重型汽车推力杆用自润滑关节轴承

2016-07-25庄鸿鸣

轴承 2016年7期

庄鸿鸣

(福建龙溪轴承(集团)股份有限公司，福建漳州 363000)

1 概述

载重汽车悬挂系统的V型推力杆，一端与车架铰接，另一端安装在车桥上，主要作用是稳定车桥，克服弹簧钢板只能传递纵向力和侧向力而不能传递牵引力、制动力及其反作用力矩的弊端。因此当载重汽车过载时，V型推力杆可将冲击载荷有效均衡地分配给车身两边纵梁，减轻桥壳和底盘受到的冲击。

国内原有重型汽车的V型推力杆接头(图1)是在球头销外面硫化橡胶，通过橡胶的变形进行摆动和抵抗冲击，但在恶劣工况下,该接头损坏率极高,不能满足使用要求。为此，需要设计一种损坏率低的新型推力杆接头。

图1 原V型推力杆接头示意图

2 新型推力杆接头

根据V型推力杆的工作特点，把推力杆接头设计成关节轴承结构形式。这就要求轴承具有较高的承受交变径向和轴向载荷的能力、较高的承受高频冲击能力、较大的摆动角度、低维护率、能够承受高温差等，并能适应恶劣的路况及多粉尘泥沙环境。

2.1 结构设计

新型推力杆接头结构如图2所示。关节轴承外圈采用中碳钢，内球面有双金属自润滑材料的衬垫；内圈采用40Cr，心部调质，表面高频淬火，外球面镀硬铬，可满足耐磨、抗高频冲击的要求。外圈内球面通过专用模具包压成形，使双金属衬垫与内圈外球面之间形成良好的耦合摩擦副。在外圈的外表面硫化一层聚氨酯，用于吸收高频冲击，消除推力杆使用过程中的噪声。

1—球头销；2—双金属材料；3—外圈；4—聚氨酯

2.2 摩擦副的选择

由于使用环境恶劣，且在摆动时需承受高频冲击，采用表面硬度较低的PTFE织物和PTFE复合材料作为摩擦副时，污染物入侵会损伤自润滑层，从而影响轴承的使用寿命。因此，设计中采用双金属自润滑材料作为摩擦副，该材料是钢和铜经过高温烧结而成，铜层弥散着一定比例的固体自润滑材料，在运转中可以在摩擦面形成有效的转移膜，延长轴承的使用寿命，满足推力杆的使用要求。

2.3 径向游隙的确定

通常关节轴承安装后的工作游隙比配套游隙小，安装配合越紧，工作游隙越小。但此种关节轴承安装时的过盈量由聚氨酯变形消除，对关节轴承的作用力很小，工作游隙与配套游隙相差不大。经试验，挤压成形后的径向游隙控制在0.01～0.08 mm最为合适。

3 试验验证

3.1 试验方案

双金属自润滑材料不仅经过端面摩擦、PV摩擦等试验验证，为了保证轴承的可靠性，又采用专用的关节轴承寿命试验机，在低速重载下对3套轴承进行摩擦磨损性能，以获得该材料在模拟工况下的使用寿命。试验参数：初始温度15 ℃，径向载荷Fr=32.5 kN，摆动角度β=40°，摆动频率f=35 次/min。轴承失效的判定条件为温度超过150 ℃或摩擦因数大于0.2。

3.2 试验结果与分析

轴承摩擦磨损试验结果见表1。

表1 摩擦磨损试验结果

以1#轴承的试验结果为例进行分析。轴承温度随摆动次数的变化情况如图3所示，磨损量的变化情况如图4所示，摩擦因数的变化情况如图5所示。

由图可知，轴承在正常磨损情况下，温度稳定在50 ℃以下，摩擦因数稳定在0.08～0.15，实际寿命超过了计算寿命，可见该轴承采用双金属自润滑材料作为摩擦副符合产品的使用要求。

图3 温升变化图

图4 磨损量变化图

图5 摩擦因数变化图

4 加工要点

4.1 球头销的机加工

由于球头销是锻件，尺寸公差大，需要2次装夹才能完成加工，因此，选择加工基准非常关键。在锻件表面加工中心孔无法保证其与端面的垂直度，后道工序加工球面以中心孔定位造成球形偏差大，废品率高。只有保证中心孔与端面的垂直度才能为后道工序的加工提供准确的定位基准。因此，加工时先在球头销一侧柄端面加工0.1 mm左右作为基准面，再加工中心孔，从而保证端面与中心孔垂直。

4.2 球头销的高频淬火

一般的高频淬火件为圆柱型，在球面进行高频淬火难度较大，特别对于包覆角较大的球面，要在球面形成一层均匀的淬硬层难度更大。采用球面分段加热的高频处理工艺无法在球面形成均匀的淬硬层，且在边缘处有未淬硬层。根据球面的特点，把感应线圈设计成仿球状，球面同时整体加热，然后喷水冷却，从而使球面淬硬层均匀，硬度及金相组织符合要求。