李 奔，曹 兵，張大磊，彭錫星

（合肥美橋汽車傳動(dòng)及底盤系統(tǒng)有限公司，安徽合肥230041）

淺析主減差速器軸承預(yù)緊的控制方法

李 奔，曹 兵，張大磊，彭錫星

（合肥美橋汽車傳動(dòng)及底盤系統(tǒng)有限公司，安徽合肥230041）

簡要介紹了主減速器軸承的安裝結(jié)構(gòu)，并由此引出軸承游隙的重要性，以此說明差速器軸承的裝配控制方法，對(duì)乘用車和商用車后驅(qū)動(dòng)橋主減速器軸承的裝配工藝有一定的指導(dǎo)意義。

主減速差速器軸承；軸承失效原因；游隙；旋轉(zhuǎn)力矩；減殼張開量

1 驅(qū)動(dòng)橋主減速器結(jié)構(gòu)的概述

目前市場上3~8 t乘用車和商用車后驅(qū)動(dòng)橋主減速器通常采用單級(jí)減速機(jī)構(gòu)，內(nèi)部通過一組準(zhǔn)雙曲線螺旋錐齒輪，實(shí)現(xiàn)降速增扭的目的，即主動(dòng)齒輪將輸入端的扭矩傳遞給從動(dòng)齒輪，帶動(dòng)差速器轉(zhuǎn)動(dòng)，最終將扭矩輸入給左右兩個(gè)輪端，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的整個(gè)過程。

準(zhǔn)雙曲線螺旋錐齒輪的工作受力相對(duì)較為復(fù)雜。在工作過程中齒輪的嚙合面將力分解成軸向和徑向的壓應(yīng)力。主減速器中采用圓錐滾子軸承，例如單級(jí)主減總成，主動(dòng)齒輪通過一組圓錐滾子軸承直接固定在減殼上，從動(dòng)齒輪則固定在差速器殼體上，差殼通過一組圓錐滾子軸承安裝在減殼上。而工作中齒輪嚙合螺旋面上產(chǎn)生軸向和徑向的推力，最終傳遞給軸承單元。因此這就對(duì)軸承的選配和安裝質(zhì)量有著很嚴(yán)格的要求，本文主要闡述軸承的裝配控制方法[1]。

2 主減速器軸承的失效原因分析

主減速器失效的根本原因有這三點(diǎn)：軸承的自身實(shí)物質(zhì)量、設(shè)計(jì)的選型和裝配質(zhì)量控制。

軸承的失效現(xiàn)象多種多樣，有片狀剝落、滾道和滾動(dòng)面產(chǎn)生線性傷痕、微小燒傷匯集的表面損傷、斷裂、裂紋、點(diǎn)蝕、壓痕和電蝕等現(xiàn)象。

圖1是某軸承廠商對(duì)軸承失效原因的分析統(tǒng)計(jì)。

圖1 軸承失效原因統(tǒng)計(jì)表

由上圖看到潤滑、污染和安裝不當(dāng)占了很大的比重，但在在主減速器里，可以排除潤滑不足的原因。另外一個(gè)成熟的產(chǎn)品平臺(tái)，過載產(chǎn)生的失效概率很小。污染產(chǎn)生的失效可表現(xiàn)在齒輪油中夾雜鐵屑等金屬物質(zhì)，損害滾子和滾道的工作引起失效，是有一定概率的原因。

實(shí)際上主減軸承安裝不當(dāng)是當(dāng)前主要的軸承失效原因。安裝不當(dāng)有兩個(gè)方面表現(xiàn)：

一是，軸承內(nèi)外圈和軸與殼體的幾何尺寸配合不合理，嚴(yán)格來說這屬于設(shè)計(jì)因素；

二是，裝配過程中的預(yù)緊力不足或預(yù)緊力過大，使軸承出現(xiàn)早磨過燒，或者松動(dòng)直接影響齒輪的壽命，出現(xiàn)齒輪噪音大和過早損壞的現(xiàn)象。

