黄金展位

变速箱用超低摩擦密封球轴承

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导读:变速箱内部的齿轮磨粒等硬质异物悬浮在润滑油中,影响轴承的使用寿命。采用接触式密封会增加轴承转矩,采用特殊轴承材料进行特殊热处理(开式轴承)提高耐异物性会增加成本。因此,使用摩擦学技术,通过优化密封接触压力、表面粗糙度、橡胶硬度,关注提高楔形油膜效应的密封形状,设计了超低摩擦密封球轴承。

常规密封唇接触的摩擦通常保持在边界/部分薄膜润滑中,新开发轴承的密封唇接触部分的摩擦在Stribeck曲线的流体动力润滑范围内(图1)。

图1 Stribeck曲线

1 设计方法

新开发轴承的结构如图2所示,主要是密封圈的改进。

图2 新开发轴承的横截面

通过在密封唇的滑动表面上均匀布置多个圆弧形微小凸起(图3),在像变速箱类的油润滑环境下出现楔形油膜效应(图4),使旋转期间的摩擦因数在流体动力润滑范围内。关于微小凸起的形状设定,采用计入橡胶弹性的流体润滑分析(软EHL分析)得出的最佳形状(图5),实现了低转矩和长寿命的设计目标。

圆弧形微小凸起

图3 新开发的密封结构

图4 楔形油膜效应

图5 微小凸起的设定

2 验证

在转速为1500 r/min,使用润滑油为CVTF,轴承温度为-40~120℃下,对新开发轴承进行有限元分析(图6)。通过该分析得到的最小膜厚如图7所示,温度范围内的最小膜厚位于Stribeck曲线(图1)的流体动力润滑范围内。

图6 油膜压力分布计算结果

图7  膜厚与温度的关系

3 试验及效果

通过转矩与轴承温度、过盈量、转速等的分析,以及寿命和耐久性试验,得出新开发轴承的特点:

1)与接触式密封轴承相比,转矩减小80%;

2)与开式轴承相比,寿命提高5倍以上;

3)密封圆周速度达到50m/s,甚至更高;

4)有效防止了有害异物的侵入。

作者:Katsuaki SASAKI等

来源:《NTN TECHNICAL REVIEW》