混合动力汽车用NSK LCube Ⅱ™圆锥滚子轴承

近年来，随着全球环保法规的加强，对汽车燃油经济性的要求不断提高，配备驱动电动机的电动汽车发展迅猛。为了实现电动汽车的燃油经济性和动力性的提高，对于电动汽车齿轮箱，正努力减少润滑油量和降低黏度，以减少损失。因此，齿轮箱用圆锥滚子轴承的润滑环境变得更苛刻，防止由润滑膜失效导致的轴承表面损伤和咬粘已成为确保齿轮箱可靠性的关键问题。随着汽车制造商加速电动汽车的开发,需要更耐用的轴承来提高齿轮箱效率。NSK开发了NSKLCubeⅡTM技术，以防止由润滑膜破裂造成的表面损伤。本文介绍了一种圆锥滚子轴承，通过使用特殊形状的塑料保持架，改善了滚子端面与内圈挡边之间滑动接触处的润滑，从而提高了在稀薄润滑环境下的咬粘抗力和可靠性。1圆锥滚子轴承的摩擦因素和轴承使用环境的变化NSK已开发了多种低摩擦圆锥滚子轴承，以提高齿轮箱效率。Aihara报道了圆锥滚子轴承的摩擦阻力理论。众所周知,圆锥滚子轴承的摩擦因素分为1)—4),如图1和图2所示。图1圆锥滚子轴承的摩擦因素图2滚动摩擦与滑动摩擦的关系1)内外圈滚道表面与滚动体表面之间的滚动摩擦;2)内圈挡边与滚子端面之间的滑动摩擦;3)滚子与保持架之间的滑动摩擦;4)润滑油的搅拌阻力。在圆锥滚子轴承中，1),2)和4)是产生摩擦的主要因素。NSK已开发了多种低摩擦圆锥滚子轴承，以减少这些摩擦因素并扩大市场。近年来，为了减少4)，防止因油膜耗尽而导致轴承咬粘(图3)已成为确保高可靠性的关键问题。图3TRB表面放大照片2开发产品的特性和效果开发的圆锥滚子轴承(以下简称开发产品)通过稳定地保持单套轴承的滚子端面与内圈挡边处的油膜，大大提高了在稀薄润滑环境下的咬粘抗力。特性和效果如下所述。2.1特性如图4所示，本产品通过毛细作用，通过位于滚子端面接触区保持架兜孔内的微槽储存润滑油。这些微槽的宽度、深度和形状(以及其他参数)经过优化,以最大限度地提高储油和供油效果。当润滑充分时,油储存在轴承内部；当润滑不足时，从微槽供油到滚子端面。因此，咬粘抗力大大提高。图4开发产品的示意图2.2咬粘抗力由于保持架中形成的微槽的作用,与常规圆锥滚子轴承相比,开发轴承的咬粘抗力显著提高。咬粘试验的结果如图5所示。当供油被切断时,由于滚子端面与内圈挡边之间乏油,常规产品在几分钟内就会发生咬粘,但开发产品的咬粘抗力约为常规产品的7倍。图5无润滑轴承咬粘试验结果试验示例如图6所示,其中微槽的径向尺寸(槽宽度)被修正(槽深度不变)。多个槽的总体积大致相同。在槽数量较少的情况下,咬粘抗力为常规产品的2.3倍。然而,随着槽数量增多(槽宽度减小),咬粘抗力进一步提高。这是基于槽越小,毛细力越大的基本原理。当润滑油黏度较低、轴承转速较高时,这种趋势更明显。图6无润滑轴承咬粘试验结果通过试验验证了微槽的形状、宽度和深度的影响。在试验结果的基础上建立了最优设计准则,从而开发出具有优良咬粘抗力的产品。2.3所需润滑油量齿轮箱所需润滑油量的对比试验结果如图7所示。在规定的工况条件下,通过逐渐减少供油量,直至发生咬粘,从而获得所需的最小润滑油量。图7所需润滑油量对比常规产品工作条件下需要的润滑油量为60mL/min;开发产品即使润滑油量减少到2mL/min也未发生咬粘。常规圆锥滚子轴承在重载下使用时需要大量供油。然而,开发产品即使在油飞溅等稀薄润滑环境下也能防止咬粘(图8)。图8所需润滑油量示意图因此,其有可能消除过去所要求的油泵强制润滑,减少由油泵驱动造成的损失,并简化润滑系统(包括油路)。2.4通过减少润滑油量来减小摩擦新开发产品可大大减少所需的润滑油量,使油的搅拌阻力降至几乎为零,如图8所示。油浴润滑与飞溅润滑下的轴承转矩损失对比如图9所示。油浴润滑是只有轴承下部浸在润滑油中;飞溅润滑条件仅是油的应用(试验期间无浸油)。图9转矩损失对比在油浴润滑情况下,通过将供油量减少到飞溅润滑下的量,可将由搅拌造成的转矩损失减至几乎为零。在高油位、高润滑油黏度、高轴承转速等条件下,这种影响更大。以这种方式,消除轴承的油浴润滑和降低油位也减小了周围部件的搅拌阻力。2.5节省空间注塑制造的塑料保持架在形状上比压制成型制造的金属保持架有更大的自由度,与装有常规金属保持架的圆锥滚子轴承相比,尺寸可减小10%,质量可减轻5%(图10)。图10常规TRB与开发TRB的尺寸对比此外,与采用球轴承的情况相比，采用开发轴承可使尺寸减小1/3。3结束语NSK开发了第1代～第6代低摩擦圆锥滚子轴承，有助于提高齿轮箱效率以及汽车燃油经济性和动力性，具有高耐久性和可靠性。近年来,从进一步提高燃油经济性的角度出发,对降低黏度和减少润滑油量的要求越来越高。新开发产品适用于恶劣的润滑环境,对电动汽