載重卡車車橋主減速器軸承的技術發展

縣鵬宇

(甘肅海林中科科技股份有限公司 技術中心，甘肅 天水 741018)

1 概述

驅動橋是載重卡車總成中的一個重要部件，直接承受著來自車廂的質量，故驅動橋總成的可靠性是衡量卡車性能的一個重要指標。主減速器是驅動橋上的一個重要部件，其功能是增大由傳動軸傳來的扭矩并降低轉速，然后將力矩傳遞給差速器，最終由差速器將扭矩分配給左、右驅動車輪。一般的驅動橋由主減速器、差速器、驅動輪等傳動裝置組成，主減速器性能的優劣將直接影響力矩傳遞的效率和汽車的燃油經濟性。

主減速器有單極、雙極、雙速、單極貫通式、雙極貫通式、單雙極主減速器附帶輪邊減速等多種形式,其可靠性和經濟性可通過提高軸承的性能獲得。由于主減速器軸承一般要承受較大的軸向載荷，而圓錐滾子軸承具有很高的軸向和徑向承載能力，并且滾子素線與滾道之間可以采用一定的凸度匹配技術，從而大大降低重載下的邊緣應力集中，內圈大擋邊與滾子大端面之間可形成動壓承載油膜，提高軸承的使用壽命，因此卡車主減速器多采用圓錐滾子軸承。

主減速器軸承的支承形式主要有以下兩種：(1)懸臂式結構(圖1)，齒輪大端一側有較長的軸，并在其上安裝一對軸承；(2)跨距式結構(圖2)，在齒輪軸的兩端安裝軸承。

1—主動錐齒輪軸；2—主動錐齒輪后軸承；3—主動錐齒輪前軸承

1—導向軸承；2—主動錐齒輪軸；3—主動錐齒輪后軸承；4—主動錐齒輪前軸承

2 圓錐滾子軸承的發展

隨著卡車技術的發展，要求主減速器傳遞的扭矩越來越大，因此在現代主減速器結構中，其主動錐齒輪一般采用螺旋錐齒輪，由于螺旋角較大而產生極大的軸向力(一般軸向力大都比徑向力大)。目前主減速器軸承的標準配置是兩套圓錐滾子軸承，均采用背對背的“O”型配置，采用這種配置的優點是軸承可以承受較大的傾覆力矩。

當軸較輕且載荷較小時，一般采用懸臂式結構；當軸較重且載荷較大時，采用跨距式結構，在錐齒輪的頂部附加安裝一套軸承，一般采用圓柱滾子軸承，也稱導向軸承，這樣可以增加軸的支承剛度，避免錐齒輪軸在極端載荷下彎曲和齒輪嚙合錯位。

無論是懸臂式還是跨距式結構，圓錐滾子軸承接觸角的發展趨勢是采用20°以上的大錐角，這樣可以大大提高軸承的軸向承載能力，加大兩軸承支承中心之間的距離，提高錐齒輪軸的整體剛性，節省主減速器的空間，降低其質量。一般來講，除了在早期的一些輕型卡車和微型車上還有采用10°～15°接觸角的圓錐滾子軸承外，隨著卡車載重量的增加，目前主減速器前軸承多采用接觸角在20°左右的圓錐滾子軸承(如32300B系列)，主減速器后軸承基本采用接觸角在28°～32°左右的圓錐滾子軸承(如31300系列等)，這是因為該部位軸承普遍承受的軸向力要遠遠高于徑向力。實際應用證明主減速器軸承采用大接觸角圓錐滾子軸承后，其使用性能和壽命均有了大幅度提高。

為了提高主減速器錐齒輪的剛度，改善齒輪嚙合的平穩性，在實際使用中必須對圓錐滾子軸承進行預緊。在實際裝配中，軸承預緊力的大小是用軸承摩擦力矩的大小來衡量的；在常規結構的主減速器中，圓錐滾子軸承預緊力的調整是通過在兩個軸承內圈之間加入調整墊片來實現的。若預緊力過大，就增加調整墊片的厚度；若預緊力偏小，就減小調整墊片的厚度。預緊力調整不好，不但使齒輪嚙合位置發生變化，還會使齒輪軸前軸承出現較大間隙，使錐齒輪軸產生歪斜和搖擺，破壞齒輪正確嚙合，降低傳動效率，加速軸承磨損，嚴重時會出現響聲，甚至會導致軸承過熱而引起損壞。因此一些主機制造企業對圓錐滾子軸承的設計提出了一些要求，要求該部位軸承的裝配寬度公差較常規軸承應壓縮1/3～1/2，以提高預緊力的精度，減少調整墊片的分組數量，從而提高主減速器的裝配效率。國外主減速器軸承已普遍采用這一做法，國內也在逐步推行。

在一些輕型卡車上還可以利用一種具有軸向彈性的波形套筒調整軸承預緊力(圖3)，這種波形套筒安裝在兩軸承內圈之間，上面有一波紋區域或其他容易產生軸向變形的區域，其缺點是每拆裝一次，由于材料的冷作硬化作用，套筒的一端需要增加一薄墊片，以使波形套筒再次在塑性變形區工作，一個新的波形套筒拆卸3，4次后會因塑性變形太小而報廢。

圖3 波形套筒調整軸承預緊力主減速器結構

雖然采用壓縮軸承裝配寬度公差、波形套筒等方法在保證預緊力的精度和簡化調整方式等方面起到了一定作用，但主減速器預緊力安裝調整依然很繁瑣，存在裝配效率低下、零部件數量多、對車橋裝配線上技術要求高等缺點。隨著汽車制造技術和軸承技術的發展，上述軸承已不能夠滿足主減速器向集成化、輕量化、免調整發展的需要，因此開發了一些先進的主減速器單元軸承，以下介紹兩種結構先進的主減速器單元軸承。

