混合動力汽車用NSK LCube Ⅱ™圓錐滾子軸承

近年來，隨著全球環(huán)保法規(guī)的加強，對汽車燃油經(jīng)濟性的要求不斷提高，配備驅(qū)動電動機的電動汽車發(fā)展迅猛。為了實現(xiàn)電動汽車的燃油經(jīng)濟性和動力性的提高，對于電動汽車齒輪箱，正努力減少潤滑油量和降低黏度，以減少損失。因此，齒輪箱用圓錐滾子軸承的潤滑環(huán)境變得更苛刻，防止由潤滑膜失效導(dǎo)致的軸承表面損傷和咬粘已成為確保齒輪箱可靠性的關(guān)鍵問題。隨著汽車制造商加速電動汽車的開發(fā),需要更耐用的軸承來提高齒輪箱效率。NSK開發(fā)了NSKLCubeⅡTM技術(shù)，以防止由潤滑膜破裂造成的表面損傷。本文介紹了一種圓錐滾子軸承，通過使用特殊形狀的塑料保持架，改善了滾子端面與內(nèi)圈擋邊之間滑動接觸處的潤滑，從而提高了在稀薄潤滑環(huán)境下的咬粘抗力和可靠性。1圓錐滾子軸承的摩擦因素和軸承使用環(huán)境的變化NSK已開發(fā)了多種低摩擦圓錐滾子軸承，以提高齒輪箱效率。Aihara報道了圓錐滾子軸承的摩擦阻力理論。眾所周知,圓錐滾子軸承的摩擦因素分為1)—4),如圖1和圖2所示。圖1圓錐滾子軸承的摩擦因素圖2滾動摩擦與滑動摩擦的關(guān)系1)內(nèi)外圈滾道表面與滾動體表面之間的滾動摩擦;2)內(nèi)圈擋邊與滾子端面之間的滑動摩擦;3)滾子與保持架之間的滑動摩擦;4)潤滑油的攪拌阻力。在圓錐滾子軸承中，1),2)和4)是產(chǎn)生摩擦的主要因素。NSK已開發(fā)了多種低摩擦圓錐滾子軸承，以減少這些摩擦因素并擴大市場。近年來，為了減少4)，防止因油膜耗盡而導(dǎo)致軸承咬粘(圖3)已成為確保高可靠性的關(guān)鍵問題。圖3TRB表面放大照片2開發(fā)產(chǎn)品的特性和效果開發(fā)的圓錐滾子軸承(以下簡稱開發(fā)產(chǎn)品)通過穩(wěn)定地保持單套軸承的滾子端面與內(nèi)圈擋邊處的油膜，大大提高了在稀薄潤滑環(huán)境下的咬粘抗力。特性和效果如下所述。2.1特性如圖4所示，本產(chǎn)品通過毛細(xì)作用，通過位于滾子端面接觸區(qū)保持架兜孔內(nèi)的微槽儲存潤滑油。這些微槽的寬度、深度和形狀(以及其他參數(shù))經(jīng)過優(yōu)化,以最大限度地提高儲油和供油效果。當(dāng)潤滑充分時,油儲存在軸承內(nèi)部；當(dāng)潤滑不足時，從微槽供油到滾子端面。因此，咬粘抗力大大提高。圖4開發(fā)產(chǎn)品的示意圖2.2咬粘抗力由于保持架中形成的微槽的作用,與常規(guī)圓錐滾子軸承相比,開發(fā)軸承的咬粘抗力顯著提高。咬粘試驗的結(jié)果如圖5所示。當(dāng)供油被切斷時,由于滾子端面與內(nèi)圈擋邊之間乏油,常規(guī)產(chǎn)品在幾分鐘內(nèi)就會發(fā)生咬粘,但開發(fā)產(chǎn)品的咬粘抗力約為常規(guī)產(chǎn)品的7倍。圖5無潤滑軸承咬粘試驗結(jié)果試驗示例如圖6所示,其中微槽的徑向尺寸(槽寬度)被修正(槽深度不變)。多個槽的總體積大致相同。在槽數(shù)量較少的情況下,咬粘抗力為常規(guī)產(chǎn)品的2.3倍。然而,隨著槽數(shù)量增多(槽寬度減小),咬粘抗力進一步提高。這是基于槽越小,毛細(xì)力越大的基本原理。當(dāng)潤滑油黏度較低、軸承轉(zhuǎn)速較高時,這種趨勢更明顯。圖6無潤滑軸承咬粘試驗結(jié)果通過試驗驗證了微槽的形狀、寬度和深度的影響。在試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上建立了最優(yōu)設(shè)計準(zhǔn)則,從而開發(fā)出具有優(yōu)良咬粘抗力的產(chǎn)品。2.3所需潤滑油量齒輪箱所需潤滑油量的對比試驗結(jié)果如圖7所示。在規(guī)定的工況條件下,通過逐漸減少供油量,直至發(fā)生咬粘,從而獲得所需的最小潤滑油量。圖7所需潤滑油量對比常規(guī)產(chǎn)品工作條件下需要的潤滑油量為60mL/min;開發(fā)產(chǎn)品即使?jié)櫥土繙p少到2mL/min也未發(fā)生咬粘。常規(guī)圓錐滾子軸承在重載下使用時需要大量供油。然而,開發(fā)產(chǎn)品即使在油飛濺等稀薄潤滑環(huán)境下也能防止咬粘(圖8)。圖8所需潤滑油量示意圖因此,其有可能消除過去所要求的油泵強制潤滑,減少由油泵驅(qū)動造成的損失,并簡化潤滑系統(tǒng)(包括油路)。2.4通過減少潤滑油量來減小摩擦新開發(fā)產(chǎn)品可大大減少所需的潤滑油量,使油的攪拌阻力降至幾乎為零,如圖8所示。油浴潤滑與飛濺潤滑下的軸承轉(zhuǎn)矩?fù)p失對比如圖9所示。油浴潤滑是只有軸承下部浸在潤滑油中;飛濺潤滑條件僅是油的應(yīng)用(試驗期間無浸油)。圖9轉(zhuǎn)矩?fù)p失對比在油浴潤滑情況下,通過將供油量減少到飛濺潤滑下的量,可將由攪拌造成的轉(zhuǎn)矩?fù)p失減至幾乎為零。在高油位、高潤滑油黏度、高軸承轉(zhuǎn)速等條件下,這種影響更大。以這種方式,消除軸承的油浴潤滑和降低油位也減小了周圍部件的攪拌阻力。2.5節(jié)省空間注塑制造的塑料保持架在形狀上比壓制成型制造的金屬保持架有更大的自由度,與裝有常規(guī)金屬保持架的圓錐滾子軸承相比,尺寸可減小10%,質(zhì)量可減輕5%(圖10)。圖10常規(guī)TRB與開發(fā)TRB的尺寸對比此外,與采用球軸承的情況相比，采用開發(fā)軸承可使尺寸減小1/3。3結(jié)束語NSK開發(fā)了第1代～第6代低摩擦圓錐滾子軸承，有助于提高齒輪箱效率以及汽車燃油經(jīng)濟性和動力性，具有高耐久性和可靠性。近年來,從進一步提高燃油經(jīng)濟性的角度出發(fā),對降低黏度和減少潤滑油量的要求越來越高。新開發(fā)產(chǎn)品適用于惡劣的潤滑環(huán)境,對電動汽