免維護(hù)傳動軸在客車上的應(yīng)用

余 勇, 陳家磊, 陳志龍, 王樂冰, 常 穎

(金龍聯(lián)合汽車工業(yè)(蘇州)有限公司, 江蘇 蘇州 215026)

現(xiàn)在的客車多采用十字萬向節(jié)可伸縮式的非免維護(hù)型傳動軸,需要定期補(bǔ)加相應(yīng)的潤滑脂進(jìn)行相關(guān)保養(yǎng)維護(hù)[1-2],導(dǎo)致客戶用車保養(yǎng)維護(hù)的成本增加,且保養(yǎng)效果受人為因素影響較大。滾針軸承的潤滑和密封好壞直接影響傳動軸的使用壽命,當(dāng)維護(hù)不當(dāng)或密封不良時,會大大加劇傳動軸的磨損[3-4]。免維護(hù)傳動軸是目前解決上述問題最有效的方法,可一次加注潤滑脂,終身免維護(hù),從而避免了用油損耗、廢油污染,既降低了使用和維護(hù)成本,又達(dá)到了節(jié)能環(huán)保的目的。

1 客車免維護(hù)傳動軸介紹

客車免維護(hù)傳動軸包含免維護(hù)萬向節(jié)、免維護(hù)花鍵副,和普通傳動軸相比采用了封閉式設(shè)計,實現(xiàn)了傳動軸整體終生免維護(hù)。

1.1 免維護(hù)萬向節(jié)

非免維護(hù)型萬向節(jié)為傳統(tǒng)滑脂嘴和潤滑槽結(jié)構(gòu),外部加潤滑脂進(jìn)行潤滑,配合精度不高,潤滑脂經(jīng)常外溢浪費。

免維護(hù)與非免維護(hù)萬向節(jié)對比如圖1所示。前者為自密封結(jié)構(gòu),采用凸度滾針十字形式,其萬向節(jié)的外徑和凸緣叉的內(nèi)徑使用精磨工藝進(jìn)行配合裝配。零件自身表面精度和配合精度很高,極大地降低了部件磨損。全新密封結(jié)構(gòu)和防塵結(jié)構(gòu),內(nèi)部潤滑槽和儲油坑優(yōu)化設(shè)計,確保油脂不泄漏,污漬不進(jìn)入,油脂壓力和容量一致性良好,大大降低了潤滑不均勻?qū)е碌哪p[5],可實現(xiàn)萬向節(jié)終生免維護(hù)。

圖1 免維護(hù)和非免維護(hù)萬向節(jié)對比

1.2 免維護(hù)花鍵副

非免維護(hù)花鍵副由傳統(tǒng)潤滑工藝的花鍵副和滑脂嘴組成,外部加潤滑脂進(jìn)行潤滑,配合精度不高,潤滑脂經(jīng)常外溢浪費,潤滑均勻性較差,摩擦系數(shù)高。

免維護(hù)與非免維護(hù)花鍵副對比如圖2所示。前者采用內(nèi)外花鍵尼龍涂覆工藝,降低花鍵副摩擦系數(shù),制作上的加工精度要求更高,花鍵副整體耐磨性比國標(biāo)要高3～10倍,尼龍本身具有自潤滑作用,在裝配時只需添加少量合成潤滑劑,可實現(xiàn)軸管花鍵副終身免維護(hù)。

圖2 免維護(hù)和非免維護(hù)花鍵副對比

2 免維護(hù)傳動軸壽命分析與試驗

傳動軸是整車安全部件,每天頻繁轉(zhuǎn)動幾十萬次,必須保證各項使用壽命滿足國標(biāo)專門性能試驗,避免工作時失效。整車使用場景下,萬向節(jié)和免維護(hù)花鍵副是售后頻繁更換的部件,常因快速磨損造成整車噪聲、震動,甚至出現(xiàn)斷軸現(xiàn)象。使用壽命增加可大大減小傳動軸故障率,從而大幅降低售后維護(hù)成本。

