轻型汽车变速器中间轴前轴承失效分析与改进

李立平

摘 要：本文从轴承市场失效分析入手提升轴承在非常规工况下的承载能力。

关键词：轴承；失效；山地；承载；润滑

一、手动汽车变速器简介

手动变速器，也称手动挡，英文全称为manual transmission，简称MT，即用手拨动变速杆才能改变变速器内的齿轮啮合位置，改变传动比，从而达到变速的目的。踩下离合时，方可拨得动变速杆。

手动变速箱是有不同齿比的齿轮组构成的，它工作的基本原理就是通过切换不同的齿轮组，来实现齿比的变换。作为分配动力的关键环节，变速箱必须有动力输入轴和输出轴这两大件，再加上构成变速箱的齿轮，就是一个手动变速箱最基本的组件。动力输入轴与离合器相连，从离合器传递来的动力直接通过输入轴传递给齿轮组，齿轮组是由直径不同的齿轮组成的，不同的齿轮比例所达到的动力传输效果是完全不同的，平常驾驶中的换挡也就是指换齿轮比。

轴承作为轴与壳体之间固定轴使其只能实现转动，而控制其轴向和径向的移动，所以变速器轴承要承受轴向及径向载荷。

轴承失效定义：

滚动轴承在使用过程中，由于本身或外部条件的影响，其承载能力、旋转精度和耐磨性能等性能指标低于性能要求而不能正常工作。

轴承常见的失效模式：

1.疲劳失效——轴承在运转过程中发生的疲劳剥落现象；

2.磨损失效——轴承在运转过程中发生的过度磨损现象。

二、失效轴承分析

可发现如下规律： 4台失效总成用户集中在山地或丘陵地带，且全部为柴油发动机，发动机最大扭矩为225NM。

中间轴前轴承倒档时轴向承载安全系数最小，为1.07，确定轴承失效的根本原因为轴承轴向安全系数小。

在现有空间范围内，重新计算该轴承的安全系数，根据实际安全系数，重新设计该款轴承的结构，在贫油润滑条件下，提高承载能力。

三、设计优化方案

为保证零件的通用性和互换性，通过借鉴标杆轴承的设计经验，经与现品轴承制造公司分析探讨，综合轴承理论承载力计算、国产滚子标准件尺寸规格、制造可行性、加工过程控制以及樣件生产周期等诸方面因素考虑，最终确定中间轴前轴承的优化方案为——在原轴承的基础上，将滚子长度加长2mm。

寿命值为轴承在该工况下的基本额定寿命，损伤率值为设计寿命与基本额定寿命比值。

综上，现品轴承轴向载荷安全系数最小为1.07，改善后轴向承载安全系数最小为1.4，标杆样品轴承承载安全系数为1.45。

改善后的轴承损伤率较现品下降39%，轴向载荷安全系数较现品提升了30.8%，改善后的轴承各项参数与标杆样品较接近，理论上满足使用要求。

从以上对比试验的验证结果可以发现：

1.改进后产品较改进前在承载能力上有明显提升；

2.改进后产品在承载能力上与标杆产品相当，其试验寿命结果散差相对较大。

因试验台条件限制，轴向加载为恒定轴向载荷，且加载条件为变速箱建模计算的轴向力，未考虑在实际运转条件下因机构刚度引进的振动冲击轴向载荷，而试验台基体产生的冲击载荷因不能量化其大小，均由陪试轴承承载，未作用在试验轴承上。因此试验结果不能明显体现标杆产品轴向承载的优势。

由于样本容量较少，试验结果整体趋势体现不明显，无法凸显标杆产品的优势。

四、市场验证

改善后的轴承2013年6月开始确定机型逐步投放市场，已投放数量约40万台，至今无失效反馈。

参考文献：

[1]《机械设计手册》滚动轴承篇 2007-3-1.