重型汽車(chē)變速箱分離軸承提升壽命優(yōu)化設(shè)計(jì)

李廣仁

（中國(guó)重汽集團(tuán)大同齒輪有限公司，山西 大同 037305）

引言

分離軸承是裝在汽車(chē)變速箱總成上的零部件，它與離合器壓盤(pán)、磨擦片等部分組成離合器總成，是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)之間的核心部件。它的主要功能是保證汽車(chē)能平穩(wěn)地起步，變速換擋時(shí)減少變速齒輪之間的沖擊并防止傳動(dòng)系過(guò)載。它是一種既能傳遞動(dòng)力又能切斷動(dòng)力的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，離合器分離軸承的特殊結(jié)構(gòu)保證發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱之間的動(dòng)力傳遞與切斷，安裝位置如圖1所示。

圖1 分離軸承安裝位置圖

1 分離軸承工作原理

離合器分離軸承安裝在變速器輸入軸軸承蓋的管狀部分上，通過(guò)回位彈簧使分離軸承的凸肩與分離叉相連，在自由狀態(tài)下保持2.5mm左右的間隙。在工作狀態(tài)下分離叉沿離合器輸出軸軸向移動(dòng)，通過(guò)分離軸承可以使分離杠桿一邊旋轉(zhuǎn)一邊沿離合器輸出軸軸向移動(dòng)，在離合器壓板、分離杠桿與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸同步運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下實(shí)現(xiàn)平順接合、柔和分離，分離軸承的作用使工作結(jié)合時(shí)減少磨損，從而延長(zhǎng)離合器及整個(gè)傳動(dòng)系的使用壽命。

2 分離軸承的失效分析

從市場(chǎng)反饋的信息可知，分離軸承的失效模式主要有分離卡滯、早期磨損、松曠、異響等故障形態(tài)。根據(jù)失效模式可知此失效現(xiàn)象發(fā)生的原因有：分離軸承自重大，工作時(shí)與輸入軸軸承蓋套筒磨擦力大導(dǎo)致分離卡滯；分離軸套接觸面強(qiáng)度不夠引起早期磨損；軸承自身游隙設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致松曠異響。針對(duì)上述失效原因可以進(jìn)行以下優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)提高分離軸承的使用壽命。

3 分離軸承的優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)上述失效模式的分析重點(diǎn)通過(guò)以下幾個(gè)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以有效提高分離軸承的使用壽命。

3.1 分離卡滯

分離軸承自重大與輸入軸軸承蓋套筒磨擦力大導(dǎo)致卡滯。目前分離軸承的軸套一般都是采用鑄鐵件或者合金鍛造件，自重大約在2.5kg，工作時(shí)在分離撥叉的作用下沿著輸入軸軸承蓋套筒做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因輸入軸軸承蓋為球鐵材質(zhì)，加工后的表面磨擦系數(shù)較大，如果在潤(rùn)滑不好的情況下工作，會(huì)產(chǎn)生較大的磨擦力，如能分離軸承的自重減輕設(shè)計(jì)將能有效降低工作磨擦力。為此對(duì)分離軸承的軸套進(jìn)行了鏤空減重設(shè)計(jì)，改進(jìn)設(shè)計(jì)后重量能減輕256g，可以有效降低工作磨擦力。圖2、圖3為改進(jìn)前后的分離軸承軸套。

圖2 改進(jìn)前的分離軸承軸套

圖3 改進(jìn)后的分離軸承軸套

3.2 早期磨損

分離軸承在工作時(shí)由撥叉的撥頭推動(dòng)分離軸套在輸入軸端蓋的套筒上滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出和變速箱的動(dòng)力輸入切斷，如果軸承軸套的強(qiáng)度不夠會(huì)引起軸承的早期磨損，影響軸承的使用壽命。圖4、圖5是正常軸承圖片和磨損后的軸承圖片。

由圖可知磨損深度將近2mm，這就有可能在汽車(chē)行駛換擋時(shí)出現(xiàn)分離不徹底的情況，這種狀態(tài)下極易出現(xiàn)無(wú)法換擋或者強(qiáng)行換擋打齒的嚴(yán)重后果。針對(duì)上述的失效模式，對(duì)分離軸承的軸套的工藝進(jìn)行改進(jìn)。原軸承軸套為45鋼調(diào)質(zhì)處理，為了確保軸承套的整體性能，硬度HRC一般控制在40～45之間，根據(jù)市場(chǎng)反饋信息有針對(duì)性地對(duì)接觸面進(jìn)行了端面高頻處理，處理要求硬度達(dá)到HRC50以上［1］，經(jīng)過(guò)改進(jìn)后軸承磨損的情況大幅減少，延長(zhǎng)了軸承的使用壽命。

圖4 正常的分離軸承軸套

圖5 磨損后的分離軸承軸套

3.3 松曠異響

分離軸承松曠異響原因有很多種，比如安裝預(yù)緊力不夠，分離軸承端面在怠速時(shí)承受的初期壓力過(guò)小，分離叉和軸承端面相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生異響；安裝時(shí)徑向偏差過(guò)大超出分離軸承所能調(diào)心的范圍也會(huì)出現(xiàn)異響；軸承自身游隙設(shè)計(jì)不合理，如游隙過(guò)大也會(huì)導(dǎo)致松曠異響。在對(duì)市場(chǎng)返回的故障件進(jìn)行多次拆解分析后有個(gè)別軸承會(huì)出現(xiàn)松曠的情況，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)與正常軸承不同的噪音，針對(duì)此情況將原先軸向0.03～0.09mm的游隙縮小為0.03～0.07mm［1］，現(xiàn)在經(jīng)市場(chǎng)驗(yàn)證還未發(fā)現(xiàn)類(lèi)似故障件出現(xiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)以上步驟對(duì)分離軸承的結(jié)構(gòu)、加工工藝以及產(chǎn)品參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化后的分離軸承已經(jīng)在變速箱總成上進(jìn)行了匹配，通過(guò)市場(chǎng)跟蹤分析，優(yōu)化后的分離軸承故障率下降超過(guò)了40%，特別是端面磨損的故障率已經(jīng)降為零，其余的故障現(xiàn)象也得到了有效改善。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)提高了分離軸承的可靠性，延長(zhǎng)了分離軸承的使用壽命，滿(mǎn)足了客戶(hù)的使用要求。

［1］ 卜炎.實(shí)用軸承技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.