统的紧退法，Set-Right(TM)具有安装快速准确，通过负游隙预紧安装提高轮毂系统的刚性、改善盘式制动性能等显著优势。
　　帮助用户轻松解决轴承使用中的各种问题
　　准确、快速地进行轴承选型，不仅可以帮助设计人员提高工作效率，而且可以对样机制造、测试提供前瞻性的理论分析依据，从而缩短新品研发周期，提高研发的经济性和可靠性。轴承的寿命分析计算是轴承选型的决定性理论依据，但计算寿命和实际使用寿命往往相去甚远的精确性问题一直困扰着设计人员。
　　铁姆肯公司的修正寿命L10a概念和轴承全系统分析技术解决了以往寿命修正系数考虑不全面、取值时又没有认识到系数之间的关联性问题，使轴承的寿命计算分析更加精确、更加符合实际情况。该计算理论综合了轴承自身的参数和安装参数，以及轴和轴承座材质等整个系统因素对轴承寿命的影响，不仅全面考虑了实际使用环境因素，而且通过专业的轴承选型分析软件，对整个轴承工作系统进行分析计算，从而使上述寿命修正系数的取值更为准确、合理。全系统分析可按客户需要提供详尽的分析结果，包括为客户自制零部件的设计提供参考。例如，某驱动桥主锥齿轮端轴承滚子载荷分布分析图，详见图4。

　　凭借多年的车辆行业经验和对轴承应用技术的深入洞察，铁姆肯公司为国内外众多知名的重卡、客车和特种车辆等商用汽车生产商提供轴承应用解决方案。铁姆肯公司将：冶金技术、轴承运行特征、润滑、转矩、噪声、热处理、先进的工艺理念和应用研发等融入为客户提供的摩擦管理解决方案中，不断研发出满足客户更高需求的创新技术、产品和服务，不仅帮助工程技术人员轻松解决轴承使用中的各种问题，提高车辆关键系统的可靠性和使用寿命，更能帮助客户直面时间和工作环境的严峻考验，以更低的运营成本创造更高的价值。