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NSK新型密封滚珠轴承,降低变速箱摩擦损失、减少部件数量

点击:2082 日期:2013-10-24 选择字号:

     日本精工(NSK)开发出了可降低手动变速箱(MT)及双离合器变速箱(DCT)等的摩擦损失、减少部件数量、实现了小型轻量化的密封滚珠轴承(图1)。目标是在MT及DCT需求不断扩大的欧洲及新兴市场国家扩大销量,在2018年使该产品的年销售额达到18亿日元。新产品的特点是密封方式从密封槽方式改为直接接触方式。


图1:NSK开发的MT、DCT用密封滚珠轴承



图2:原来的密封槽方式。由于内轮靠近密封槽的边缘处直径较小,
因此与齿轮凸起部分的接触面积变窄,不采取措施的话会发生磨损。

     支撑MT及DCT轴承的滚珠轴承为了防止齿轮磨损粉末等异物侵入,必须进行密封处理,如何降低密封圈滑动时的摩擦成为一大课题。以前采用的密封槽方式是在内轮的外径面设计密封槽,使密封槽的侧面与密封圈的边缘接触。由于密封槽非常靠近内轮边缘,因此会将内轮靠近密封槽的边缘部分的直径做得稍小一些(图2),否则,内轮侧面靠近密封槽的边缘部分就会出现很薄且较高的突起,导致强度降低。

     内轮的侧面与相邻齿轮的内径一侧的轮毂相接触。相邻齿轮的同步器啮入时,由于齿轮为斜齿,因此齿轮会凭借产生的轴向推力挤压内轮。而当同步器不啮入时,齿轮与内轮的转速不同。无论哪种情况都会发生磨损。

     内轮靠近密封圈的边缘处直径变小的话,接触面积就会变小,使所受压力增大,容易磨损。因此,原来在轴承与齿轮凸起部分之间夹有垫圈,使齿轮的凸起部与垫圈接触(图3)。


图3:原来的轴承和齿轮。内轮与齿轮凸起部之间夹着垫圈,防止磨损。


图4:此次开发的密封方式。因为是密封内轮的圆筒面,
因此去掉了密封槽,省去了垫圈。

 

     而此次开发的直接接触方式是使密封圈与内轮的外径面而非密封槽内壁接触(图4)。无需开槽,可加大内轮侧面边缘处的直径。这样,内轮与齿轮的接触面积便扩大到了原来的约2倍,从而省去了垫圈。通过省去垫圈减少了部件数量。

要想将密封圈接触部位从密封槽内壁改为外径面,必须要让密封圈能够大幅变形。这是因为,密封圈与密封槽内壁接触时,密封圈可通过移动接触点来保证追随性,而与外径面接触时,只有通过密封圈的形状改变才能保证追随性。因此,密封圈的截面由以前的直线形状改为大幅弯曲的形状。通过这一改变,不仅抑制了紧迫力(密封圈与内轮之间相互的推力)的变动,而且还使紧迫力减少了约65%。这样一来便降低了由密封圈造成的摩擦损失。

     另外,新产品还优化了内轮形状,使轴向负荷承载能力比原来提高了20%。这一措施是为了适应厂商对增加变速级数的要求越来越高的趋势。增加变速级数的话,轴承跨距就会增大,导致弯曲负荷增大,这容易使轴承卡住转不动。以前解决这一问题的方法是选择大一号的轴承。而此次的新产品提高了负荷承载能力,使用原尺寸轴承即可。

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