拖拉机离合器非标角接触球轴承的优化设计

2021-07-22王海威刘菁李明利孙晶贾松阳

轴承 2021年3期

王海威，刘菁，李明利，孙晶，贾松阳

(1.洛阳LYC轴承有限公司，河南洛阳 471039；2.航空精密轴承国家重点实验室，河南洛阳 471039)

拖拉机是现代化农业生产中最常见且不可替代的动力机械，随着农用机械的发展，拖拉机被应用到国内外更多样化的地区，使用工况复杂，自动化程度高，对拖拉机各部件的可靠性要求也越来越高。离合器是保证拖拉机正常工作的重要部件，其中分离轴承对离合器起重要作用。拖拉机离合器轴承需承受轴向力并满足高转速的要求，从推力球轴承发展到角接触球轴承,离合器轴承规格未统一，均为非标轴承,轴承结构、材料等均由轴承生产厂家设定[1]。拖拉机离合器轴承复杂的工况条件、操控安全性、非标特性等因素使该位置轴承面临更多考验。

文献[2-7]对离合器及离合器轴承的维护和失效进行了研究，但均从应用角度出发，缺乏轴承设计和制造方面的研究。鉴于此，介绍了离合器轴承的工作原理和特点，结合某工程应用中离合器轴承失效情况，提出了相应的改进措施。

1 离合器轴承工作原理及使用工况

现有拖拉机通常采用双离合器，主离合器提供拖拉机行走的动力，副离合器提供拖拉机后挂农具的动力。拖拉机主、副离合器分别对应主、副分离轴承。

1.1 工作原理

某拖拉机离合器典型结构[8]如图1所示，离合器轴承工作原理如下：

1—副离合器从动盘总成；2—副离合器压盘；3—连接杆；4—碟形弹簧；5—主离合器压盘；6—主离合器从动盘总成；7—离合器盖；8—扭簧；9—副离合器分离杠杆；10—副分离杆杆头;11—副分离套筒；12—副分离轴承；13—主分离套筒；14—主分离轴承；15—主分离杆杆头；16—主离合器分离杠杆；17—小杠杆；18—销轴；19—调整螺钉图1 拖拉机离合器典型结构Fig.1 Typical structure of tractor clutch

1)未踩下离合时，飞轮带动离合器总成旋转，主、副分离轴承内圈分别与主、副分离套筒过盈配合，随分离套筒旋转。

2)踩下离合后，主、副离合器分离杠杆杆头与分离轴承外圈端面接触，外圈旋转。力通过离合器分离杠杆传递到离合器分离轴承外圈端面，离合器轴承移向离合器压盘中心，压盘被推离离合器片，使离合器片与飞轮分离。

3)松开离合后，压盘内弹簧压力会将压盘前推，压向离合器片，使离合器片与离合器轴承分离，完成一个工作循环。

1.2 使用工况

主、副分离轴承均为角接触球轴承，结构如图2所示。离合器轴承尺寸小，套圈及钢球材料均为GCr15，保持架材料为尼龙。两轴承外圈端面为工作摩擦接触面，外圈结构与标准轴承不同。主离合轴承单侧带密封，副离合轴承双侧带密封，密封采用接触式氟橡胶双唇密封。润滑方式为脂润滑。

图2 离合器轴承结构示意图Fig.2 Structure diagram of clutch bearing

主、副分离轴承均承受轴向力、径向力和轻微扭矩，相对于轴承额定载荷，受力较小。轴承转速大于2 000 r/min，工作温度大于300 ℃。

2 离合器轴承的失效分析

2.1 失效情况

拖拉机在耕作时因频繁使用离合器多次出现分离轴承烧毁，引起离合器损坏。拆解失效轴承发现：1)内、外圈沟道已无残留润滑脂;2)内圈沟道轻微剥落，内圈部分位置出现变色(图3);3)保持架烧毁、断裂;4) 端面密封材料出现裂纹，唇口部分开裂，密封失效。

图3 内圈滚道失效情况Fig.3 Failure of inner ring raceway

2.2 失效原因

主、副分离轴承分别过盈安装在离合器主、副分离套筒上，内圈转动。踩下离合器后，离合器分离杠杆与分离轴承外圈端面摩擦接触，外圈转动。在离合器频繁操纵工况下，离合器盘式摩擦片之间磨损加剧，产生大量热量，导致离合器内部温度升高。过高的温度引起橡胶密封失效，润滑脂流失，球与沟道磨损加剧等一系列问题，从而引起轴承早期失效。