2.1 免維護(hù)萬向節(jié)壽命分析與試驗

免維護(hù)萬向節(jié)開發(fā)通過靜態(tài)強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)疲勞壽命、軸承接觸應(yīng)力、滾針凸度的計算[6]。其中CAE仿真分析如圖3所示[7-9],CAE仿真校核其彎曲應(yīng)力、切應(yīng)力、萬向節(jié)滾針軸承的接觸應(yīng)力,理論上論證了免維護(hù)萬向節(jié)使用壽命要高于非免維護(hù)萬向節(jié)。

圖3 萬向節(jié)設(shè)計階段CAE仿真

相關(guān)靜扭、疲勞和磨損試驗均按照QC/T 29082—2019[10]試驗方法執(zhí)行,送樣的各類免維護(hù)萬向節(jié)均通過專業(yè)實驗室試驗,其中萬向節(jié)的磨損壽命達(dá)到150 h,遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)要求的50 h。在極限使用壽命的對比試驗中,免維護(hù)萬向節(jié)的壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于非免維護(hù)型萬向節(jié)。

2.2 免維護(hù)花鍵副壽命分析與試驗

免維護(hù)花鍵副經(jīng)過理論計算校核、有限元分析優(yōu)化,降低接觸應(yīng)力,優(yōu)化配合精度,尼龍涂覆本身具有很強(qiáng)的耐磨性,理論上保證其磨損壽命大幅提升[11]。

相關(guān)滑動花鍵磨損試驗按照QC/T 29082—2019[10]的試驗方法嚴(yán)格執(zhí)行,經(jīng)過100萬次的滑動花鍵磨損試驗后無失效,遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)要求的15萬次,而非免維護(hù)花鍵副的滑動花鍵磨損試驗一般在15萬～25萬次之間。

3 客車免維護(hù)傳動軸應(yīng)用優(yōu)勢

免維護(hù)傳動軸在重量、用材方面和普通傳動軸基本相同,但其在整車應(yīng)用上優(yōu)勢很大,主要體現(xiàn)在維護(hù)凈成本優(yōu)勢和可靠性優(yōu)勢。

3.1 維護(hù)凈成本優(yōu)勢

按照典型客車使用場景,普通傳動軸萬向節(jié)每2 500 km,花鍵副每5 000 km均需進(jìn)行一次維護(hù)(維護(hù)凈成本包含工時費和材料費),維護(hù)非常頻繁。萬向節(jié)每輛車終生理論上需維護(hù)360次,花鍵副每輛車終生理論上需維護(hù)180次。經(jīng)過計算,免維護(hù)傳動軸的終生維護(hù)凈成本至少降低5 400元。

3.2 可靠性優(yōu)勢

作為客車安全性核心部件,免維護(hù)萬向節(jié)壽命是傳動軸設(shè)計的重中之重。目前客戶關(guān)注重點由免維護(hù)產(chǎn)品的強(qiáng)度轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品使用壽命,以及能否做到真正的免維護(hù),降低因維護(hù)不及時導(dǎo)致傳動軸異常磨損現(xiàn)象。

由于免維護(hù)傳動軸零部件配合精度更高,加工工藝更先進(jìn),大幅降低花鍵和萬向節(jié)的磨損,降低使用時的振動和噪聲,使傳動軸整體使用壽命大幅提升,減少客戶維修和更換零部件成本,降低隱性損失,從而提高運營效率,進(jìn)一步改善客戶運營體驗。普通型傳動軸和免維護(hù)傳動軸使用壽命對比見表1。

表1 普通型傳動軸和免維護(hù)傳動軸使用壽命對比

4 結(jié)束語

本文主要介紹了客車免維護(hù)傳動軸的免維護(hù)技術(shù),通過分析可知,免維護(hù)傳動軸可靠性更高、使用壽命更長、使用成本更低,且在銷往歐洲的高端客車車型上得到大量市場驗證。其在客車上批量應(yīng)用是未來的趨勢,日后在國內(nèi)的應(yīng)用也會越來越普遍。