汽车离合器分离轴承技术的历程及趋势分析

汽车离合器分离轴承技术的历程及趋势分析

摘要:关于《汽车离合器分离轴承技术的历程及趋势分析》的汽车制造论文下载：对离合器分离轴承技术主要发展历史进行了描述,同时除离合器分离轴承外,文中还揭示了与离合器分离轴承相连的构件的相关设计研究,并尝试解释工作系统内所有控制件的单个设计特性及系统内连接构件间的相互影响。

关键词:汽车;离合器分离轴承　　

离合器分离系统指的是一种切断汽车发动机与驱动线路间动力传输的机械装置。过去习惯于使用机械联接或液压装置,通过离合器分离控制杆向离合器分离轴承施加压力,离合器分离轴承再推动或拉起离合器膜片弹簧,将发动机从动力输送线路中分离,从而实现汽车起步、停驶及换档等目的。本文主要介绍离合器轴承的技术发展。

1　发展历史回顾

最早的离合器分离轴承仅是用青铜或石墨筒安装在铸铁或锻钢耳轴上,20世纪初盛行以这种结构获得较高耐磨性能,并很快替代了旧式产品。20世纪30年代早期,耐摩擦球轴承开始替代石墨和青铜筒。这种轴承结构并非是固定的联接,但为了能够适应磨损要求,促进轴承与离合器分离杠杆的衔接,在轴承的接触面上使用摩擦材料衬垫已成为必然。20世纪30年代中、后期、离合器轴承的外型出现了一些明显的变化。在变速器输入轴上采用整体式轴承引导或为较长的轴承装配必要的导向管,差不多实现了一种更加稳定的系统。40年代到50年代期间,制造离合器分离系统的主要改进方向是降低尺寸和提高可靠性。在这一阶段,油脂质量和密封材料有了大的飞跃。相对于稠厚的皂化油脂来说,合成稠化剂的发展显著地提高了油脂的寿命。另外,新型合成橡胶的应用,例如聚丙烯酸酯、硅树脂和氟橡胶等,增强了温度特性和密封的耐化学侵蚀性。所有这些收稿日期:2002-09-10因素都使轴承预期寿命大幅提高。同时,塑料初次用于滑动摩擦表面,也减少了旧设计的成本。沉重的铸铁拨叉利用花键或其他的机械方法安装在轴上,在所有的离合器分离轴承系统中占有主导地位。在某些情况下,会为这些拨叉配上淬硬的钢板以获得更持久耐用的效果。20世纪60年代,离合器分离系统的主要发展目标是减少重量和成本。1967年,自调心分离轴承取得专利权。自调心性能确保轴承解决了由离合器制造公差、相配组件公差等引起的安装误差,而且这种性能还可以使离合器分离轴承通过与之接合的膜片弹簧找到它自己的旋转中心,并由此在发动机和变速轴线之间抵消一些径向偏心。苦没有这个特性,膜片弹簧和离合器分离轴承间可能由于偏心率产生严重的滑动,这种滑动会引起诸如产生过多的热量、磨损和噪声等问题。自调心离合器分离轴承已证明比非自调心离合器分离轴承工作温度下降25%,使用寿命增长4倍。　　
图1反映了离合器分离轴承工作温度与偏心量的关系,该图清楚地揭示出当偏心量逐步升高时,非自调心轴承的工作温度显著增高,而对自调心轴承则只有非常小的影响。

图2描述同样性能的轴承其使用寿命相对于偏心量的关系,再一次证明了当偏心量增大时,自调心轴承的使用寿命实质上并没有退化。

60年代后期和70年代早期,塑料轴承座的出现,进一步减小了轴承的重量并更进一步地降低了成本。另外,采用拉深、淬火的套圈更进一步地减少了离合器分离轴承的重量,并提高了其可靠性。　　
近来,系统集成的概念被引入设计过程。以前,配置离合器分离控制杆及拨叉是为了适应如何有效地使用离合器分离轴承,而系统集成则在某种程度上鼓励超越单个组件所担负的责任,更多地集中于系统机能的设计思想,这种系统集成的成效已经给人们留下了深刻的印象。拨叉和轴承被设计成一个相连接的整体,替代了一种既非常笨重又很昂贵的组合。由于铁或铝制的导向管都有价格高的耐磨损性能差的特性,故近来一直致力于减少导向管重量和降低导向管成本的处理工艺研究,直到使用了淬硬钢制材料,显著地增强了耐磨性能。就驱动桥装置系统来说,淬硬钢导向管可以与变速器前轴承合并,实现深拉杯形圆柱滚子轴承和密封垫一体化。

2　当前的设计思维

2.1　内部预载荷离合器分离轴承内部的压簧,其主要作用是保持轴承沿径向相对于塑料轴承座的自调心性能。一旦轴承找到了它的运转中心,压簧将在系统寿命内维持这个位置。离合器分离轴承内的压簧设计也决定了需要的调心力的大小,并保证轴承与塑料轴承座之间的静摩擦力。如果轴承拖拉的力远大于这种静摩擦力时,整个轴承会在轴承座内旋转,而内、外套圈之间却没有任何的相对运动。这种情况常会引发沟道磨损、产生过多的热量,并显著地降低轴承寿命。

2.2　外部预载荷如果作用在离合器分离系统上的外部预载荷不足,在轴承内圈和离合器膜片弹簧指之间可能出现过多的滑动。试验表明,按照常规设计控制杆的离合器分离系统在预载荷不足时,不仅在其接触表面上发生磨损,而且有时还会发出尖叫声。同时,塑料轴承座与控制杆之间的滑动也会磨损其接触表面,直接地限制了离合器分离系统的寿命。相反地,如果外部预载荷太高,则离合器膜片弹簧指可能嵌入轮圈内部,虽然这种情况对离合器分离轴承性能没有任何有害影响,但仍应引起关注。轴承的外部预载荷是由机动车辆制造者的设计方法以及离合器和分离系统设计的主要要求来决定的。另一方面,适宜的外部预载荷还应通过系统集成方法考虑相对于应用细节的所有影响因素。

2.3　离合器分离控制杆与轴承的交互作用离合器分离轴承塑料轴承座材料的发展引发了离合器分离控制杆(拨叉)和离合器分离轴承之间动力学交互作用的细致研究。在传统的离合器分离系统中,在离合器接合的时候,离合器分离控制杆的冠状接触区域沿轴承的后部滑动,这对轴承产生一种偏心力并致使离合器分离轴承在导向管上发生倾斜加大磨损,最后,产生不稳定的运转及造成必须加大踩踏板的力的不良后果。如果将冠状接触面从离合器分离控制杆改放到离合器分离轴承座上,那么,接触点在离合器接合期间将随轴承一同移动,这种特性使接合力比较直接地传送到轴承的几何中心,实质上消除了所有的倾斜力矩。

2.4　内圈旋转通过角接触轴承的几何学特性分析,分离轴承接触角是内圈接触点直径与外圈接触点直径之间比率的函数,另外,角接触类型离合器分离轴承最适宜使用固定外圈、内圈旋转的形式,其相对于固定内圈、外圈旋转的模式可以使寿命显著提高。使用内圈旋转的另一优势是可以弥散油脂范围。因为内圈旋转时有将油脂从存储区带入球接触区域的趋势,而外圈旋转则有将油脂从贮存洞穴向外部离心甩动的趋势,这可能会使滚动体与内圈在旋转接触时因缺油而磨损,并导致润滑油薄膜破坏,产生过早失效。该原理可以更进一步地用数学方法来阐明。如图3所示,点A位于滚动体圆周