黨龍,成振忠,王蘭,齊淼,徐會娟,申良奇
(陜西萬方汽車零部件有限公司,陜西 西安 710200)
隨著社會經濟的快速發(fā)展,中型卡車在日常生活中的應用日益普遍,除了最基本的安全性能要求之外,為了便于發(fā)動機維修和保養(yǎng),駕駛室前懸置系統(tǒng)增加駕駛室前翻功能成了一個最基本的要求,同時,客戶對于產品舒適性的要求也在不斷地提升。
懸置系統(tǒng)為了實現支撐駕駛室、實現駕駛室翻轉、提高駕駛室舒適性等幾點功能,翻轉軸總成會與前懸下支座之間產生不同程度和頻率的旋轉運動,并伴隨著一定程度的沖擊力,當下主流的金屬基翻轉軸承、套筒總伴隨著潤滑程度不足、價格昂貴、后期維護要求高等問題。
工程塑料軸承是基于工程塑料改性技術,通過在高性能工程塑料中添加高強度纖維和固態(tài)潤滑劑,注塑而成的具有自潤滑特性的軸承。其中尼龍軸承具有的優(yōu)異自潤滑性和高耐磨性基于工程塑料改性技術,在高性能工程塑料中采用高強度纖維和固態(tài)潤滑劑。其中高性能工程塑料作為基料起到耐磨作用;高強度纖維提高了軸承的強度、抗沖擊性能及承受邊緣載荷的能力;固態(tài)潤滑劑,起潤滑作用同時降低了軸承的摩擦系數,提高了軸承的綜合耐磨性能從而延長軸承的使用壽命,具有很好的市場價值。
圖1
本款懸置采用四點懸浮式結構,所匹配駕駛室為某中型自卸卡車,駕駛室質量640KG,相對傳統(tǒng)中卡固定式懸置來說,舒適性大幅提高。
自卸車運行路況復雜,駕駛室顛簸頻繁。在駕駛室上下跳動時,上托架總成帶動搖臂繞支座中心開始旋轉,翻轉軸(6)會與支座孔(1)產生旋轉運動;在駕駛室翻轉過程中,上托架帶動搖臂隨駕駛室翻轉,翻轉軸同樣會與支座產生旋轉運動,并需要承載一定的力。這就要求支座孔、翻轉套筒、翻轉軸之間的有著很好的潤滑特性和良好的屈服強度。
傳統(tǒng)的金屬基軸承解決方案分為自潤滑、加潤滑裝置兩種方案,如下圖所示:
圖2
圖3
圖2為自潤滑方案中所采用的軸承,均為自潤滑軸承,左側為自潤滑關節(jié)軸承,其內壁擁有自潤滑涂層,具有很好的自潤滑效果;右側為石墨銅套軸承,利用孔隙中的石墨進行自潤滑,自潤滑效果良好。然而這兩種自潤滑軸承成本很高,相對中型卡車市場定位和成本來說并不適用。
圖3為加潤滑裝置方案中所用軸承,左側為滑動關節(jié)軸承;右側為鋼套結構,兩種結構均有潤滑油存儲、滲透孔,相對成本較低,但該結構要求加裝滑脂嘴,并要求定期維護加注潤滑油,為客戶增加維護要求,而且該結構存在密封性問題,會造成后期產品總成油污問題嚴重。
圖4
本次設計考慮到成本因素,采用就是鋼套結構,如圖四所示,鋼套設計中設計了儲油槽、儲油孔。在保證良好的滑動特性的同時,為避免產生振動和異響,需要對支座孔、套筒、翻轉軸的配合公差有嚴格的要求,既要保證之間的間隙配合,又不會因間隙過大而產生異響,在鋼套加工過程中也提出了很高的加工精密度。
然而自卸車在實際工作中,路況復雜惡劣,顧客也因為各種因素,無法按照既定要求加注潤滑脂,隨著潤滑脂干涸,套筒與翻轉軸之間就會變?yōu)楦赡Σ?,并伴隨一定的沖擊力,使得兩者之間間隙隨著變大,造成兩側橡膠墊塊壽命大幅縮短,密封性能下降,隨著雜物的不斷進入,加劇翻轉套筒的破壞,隨后會伴隨異響、潤滑脂流出、駕駛室翻轉抖動嚴重等問題。
為了解決上面的問題,我們采用工程塑料軸承對現有原結構進行了改進。
工程塑料軸承是基于工程塑料改性技術,相對于傳統(tǒng)的金屬基軸承來說,其擁有很多的優(yōu)勢,例如自潤滑、免維護、高耐磨性 、耐腐蝕、耐高溫、防水、重量輕、高性價比等。
圖5
在改進方案中(如圖5所示),我們利用工程塑料軸承(7)代替原有鋼套(2),原有橡膠墊塊改為尼龍墊片(8),取消原有潤滑裝置(滑脂嘴-4),在裝配配合中,軸承與支座孔之間為過盈配合,通過小型液壓機壓裝,軸承與翻轉軸之間為小間隙配合。作為標準件的軸承能保證很好的一致性。工程塑料軸承的內部組分(基料、高強度纖維、固態(tài)潤滑劑)均勻混合在一起,保證了軸承在整個使用過程中摩擦的均勻性、自潤滑性及高耐磨性。
在工程塑料軸承使用選型、設定配合公差時也有一點需要特別注意的部分,工程塑料軸承相對金屬軸承剛度較小,所以在設計配合公差時,需要考慮其變形,在本次設計方案中,軸承未壓裝之前,外徑28(+0.2,+0.4)內徑25(+0.2,0.4),因為軸承外徑與支座孔為過盈配合,過盈量過大,軸承內徑會變小,與翻轉軸成為過盈配合,不滿足要求,過盈量較小,軸承變形小,內徑與翻轉軸間隙過大,會導致承受沖擊大,影響軸承壽命。
經過多次試驗,最終確定當支座孔尺寸為28(0,+0.02),壓裝后,軸承內徑尺寸為25(+0.004,+0.124),與翻轉軸配合滿足要求。
同時,在裝配過程中,需要控制壓裝速度,避免因為沖擊力過大,導致軸承破壞或者形成褶皺,影響軸承壽命。
新方案我們投放小批量樣車進入市場進行驗證,進行一年的實車路試驗證周期,我們在此期間,不斷進行市場情況調研,最終得到主機廠驗證通過通知,進行了全面切換,隨著大批量產品進入市場,得到了更多的市場反饋,新的產品得到了市場的廣泛認可,成為工程塑料軸承在中卡中的一次成功應用范例,為后期探索提供了重要的經驗。
工程塑料技術的不斷發(fā)展,通過各種改性技術,其材料性能參數不斷提高,憑借其相對于傳統(tǒng)使用的金屬基滑動軸承擁有更優(yōu)異的自潤滑、耐磨損性能以及惡劣工況下的適應性能,擁有著更為廣泛的市場。工程塑料軸承的使用,解決了我公司中卡前懸現存懸置翻轉軸承磨損,翻轉軸磨損情況,大幅降低產品索賠,提升產品市場形象,并在工程塑料軸承在重卡上的使用提供了一些參考。在后續(xù)工作中,我們會開始嘗試在重卡上的初步應用,對于一切非關鍵承重的旋轉部件,工程塑料軸承同樣擁有廣大的市場前景等待我們發(fā)掘。