汽车变速器轴承的寿命计算

王丽娟, 白冰

(中国重汽集团大同齿轮有限公司 技术中心，山西 大同 037305)

1 变速器轴承的应用特点

汽车变速器结构如图1所示。在变速器中，一轴后轴承，二轴前、后轴承，中间轴前、后轴承基本都为滚动轴承。

图1 变速器结构简图

一轴前轴承仅在离合器分离时内、外圈才有相对运动，因此按静载荷计算轴承寿命，所选轴承的额定静载荷C0应大于2Fr0，Fr0为取Temax(发动机最大转矩)时1挡输出转矩产生的轴承径向载荷[1]。

二轴与齿轮间的滚针轴承，未挂挡时滚针与内、外滚道间有相对转速差，但滚针仅承受使齿轮滑动的摩擦力矩与惯性力矩，载荷极小。挂挡后，滚针、轴及齿轮一同转动而无转差，滚针仅承受径向载荷。由于经常换挡，每挡连续工作时间不长，故极少有表面点蚀损坏情况，多由于间隙不当或润滑不良而卡住或烧坏。

二轴前支承滚针轴承和固定式中间轴与连体齿轮间的滚针轴承，承受的径向载荷需进行验算。滚针轴承常采用满装结构以提高其承载能力。设计时应保证合理的滚针间隙，以利于正常工作并延长使用寿命。一般推荐滚针间最小间隙为0.025 mm，滚针间的总间隙量最大值为(0.5～0.7)Dw(Dw为滚针直径)，两项不能同时满足时应保证后者。

为了防止运转时轴承内圈与轴、外圈与外壳孔产生相对滑动，套圈与轴和外壳孔间均采用适当的紧配合。特别对于薄壁轴承，采用适当的紧配合可使轴承套圈在运转时受力均匀，承载能力得到充分的发挥。但轴承的配合不能太紧，以免内圈的弹性膨胀和外圈的收缩使轴承的径向游隙减小甚至完全消除，从而影响正常运转。轴承内圈与轴的配合取基孔制，且为负公差(即上偏差为零)，这样更易获得较为紧密的配合。轴承外圈与外壳孔的配合取基轴制，也取负公差，轴承外径公差取JS6和J6。但轴承外圈与外壳孔的配合比内圈与轴的配合相对松些[2]。

2 变速器轴承寿命计算

汽车变速器轴承耐久性的评价以轴承的滚动接触疲劳为依据。在变速器中，大多为双支承轴。多数情况下，可以把双支承轴的结构作为静定问题处理，假定轴的变形对轴承载荷没有影响，将轴看作简支梁，轴承仅承受垂直于轴线的径向载荷。利用力的平衡方程计算出支承反力，把得出的支承反力作为轴承载荷进行寿命计算。齿轮传递到轴上的径向载荷和切向载荷可以合成为轴上的径向载荷；轴向载荷也传递到轴上，因此轴承承受径向、轴向联合载荷。

轴承的寿命计算公式为

式中：Cr为径向基本额定动载荷；Pr为径向当量动载荷；n为转速；球轴承x取3，滚子轴承x取10/3。

轴承寿命计算的关键在于其当量动载荷的确定[3]。

(1)对于不受轴向力的滚子轴承，Pr等于轴承的径向载荷Fr。

(2)对于球轴承，

Pr=XFr+YFa，

图2 二轴后轴承的径向力计算原理图

(3)在扭矩大的变速器中，二轴和中间轴前、后轴承都采用圆锥滚子轴承，当Fa/Fr≤e时,Pr=Fr；当Fa/Fr>e时,Pr=0.4Fr+YFa。同理，Fr等于在各个挡位时齿轮所受的切向力和径向力分别折算成所计算轴承的径向载荷与切向载荷后两者的平方和再开平方。

对于轴承所受轴向力Fa计算涉及到齿轮轴向力、轴承径向载荷产生的轴向力，分别对其计算作如下说明。

(6)某个挡位的中间轴前、后圆锥滚子轴承轴向载荷Fa分别等于中间轴前、后圆锥滚子轴承轴向支承载荷。

3 结束语

轴承寿命计算是轴承选型设计的一个重要环节，文中给出了变速器中常用轴承的寿命计算方法。因为圆锥滚子轴承寿命计算时，考虑的因素较多，重点介绍了该类轴承的寿命计算。