輕型汽車變速器中間軸前軸承失效分析與改進

李立平

摘 要：本文從軸承市場失效分析入手提升軸承在非常規(guī)工況下的承載能力。

關(guān)鍵詞：軸承；失效；山地；承載；潤滑

一、手動汽車變速器簡介

手動變速器，也稱手動擋，英文全稱為manual transmission，簡稱MT，即用手撥動變速桿才能改變變速器內(nèi)的齒輪嚙合位置，改變傳動比，從而達到變速的目的。踩下離合時，方可撥得動變速桿。

手動變速箱是有不同齒比的齒輪組構(gòu)成的，它工作的基本原理就是通過切換不同的齒輪組，來實現(xiàn)齒比的變換。作為分配動力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，變速箱必須有動力輸入軸和輸出軸這兩大件，再加上構(gòu)成變速箱的齒輪，就是一個手動變速箱最基本的組件。動力輸入軸與離合器相連，從離合器傳遞來的動力直接通過輸入軸傳遞給齒輪組，齒輪組是由直徑不同的齒輪組成的，不同的齒輪比例所達到的動力傳輸效果是完全不同的，平常駕駛中的換擋也就是指換齒輪比。

軸承作為軸與殼體之間固定軸使其只能實現(xiàn)轉(zhuǎn)動，而控制其軸向和徑向的移動，所以變速器軸承要承受軸向及徑向載荷。

軸承失效定義：

滾動軸承在使用過程中，由于本身或外部條件的影響，其承載能力、旋轉(zhuǎn)精度和耐磨性能等性能指標低于性能要求而不能正常工作。

軸承常見的失效模式：

1.疲勞失效——軸承在運轉(zhuǎn)過程中發(fā)生的疲勞剝落現(xiàn)象；

2.磨損失效——軸承在運轉(zhuǎn)過程中發(fā)生的過度磨損現(xiàn)象。

二、失效軸承分析

可發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律： 4臺失效總成用戶集中在山地或丘陵地帶，且全部為柴油發(fā)動機，發(fā)動機最大扭矩為225NM。

中間軸前軸承倒檔時軸向承載安全系數(shù)最小，為1.07，確定軸承失效的根本原因為軸承軸向安全系數(shù)小。

在現(xiàn)有空間范圍內(nèi)，重新計算該軸承的安全系數(shù)，根據(jù)實際安全系數(shù)，重新設計該款軸承的結(jié)構(gòu)，在貧油潤滑條件下，提高承載能力。

三、設計優(yōu)化方案

為保證零件的通用性和互換性，通過借鑒標桿軸承的設計經(jīng)驗，經(jīng)與現(xiàn)品軸承制造公司分析探討，綜合軸承理論承載力計算、國產(chǎn)滾子標準件尺寸規(guī)格、制造可行性、加工過程控制以及樣件生產(chǎn)周期等諸方面因素考慮，最終確定中間軸前軸承的優(yōu)化方案為——在原軸承的基礎上，將滾子長度加長2mm。

壽命值為軸承在該工況下的基本額定壽命，損傷率值為設計壽命與基本額定壽命比值。

綜上，現(xiàn)品軸承軸向載荷安全系數(shù)最小為1.07，改善后軸向承載安全系數(shù)最小為1.4，標桿樣品軸承承載安全系數(shù)為1.45。

改善后的軸承損傷率較現(xiàn)品下降39%，軸向載荷安全系數(shù)較現(xiàn)品提升了30.8%，改善后的軸承各項參數(shù)與標桿樣品較接近，理論上滿足使用要求。

從以上對比試驗的驗證結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：

1.改進后產(chǎn)品較改進前在承載能力上有明顯提升；

2.改進后產(chǎn)品在承載能力上與標桿產(chǎn)品相當，其試驗壽命結(jié)果散差相對較大。

因試驗臺條件限制，軸向加載為恒定軸向載荷，且加載條件為變速箱建模計算的軸向力，未考慮在實際運轉(zhuǎn)條件下因機構(gòu)剛度引進的振動沖擊軸向載荷，而試驗臺基體產(chǎn)生的沖擊載荷因不能量化其大小，均由陪試軸承承載，未作用在試驗軸承上。因此試驗結(jié)果不能明顯體現(xiàn)標桿產(chǎn)品軸向承載的優(yōu)勢。

由于樣本容量較少，試驗結(jié)果整體趨勢體現(xiàn)不明顯，無法凸顯標桿產(chǎn)品的優(yōu)勢。

四、市場驗證

改善后的軸承2013年6月開始確定機型逐步投放市場，已投放數(shù)量約40萬臺，至今無失效反饋。

參考文獻：

[1]《機械設計手冊》滾動軸承篇 2007-3-1.