汽车变速器的性能与轴承类型

2018-05-24余龙

汽车实用技术 2018年2期

关键词：滚子圆锥圆柱

余龙

（洛阳理工学院，河南洛阳 471023）

前言

汽车变速器是车辆的重要组成部分，其性能对汽车的整体性能有直接影响，需要其具备换挡方便，输出功率大，结构紧凑，可靠性高等特征。随着人们对车辆性能要求的不断提高，变速器轴承的性能也必须满足更高的要求。

本文分析了影响变速器性能的因素，对其和轴承的关系进行了具体分析，为变速器轴承选择提供了一定参考作用。

1 变速器的特征

汽车变速器主要用于对车辆速度进行调节，驾驶者可以通过手动或者自动挡来控制车辆速度。这主要是通过改变变速器的传动比和输出扭矩而实现的。

汽车变速器有很多类型，对两轮驱动车辆而言，变速器可依据放置位置而划分为前置后驱变速器（下文称TM/）和前置前驱变速器（下文称 T/A）两种。也可以依据变速方式而将变速器划分为手动、自动和无级变速器三种，其各有一定的优缺点和适用范围。两轮驱动汽车常用变速器的动力传递零件具体见表1。

变速器主要是利用一组直径不同的齿轮进行变速的，这些齿轮一般安装在铝制壳体内，且通过油润滑。

2 高输出、轻量紧凑变速器与轴承类型

为了满足变速器的结构、重量和输出功率等要求，就需要设计出合适的滚动轴承。对滚动轴承要求主要包括尺寸小，强度高，寿命长。变速器主轴支承的轴承组合方式有多种，主要方式如下所示：

（1）1套球轴承+1套球轴承

（2）1套圆柱滚子轴承+1套圆柱滚子轴承（主要用于轴向载荷不大的场合）

（3）1套球轴承+1套圆柱滚子轴承

（4）1套圆锥滚子轴承+1套圆锥滚子轴承

不同类型轴承的适用领域有明显差异，圆锥滚子轴承的轴向承载能力明显高于其他类型轴承的，可以较好的满足变速器结构重量和输出功率相关的要求，因而本文选择了第（4）种组合方式。

而对于一些圆锥滚子轴承寿命较短的应用领域，主要应对策略为增大滚动体直径，这样可以适当的增加额定动载荷。不过在要求较高的场合，单纯这样处理还不满足要求，因为变速器轴承实际寿命一般达不到额定值。本文对变速器轴承的疲劳破坏类型进行了分析，主要从变速器回收的润滑油和疲劳解析角度进行了讨论，结果表明变速器轴承的疲劳裂裂纹并非从材料内部开始的，而和表面缺陷有关，这些缺陷主要因为润滑油中悬浮异物导致。

表1 各种类型变速器的动力传递元件及润滑油

3 变速器效率改善与轴承类型

影响变速器扭矩损耗的因素较多，其中主要有：（1）摩擦损耗；（2）齿轮副啮合损耗；（3）滑润滑油阻力。

在一般工况下，滚动轴承的动摩擦力矩远小于滑动轴承的，其原因为圆锥滚子轴承内存在滑动摩擦。为了降低磨损速率，就需要降低圆锥滚子轴承的摩擦力矩。

为此一些低摩擦圆锥滚子轴承被开发出来，最初开发此种轴承时，主要考虑到降低单套轴承的摩擦力矩。依据此思路开发出的第一代低摩擦圆锥滚子轴承的摩擦力矩大约为普通圆锥滚子轴承的80%。随后为了进一步降低磨损，第二代低摩擦圆锥滚子轴承也被开发出来，在开发这种轴承时，主要考虑刚度，其成对使用时的寿命，和滚子的直径长度等因素，而进行了优化改进。

4 变速器振动噪声与轴承类型

汽车变速器在工作中会发出很大的噪音，其中的振动噪声主要分为振动噪音，颤振声，啮合噪声等几种，变速器的振动噪音特性主要和滚动轴承有关，而这种轴承也会产生一定频率的噪音，在分析轴承噪声产生的原因时，一般用到频率分析工具。

变速器润滑油如果纯度不高，其中有一些悬浮的异物，则会导致轴承噪声。且会影响到轴承使用寿命。而密封清洁球轴承则不存在此问题，此种做出和开式球轴承噪声随时间变化存在明显的差异，选择圆锥滚子轴承可以显著降低啮合齿轮副噪声。不过若变速器安装在铝制壳体内则由于铝材的膨胀效应，在长时间工作后，变速器壳体热膨胀量可能会达到较高水平，轴承预紧失效，这样也会产生齿轮噪声。

为了避免这种高温导致的轴承预紧消失而产生的振动问题，一般选择球轴承和圆柱滚子轴承组合，这种组合下，这两种轴承分别作为固定端和自由端，而有效的抵消了高温带来的影响。

圆锥滚子轴承的支承跨度在一定范围内，则高温带来的热膨胀不会产生明显影响，不过也会产生轴承噪声。其原因为车辆生产时对轴承预紧时跑合时间不足，而在运行期间，预紧载荷早期消失。为了解决此问题，快速装配圆锥滚子轴承被开发出来，这种轴承达到所需的跑合时间显著减少，只有普通圆锥滚子轴承的四分之一，且可以很好的满足预紧载荷相相关要求。