免维护传动轴在客车上的应用

余 勇, 陈家磊, 陈志龙, 王乐冰, 常 颖

(金龙联合汽车工业(苏州)有限公司, 江苏 苏州 215026)

现在的客车多采用十字万向节可伸缩式的非免维护型传动轴,需要定期补加相应的润滑脂进行相关保养维护[1-2],导致客户用车保养维护的成本增加,且保养效果受人为因素影响较大。滚针轴承的润滑和密封好坏直接影响传动轴的使用寿命,当维护不当或密封不良时,会大大加剧传动轴的磨损[3-4]。免维护传动轴是目前解决上述问题最有效的方法,可一次加注润滑脂,终身免维护,从而避免了用油损耗、废油污染,既降低了使用和维护成本,又达到了节能环保的目的。

1 客车免维护传动轴介绍

客车免维护传动轴包含免维护万向节、免维护花键副,和普通传动轴相比采用了封闭式设计,实现了传动轴整体终生免维护。

1.1 免维护万向节

非免维护型万向节为传统滑脂嘴和润滑槽结构,外部加润滑脂进行润滑,配合精度不高,润滑脂经常外溢浪费。

免维护与非免维护万向节对比如图1所示。前者为自密封结构,采用凸度滚针十字形式,其万向节的外径和凸缘叉的内径使用精磨工艺进行配合装配。零件自身表面精度和配合精度很高,极大地降低了部件磨损。全新密封结构和防尘结构,内部润滑槽和储油坑优化设计,确保油脂不泄漏,污渍不进入,油脂压力和容量一致性良好,大大降低了润滑不均匀导致的磨损[5],可实现万向节终生免维护。

图1 免维护和非免维护万向节对比

1.2 免维护花键副

非免维护花键副由传统润滑工艺的花键副和滑脂嘴组成,外部加润滑脂进行润滑,配合精度不高,润滑脂经常外溢浪费,润滑均匀性较差,摩擦系数高。

免维护与非免维护花键副对比如图2所示。前者采用内外花键尼龙涂覆工艺,降低花键副摩擦系数,制作上的加工精度要求更高,花键副整体耐磨性比国标要高3～10倍,尼龙本身具有自润滑作用,在装配时只需添加少量合成润滑剂,可实现轴管花键副终身免维护。

图2 免维护和非免维护花键副对比

2 免维护传动轴寿命分析与试验

传动轴是整车安全部件,每天频繁转动几十万次,必须保证各项使用寿命满足国标专门性能试验,避免工作时失效。整车使用场景下,万向节和免维护花键副是售后频繁更换的部件,常因快速磨损造成整车噪声、震动,甚至出现断轴现象。使用寿命增加可大大减小传动轴故障率,从而大幅降低售后维护成本。

2.1 免维护万向节寿命分析与试验

免维护万向节开发通过静态强度、扭转疲劳寿命、轴承接触应力、滚针凸度的计算[6]。其中CAE仿真分析如图3所示[7-9],CAE仿真校核其弯曲应力、切应力、万向节滚针轴承的接触应力,理论上论证了免维护万向节使用寿命要高于非免维护万向节。

图3 万向节设计阶段CAE仿真

相关静扭、疲劳和磨损试验均按照QC/T 29082—2019[10]试验方法执行,送样的各类免维护万向节均通过专业实验室试验,其中万向节的磨损寿命达到150 h,远高于标准要求的50 h。在极限使用寿命的对比试验中,免维护万向节的寿命远远高于非免维护型万向节。

2.2 免维护花键副寿命分析与试验

免维护花键副经过理论计算校核、有限元分析优化,降低接触应力,优化配合精度,尼龙涂覆本身具有很强的耐磨性,理论上保证其磨损寿命大幅提升[11]。

相关滑动花键磨损试验按照QC/T 29082—2019[10]的试验方法严格执行,经过100万次的滑动花键磨损试验后无失效,远高于标准要求的15万次,而非免维护花键副的滑动花键磨损试验一般在15万～25万次之间。

3 客车免维护传动轴应用优势

免维护传动轴在重量、用材方面和普通传动轴基本相同,但其在整车应用上优势很大,主要体现在维护净成本优势和可靠性优势。

3.1 维护净成本优势

按照典型客车使用场景,普通传动轴万向节每2 500 km,花键副每5 000 km均需进行一次维护(维护净成本包含工时费和材料费),维护非常频繁。万向节每辆车终生理论上需维护360次,花键副每辆车终生理论上需维护180次。经过计算,免维护传动轴的终生维护净成本至少降低5 400元。

3.2 可靠性优势

作为客车安全性核心部件,免维护万向节寿命是传动轴设计的重中之重。目前客户关注重点由免维护产品的强度转变为产品使用寿命,以及能否做到真正的免维护,降低因维护不及时导致传动轴异常磨损现象。

由于免维护传动轴零部件配合精度更高,加工工艺更先进,大幅降低花键和万向节的磨损,降低使用时的振动和噪声,使传动轴整体使用寿命大幅提升,减少客户维修和更换零部件成本,降低隐性损失,从而提高运营效率,进一步改善客户运营体验。普通型传动轴和免维护传动轴使用寿命对比见表1。

表1 普通型传动轴和免维护传动轴使用寿命对比

4 结束语

本文主要介绍了客车免维护传动轴的免维护技术,通过分析可知,免维护传动轴可靠性更高、使用寿命更长、使用成本更低,且在销往欧洲的高端客车车型上得到大量市场验证。其在客车上批量应用是未来的趋势,日后在国内的应用也会越来越普遍。