一般的來講，主齒軸承的失效概率較大，而差速器軸承失效概率較小。因?yàn)椴钏倨鬏S承的預(yù)緊力不足出現(xiàn)的概率較大，在這種情況下，主從動(dòng)齒輪失效較為優(yōu)先，最終主減速器出現(xiàn)工作終止，差速器軸承而未失效[2]。

3 主減差速器軸承的裝配控制方法研究

主減速器軸承裝配方法的控制，其裝配模型和裝配原理如圖2所示。

圖2 主減速器總成裝配剖視圖

整個(gè)的裝配過程大致可以分為三大部分：

一是，主動(dòng)齒輪的裝配，主動(dòng)齒輪與軸承安裝在減殼上；

二是，差速器的裝配，差殼裝配行星齒輪后再安裝從動(dòng)齒輪和軸承；

三是，通常所講的盒裝過程，差速器總成裝配到減殼上，最終實(shí)現(xiàn)主從動(dòng)齒輪的嚙合工作的過程。

這里需要對(duì)軸承裝配的原理進(jìn)行說明，軸承的工作壽命直接受限于滾子與滾道間的游隙。當(dāng)軸承達(dá)到負(fù)游隙時(shí)，壽命急速下降，當(dāng)軸承達(dá)到正游隙時(shí)，壽命遲緩下降。如圖3所示。

圖3 軸承游隙的壽命曲線

所以要合理的控制軸承安裝的游隙范圍，在每一個(gè)負(fù)載情況下，會(huì)對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的游隙值，并由于摩擦力矩的原因，會(huì)產(chǎn)生不同的旋轉(zhuǎn)力矩范圍。

圖4所示是某一款軸承的預(yù)緊力和轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的測試研究，研究的思路是判定該工況下，軸承的預(yù)緊力4 600 N，再根據(jù)試驗(yàn)線性圖，得出旋轉(zhuǎn)力矩在1.77~2.66 N·m范圍內(nèi)，再依據(jù)此力矩的范圍確定該軸承的可接受預(yù)緊力范圍在3 300~4 800 N.

圖4 軸承預(yù)緊力和轉(zhuǎn)動(dòng)力矩線性圖

通過這張轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的范圍值，控制實(shí)際生產(chǎn)。如主動(dòng)齒輪的旋轉(zhuǎn)力矩和總成情況下的旋轉(zhuǎn)力矩。這是一個(gè)較為簡便的控制方法，但往往受車橋廠的裝配線體結(jié)構(gòu)不同，對(duì)差速器軸承預(yù)緊力的控制，有時(shí)該方法會(huì)存在一定的局限性，所以又可以采取另一種控制減殼變形量的的辦法來控制差速器軸承預(yù)緊力。在實(shí)際生產(chǎn)中，該方法更為簡單快捷，可靠性高。

差速器盒裝時(shí)，差速器軸承螺母并緊的過程中，減殼是有一定的變形量的。因?yàn)樵诤醒b差速器時(shí)，軸承調(diào)整螺母進(jìn)給，在對(duì)軸承的預(yù)緊過程中，減殼有個(gè)慢慢的張開過程，這時(shí)就需要確定張開量和預(yù)緊力的線性關(guān)系。

因此需要研制一個(gè)較為全面的研究檢測設(shè)備，設(shè)備的具體方案原理是模擬實(shí)際差速器的裝配過程，配備控制系統(tǒng)，由伺服電機(jī)輸入扭矩，通過位移傳感器、壓力傳感器和扭矩傳感器確定出每個(gè)區(qū)間數(shù)值內(nèi)扭矩、壓力和位置三者之間的變化關(guān)系，大致設(shè)備的模型如圖5所示。