2.1 錐齒輪單元包軸承

錐齒輪單元包軸承(圖4)主要由殼體、兩套大錐角圓錐滾子軸承、連接卡簧和盒式密封件組成。

軸承的軸向游隙在出廠時已預先調整好，裝配時只需將單元包壓入到錐齒輪軸上，擰緊軸上螺母后，就有了確定大小的預緊力(這樣可以消除錐齒輪軸工作中的跳動現象和磨損，從而提高軸承的使用壽命)，然后將單元包安裝到差速器殼體上。在這種結構中，完全取消了軸承之間的調整墊，降低了主減速器安裝的難度，減少了零部件的數量，使主減速器結構更加緊湊，降低了安裝費用，同時也降低了車橋安裝線上的技術難度。

1—前軸承；2—盒式密封裝置；3—單元包殼體；4—調整墊片；5—卡簧；6—后軸承

在這種單元包的結構中，兩套軸承的內圈小擋邊均作了加長，取代了常規結構中的內隔圈，在內圈小擋邊外徑上設計有凹槽，便于用卡簧將兩套軸承連接在一起。在單元包殼體上隔擋處設計有油孔，便于將齒輪飛濺過來的潤滑油流入到兩軸承之中。軸承的軸向游隙是通過調整兩套軸承外圈之間的間隔距離B(圖5)和殼體隔擋的厚度A(圖4)來實現的，只有當B>A時，軸承才能夠產生軸向游隙。在前軸承的內圈大擋邊外徑上安裝一由密封圈和防塵蓋組合而成的盒式結構密封裝置，可防止外界雜質的進入和潤滑油的泄漏。

主動錐齒輪與差速器盤形從動齒輪的嚙合調整則是通過調整單元殼上的凸緣與車橋殼體之間的墊片而獲得的。

圖5 兩軸承外圈之間寬度B

2.2 卡車錐齒輪單元軸承

圖6所示為卡車錐齒輪單元軸承，也稱TPU單元軸承(Truck Pinion Unit)，其是在錐齒輪單元包軸承基礎上作了進一步優化和集成而開發出來的，最明顯的區別就是將前軸承外圈、后軸承外圈與殼體結合為一個整體，軸承零件數量由7件進一步縮減到4件，使軸向游隙的調整更加簡單，減少了零部件安裝的尺寸誤差。該類型其余結構和性能與錐齒輪單元包軸承一致，安裝時只需將主動錐齒輪軸壓入到軸承內孔中即可，主動錐齒輪與從動齒輪間的嚙合仍然是通過調整單元凸緣與車橋殼體間的墊片實現。

1—單元殼體；2—盒式密封裝置；3—前軸承內組件；4—卡簧；5—后軸承內組件

3 圓柱滾子軸承(導向軸承)的發展

圓柱滾子軸承僅在跨距式結構中使用，早期的導向軸承基本上采用NJ型(圖7)或NUP型(圖8)通用圓柱滾子軸承，軸承帶有保持架，但是隨著車橋向大扭矩、輕量化方向發展，這種軸承的承載能力已不能夠滿足車橋的要求，一種滿裝自鎖結構的圓柱滾子軸承開始在各種類型的載重車橋上得到應用。

1—外圈；2—內圈；3—保持架；4—滾子

1—內圈；2—保持架；3—滾子；4—外圈；5—平擋圈

這種滿裝自鎖結構的圓柱滾子軸承與通用圓柱滾子軸承的內、外圈結構基本一致，但是滿裝結構沒有保持架，滾子的數量有了大幅度增加，因此軸承的載荷能力也有了大幅度提高，適用于驅動橋低轉速、重載荷的需要，主要有NJ型滿裝圓柱滾子軸承和NUP型滿裝圓柱滾子軸承兩種結構(圖9)。這類軸承不但對軸承徑向游隙提出了要求，而且為了實現滿裝自鎖的要求，保證滾子不散落，還要求軸承保持一定的圓周總間隙。

1—內圈；2—滾子；3—外圈；4—平擋圈

近年來，隨著高速公路的發展，載重汽車和高速客車的運行速度多有極大的提高，一種安裝在變速箱和主減速器之間的電渦流緩速器開始得到應用，它是一種高效汽車制動輔助裝置，俗稱“電剎”，是國際流行的第3制動系統，既可以使汽車在坡道行駛時，方便地實現緩速或恒速行駛，也可以在高速公路或路況較差的情況下，及時輕松地進行緩速，因此可極大提高汽車行駛時的安全性與舒適性。在這種情況下，就要求導向軸承在正常運轉條件下，在受到緩速器反向制動時能夠快速換向。若采用滿裝自鎖圓柱滾子軸承，由于其圓周總間隙較小，軸承在突然受到反向旋轉力矩時，會出現滾子不自轉，整體在內、外滾道間滑動，從而造成軸承燒死現象。因此一種滿裝不自鎖圓柱滾子軸承得到了應用，其結構如圖10所示，其外圈由雙擋邊結構改為單擋邊、單鎖圈結構，軸承的圓周間隙較大，一般大于0.6 mm，便于滾子的正、反向運轉。

1—內圈；2—滾子；3—外圈；4—鎖圈；5—平擋圈

4 結束語

現代主減速器軸承已開始向單元化、專用化方向發展，軸承的承載能力和綜合性能不斷提高，已逐步將一些非軸承功能部件與軸承相結合，不但使軸承的安裝調整簡單化，而且還使軸承的性能更加滿足主減速器的特殊要求，滿足了汽車車橋向輕量化、長壽命發展的需求。