NTN第3代低摩擦輪轂軸承Ⅲ的開發(fā)

NTN開發(fā)輪轂軸承超過40年，汽車輪轂軸承的市場份額占比也比較大，之前我們介紹過該公司輪轂軸承的發(fā)展歷程，其中第3代低摩擦輪轂軸承Ⅲ是近幾年開發(fā)應(yīng)用的新品，為了應(yīng)對低摩擦力矩的要求，通過潤滑和密封技術(shù)的改進(jìn)，使低摩擦輪轂軸承Ⅲ與常規(guī)產(chǎn)品相比，轉(zhuǎn)矩減小了62%。下面詳細(xì)介紹低摩擦輪轂軸承Ⅲ在潤滑和密封上做了哪些優(yōu)化。

1、低轉(zhuǎn)矩輪轂軸承介紹

1.1 輪轂軸承的結(jié)構(gòu)和影響轉(zhuǎn)矩的因素

第3代輪轂軸承的結(jié)構(gòu)示例如圖1所示。

圖1 第3代輪轂軸承的結(jié)構(gòu)示例

輪轂軸承的轉(zhuǎn)矩由軸承的滾動阻力和密封(外部密封和內(nèi)部密封)的滑動阻力組成，各占約50%。影響輪轂軸承轉(zhuǎn)矩的各種因素如圖2所示，各種減摩技術(shù)包括：優(yōu)化軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)、改進(jìn)軸承內(nèi)部潤滑脂來減少滾動阻力；改進(jìn)密封橡膠材料、優(yōu)化密封結(jié)構(gòu)和密封過盈量來減少滑動阻力。

圖2 軸承轉(zhuǎn)矩的影響因素

1.2 低摩擦輪轂軸承的演變

為減小轉(zhuǎn)矩，NTN的輪轂軸承已演變?yōu)榈湍Σ凛嗇炤S承Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ。演變概況見表1，相對于常規(guī)產(chǎn)品的轉(zhuǎn)矩減小比如圖3所示。

表1 低摩擦輪轂軸承的演變

圖3 力矩減小的發(fā)展演變

與常規(guī)產(chǎn)品相比，新開發(fā)的低摩擦輪轂軸承Ⅲ的轉(zhuǎn)矩減小了62%。通過應(yīng)用之前開發(fā)的技術(shù)參數(shù)和新開發(fā)的潤滑脂(改進(jìn)了低摩擦輪轂軸承Ⅱ的內(nèi)部潤滑脂)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的減小。

2、潤滑脂的開發(fā)

2.1 新潤滑脂的功能要求和技術(shù)參數(shù)

對輪轂軸承的內(nèi)部潤滑脂除了要求低摩擦外，還要求具有以下功能：

1)在輪轂軸承的載荷、溫度和轉(zhuǎn)速條件下通過提供充足油膜和防止卡咬，從而保持長使用壽命；

2)低溫下優(yōu)異的抗微動磨損性能；

3)良好的防銹性和防滲漏性。

基于上述要求，新潤滑脂的技術(shù)參數(shù)按表2的思路確定。

表2 新潤滑脂的開發(fā)思路

2.1.1 在保持軸承使用壽命的同時減小摩擦

球與溝道之間的滾動接觸點(diǎn)也包括滑動的因素。因此，采用低運(yùn)動黏度和小拖動系數(shù)基礎(chǔ)油的潤滑脂來減小由滑動引起的摩擦。

當(dāng)潤滑脂基礎(chǔ)油運(yùn)動黏度降低時，油膜不足的風(fēng)險(xiǎn)增加，這種權(quán)衡條件，可能會導(dǎo)致溝道損傷。當(dāng)軸承溫度升高和潤滑脂基礎(chǔ)油黏度進(jìn)一步降低時，在重載條件下尤需注意。采用具有小拖動系數(shù)的基礎(chǔ)油控制局部升溫，以保持足夠的油膜厚度和高黏度指數(shù)。提高抗蒸發(fā)性和抗氧化性，確保在重載區(qū)域的長期潤滑性，使其使用壽命等同或優(yōu)于常規(guī)產(chǎn)品。