圖5 位移、預(yù)緊力和扭矩檢測設(shè)備

（1）安裝方式

1）把產(chǎn)品安裝在產(chǎn)品連接工裝板上，工裝板可根據(jù)產(chǎn)品定做，其上有兩個(gè)定位銷孔，產(chǎn)品安裝好后直接按照定位銷孔放在機(jī)臺(tái)上，鎖緊螺絲。

2）把壓力測量機(jī)構(gòu)及位移傳感器安裝到產(chǎn)品上。壓力測量機(jī)構(gòu)安裝時(shí)可把絲桿轉(zhuǎn)到底或把絲桿直接轉(zhuǎn)下來，把壓力測量機(jī)構(gòu)兩端對(duì)上產(chǎn)品軸承上后，轉(zhuǎn)動(dòng)絲桿并使兩端頂住，把兩端位移傳感器頂在產(chǎn)品兩端。

3）把扭矩驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接到產(chǎn)品上更換相就夾具，調(diào)節(jié)X軸調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和Z軸調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)并插入軸承壓圈，保證驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能驅(qū)動(dòng)軸承內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖6是對(duì)某一個(gè)產(chǎn)品的殼體樣品進(jìn)行測量，得到預(yù)緊力和實(shí)際減殼變化量的關(guān)系，并繪制關(guān)聯(lián)的線性圖。

圖6 減殼變形量和預(yù)緊力線性圖

（2）實(shí)例運(yùn)用

圖7是某車橋廠的裝配工藝過程控制，在差速器裝配前，測量減殼的軸向尺寸，在設(shè)備上進(jìn)行記錄。在裝配差速器時(shí)對(duì)軸承進(jìn)行預(yù)緊，觀察減殼軸向尺寸的變化，當(dāng)變化量達(dá)到理論值后結(jié)束。例如減殼理論的位移變化區(qū)間在0.12~0.3 mm，裝配差速器后傳感器顯示的值需要在此區(qū)間內(nèi)。在此情況下可確保預(yù)緊力在合理的應(yīng)用區(qū)間。

圖7 減殼變形量的檢測設(shè)備

4 結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，整車廠對(duì)底盤零部件的要求也越來越高，驅(qū)動(dòng)橋作為核心零部件尤為突出，在要求驅(qū)動(dòng)橋可靠性的同時(shí)，也對(duì)其NVH有著嚴(yán)格的控制標(biāo)準(zhǔn)。主減速器作為驅(qū)動(dòng)的核心組成部分，其作用是顯而易見的。憑借有經(jīng)驗(yàn)的師傅來控制主減軸承的裝配將最終會(huì)被淘汰，只有同科學(xué)的理論研究為基礎(chǔ)，才可以提升產(chǎn)品的質(zhì)量和品牌的競爭力。

上文提及的內(nèi)容是作者經(jīng)過實(shí)際參觀和驗(yàn)證以及其他資料的學(xué)習(xí)積累，在此供大家分享，難免錯(cuò)誤之處，請多多賜教。

[1]劉唯信.汽車設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001，294-350.

[2]李紅光.滾動(dòng)軸承預(yù)緊的意義和預(yù)緊力的估算及調(diào)整[J].機(jī)械制造，2004（09）：94-196.

Analysis on the ControlMethod of the Main DifferentialBearing Preload

LIBen，CAO Bing，ZHANG Da-lei，PENG Xi-xing
（Hefei Bridge Automobile Transmission and Chassis System Co.，Ltd.，Hefei Anhui230041）

This paper briefly introduces the installation structure ofmain reducer bearings，and thus leads to the importance of bearing clearance，in order to show the controlmethod of differential bearing assembly，the assembly process has certain guiding significance for the drive axle of passenger cars and commercial vehicles after the main reducer bearings.

main reducer differential bearing；bearing failure reason；clearance；rotating torque；shell opening

TH133.2

A

1672-545X（2017）04-0134-03

2017-01-18

李奔（1984-），男，安徽皖肥東人，助理工程師，本科，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)