前置前驱车型轮毂轴承的摩擦力矩的影响因素研-粮食与油脂

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前置前驱车型轮毂轴承的摩擦力矩的影响因素研

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摘要：在变速箱中，齿轮、轴承是功率损耗占比最大的两大部件，所以研究轮毂轴承的摩擦力矩的影响因素，对有效减小变速器轴承摩擦力矩、提升变速器的传动效率具有重要作用。通过理论分析与实验验证了密封圈型式、油脂类型、负游隙三个因素是影响轮毂轴承的主要因素。它们是合适的优化方向，并且密封圈是引起轮毂轴承摩擦力矩的主要因素，大约有四分之三的摩擦力矩是由其产生。实验表明，与四唇密封圈结构相比，采用三唇密封圈结构能够大幅度的降低轮毂轴承的摩擦力矩；粘度较低的润滑油脂与原产油脂相比，粘度较低的润滑油脂能够降低轴承的摩擦力矩；负游隙的大小也在一定程度上对轴承摩擦力矩产生影响，对某前置前驱车型而言，合理的设计负游隙公差，保证摩擦力矩的一致性，对降低摩擦力矩、提高传动效率具有重要意义。

关键词：前置前驱车；轮毂轴承；摩擦力矩；密封圈结构；油脂；负游隙

中图分类号：TH16；TH132文献标识码：A文章编号：1001-3997（2018）05增-0026-04

来稿日期：2017-12-08

作者简介：莫易敏，（1960-），男，湖南桃源人，博士研究生，博士生导师，教授，主要研究方向：摩擦学、机电一体化、表面工程；

徐伟，（1993-），男，湖南永州人，硕士研究生，主要研究方向：汽车零部件工艺与装备、机电一体化研究

1 引言

轮毂轴承主要用于作为汽车车轴处的重量承担和为轮毂的转动提供精确引导的零部件，既承受径向载荷又承受轴向载荷，并且它是汽车载重和转动的重要组成部分[1]。在变速箱中，齿轮、轴承是功率损耗占比最大的两大部件，所以降低变速器轴承摩擦力矩，提升轴承的传动效率，也是变速器优化的一大方向。因而，我们这里对前置前驱车型轮毂轴承的摩擦力矩的影响因素进行分析，可以帮助我们有效的认识到轮毂轴承中到底有哪些因素在摩擦力矩的产生中占据了主导地位。从而通过实验来优化这些参数，达到降低功率损失，提高变速器的传动效率。由于摩擦力矩的存在，轴承工作时，会产生能耗损失以及部件发热，直接影响到轴承及轴类零件的使用寿命和传动效率。因此，要对轮毂轴承的摩擦力矩的优化，首先就需要对摩擦力矩的组成形式及产生方式进行理论分析[2]。

2 轮毂轴承摩擦力矩的组成

2.1 轴承的总摩擦力矩

轴承的总摩擦力矩可以根据下面的公式来进行计算[3]：

式中：M—轴承总摩擦力矩，Nmm；Mrr—轴承滚动摩擦力矩，Nmm；Mseal—轴承密封形式造成的摩擦力矩，Nmm；Mdrag—润滑因素造成的摩擦力矩，Nmm；Msl—轴承滑动摩擦力矩，Nmm。

2.2 轴承各分支摩擦力矩

SKF通过将轮毂轴承的摩擦力矩分为滚动、滑动搅油、密封形式等摩擦力矩的方式。因而，我们可以根据轴承类型的不同、密封形式的不同、浸油深度的不同来分别计算轮毂轴承的摩擦力矩，使得公式更具有实用性。

（1）因为轴承材料具有滞后性，所以钢球在滚道上滚动时，会产生滚动摩擦力矩，可以根据下式来计算轴承滚动摩擦力矩[3]：

式中：Grr—与轴承类型、尺寸、所受载荷相关的变量（可在SKF轴承综合型录中查到）；n—轴承转速，r/min；v—润滑油运动粘度，mm2/s。

（2）大多数深沟球轴承带有密封圈，密封圈与轴承的内外圈摩擦会产生摩擦力矩，轴承密封形式造成的摩擦力矩计算公式为[4]：

式中：Ks1—轴承类别的常量；Ks2—轴承类别、密封圈形式相关的常量；ds—肩部直径，mm；β—轴承类型，密封圈形式相关常量。

其中，Ks1、Ks2、β都可以从SKF轴承综合型实录中查询。单面密封摩擦力矩仅有0.5Mseal。

（3）当齿轮浸没于齿轮油时，运转过程带动润滑油将会造成搅油损失，其摩擦力矩计算方法为[5]：

式中：h—油膜厚度，mm；αoil—粘压系数，mm2/s；S—油膜润滑系数；Dm—轴承节圆直径，mm；aε、ai—内外滚道膨胀系数；Z—钢球粒数。

（4）轮毂轴承工作时，滚动体与沟道进行接触时，由于各个接触点的线速度不同，会导致滚动体在滚道上产生滑动，从而产生滑动摩擦力矩，也就是[6]：

式中：Gsl—与轴承类型、轴承直径、所受载荷相关的变量（可在SKF轴承综合型录中查到）；μsl—滑动摩擦系数，与润滑油材料相关，当充分润滑时，齿轮油为0.1，矿物油为0.05。

通过上面的有关摩擦力矩的理论分析，我们可以了解到轮毂轴承的摩擦力矩的影响因素主要包括了轴承载荷、输入转速、密封圈型式、油脂类型、负游隙和精度等。轴承载荷与输入转速属于客观因素，主要受到发动机工况的影，优化方式有限。而轴承精度则需要考虑到零件的配合与实际应用所带来的经济效益，因而优化幅度不大。轮毂轴承的密封圈型式、油脂类型、负游隙所需更改较小，是合理的探究方向。

文章来源：《粮食与油脂》网址: http://www.lsyyz.cn/qikandaodu/2020/1104/420.html