2.1.2 低溫下的抗微動磨損性能

新制造的車輛在鐵路貨車上進(jìn)行長途運(yùn)輸時，輪轂軸承的溝道與球之間會產(chǎn)生微小振動。如圖4中的箭頭所示，振動會擠壓出溝道與球之間的潤滑脂，產(chǎn)生金屬與金屬接觸，導(dǎo)致微動磨損。在潤滑脂趨于變硬和流動性降低的低溫條件下，微動磨損更明顯。在這種情況下駕駛車輛可能會產(chǎn)生異常聲。

圖4 產(chǎn)生微動磨損的機(jī)理

為了確保潤滑脂在低溫下的流動性，采用了低傾點(diǎn)基礎(chǔ)油，并對增稠劑和添加劑進(jìn)行了優(yōu)化，從而提高了低溫下的抗微動磨損性能。

2.2 評價(jià)試驗(yàn)

填充新潤滑脂且去掉帶有橡膠唇的密封件，對輪轂軸承進(jìn)行了轉(zhuǎn)矩試驗(yàn)。

結(jié)果如圖5所示。與常規(guī)產(chǎn)品(最初的第3代輪轂軸承)相比，轉(zhuǎn)矩減小比達(dá)到56%，驗(yàn)證了改進(jìn)軸承內(nèi)部潤滑脂后減少滾動阻力的效果。

圖5 轉(zhuǎn)矩試驗(yàn)(室溫)

還進(jìn)行了可靠性評價(jià)試驗(yàn)，以驗(yàn)證所需的功能，見表3。填充新潤滑脂的軸承滿足了試驗(yàn)項(xiàng)目的所有開發(fā)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了軸承內(nèi)部潤滑脂所要求的所有功能。

表3 軸承內(nèi)部潤滑脂可靠性評價(jià)試驗(yàn)

注：1、轉(zhuǎn)彎載荷:0.6 G；2、轉(zhuǎn)速條件：車速200 km/ h；3、-20 ℃環(huán)境下的微動磨損試驗(yàn)。

3、密封的開發(fā)

第3代輪轂軸承常規(guī)密封和低摩擦密封采用的外部密封和內(nèi)部密封的結(jié)構(gòu)對比如圖6所示。

圖6 常規(guī)密封和低摩擦密封的結(jié)構(gòu)

一般用3個接觸唇確保必要的保護(hù)，以防止泥水滲入。而低摩擦密封使用較少的接觸唇來進(jìn)一步減摩。通過引入迷宮結(jié)構(gòu)和精心設(shè)計(jì)唇形來避免由于減少密封唇而導(dǎo)致的耐泥水性降低。

減小摩擦不僅是由于結(jié)構(gòu)，還由于具有低摩擦因數(shù)的橡膠材料、唇接觸表面的優(yōu)化設(shè)計(jì)和唇部用脂。與常規(guī)產(chǎn)品相比，這些產(chǎn)品的密封轉(zhuǎn)矩減小了70%，如圖7所示。

圖7 密封轉(zhuǎn)矩試驗(yàn)(室溫)

4、低摩擦輪轂軸承Ⅲ

將新開發(fā)的軸承潤滑脂與低摩擦密封相結(jié)合，該軸承的轉(zhuǎn)矩比如圖8所示。通過減少滾動阻力以及內(nèi)部密封和外部密封的滑動阻力，輪轂軸承的轉(zhuǎn)矩減小了62%。

圖8 輪轂軸承的轉(zhuǎn)矩比示例

輪轂軸承主要功能要求的性能評價(jià)如圖9所示。

圖9 性能評價(jià)圖

結(jié)果表明，開發(fā)產(chǎn)品在所有功能要求上都等同或優(yōu)于常規(guī)產(chǎn)品。由于該開發(fā)產(chǎn)品在低溫下的抗微動磨損性能有了顯著提高，因此在更惡劣環(huán)境下也會有更多應(yīng)用。此外，低摩擦輪轂軸承Ⅲ通過縮小預(yù)載荷范圍來減小和穩(wěn)定轉(zhuǎn)矩，從而降低預(yù)載荷上限。

（參考文獻(xiàn)略）

Low Friction Hub Bearing Ⅲ

來源：《NTN TECHNICAL REVIEW》，2019 (87):63-67.

作者：Makoto SEKI

翻譯：李博璐校對：頓亞坤

整理、排版：軸承雜志社