汽车离合器分离轴承技术发展

内部预载荷 离合器分离轴承内部的压簧， 其主要作用是
保持轴承沿径向相对于塑料轴承座的自调心性 能。一旦轴承找到了它的运转中心， 压簧将在系 统寿命内维持这个位置。离合器分离轴承内的压 簧设计也决定了需要的调心力的大小， 并保证轴 承与塑料轴承座之间的静摩擦力。如果轴承拖拉 的力远大于这种静摩擦力时， 整个轴承会在轴承 座内旋转， 而内、 外套圈之间却没有任何的相对运
* . + " （’’0,） 或常用的以 ’ & , 为单位的公式 * .
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+!# （’0,） （$） $/ 2 1 /// 就离合器分离轴承而言， 其转速总与发动机 的转速相等， 这一点无论对内圈旋转， 还是外圈旋 转结构的离合器分离系统都适用。若我们将 ’$ 和 #$ 代入 （ $） 式， 则可以求得内圈接触点 ! 处线 速度与滚动体的关系式 !#$ （ （#） ’ 4 () 56, !）（’0,） 3/ 2 1 /// & 同样地， 可以求出外圈接触点 " 处线速度与滚动 *$ . 体的关系式： !#% （ （7） ’ 4 () 56, !）（’0,） 3/ 2 1 /// & 由上述内容可知， 对于一个给定的离合器分 *% . 离应用系统， 假若滚动体中心圆直径 ’& 和滚动 则其轴承内圈的线速度比轴 体直径 () 是常数， 承外圈的线速度要小。
因素都使轴承预期寿命大幅提高。同时， 塑料初 次用于滑动摩擦表面， 也减少了旧设计的成本。 沉重的铸铁拨叉利用花键或其他的机械方法安装 在轴上， 在所有的离合器分离轴承系统中占有主 导地位。在某些情况下， 会为这些拨叉配上淬硬 的钢板以获得更持久耐用的效果。 离合器分离系统的主要发 )$ 世纪 -$ 年代， 展目标是减少重量和成本。 !.-# 年， 自调心分离 轴承取得专利权。 自调心性能确保轴承解决了由离合器制造公 差、 相配组件公差等引起的安装误差， 而且这种性 能还可以使离合器分离轴承通过与之接合的膜片 弹簧找到它自己的旋转中心， 并由此在发动机和 变速轴线之间抵消一些径向偏心。苦没有这个特 性， 膜片弹簧和离合器分离轴承间可能由于偏心 率产生严重的滑动， 这种滑动会引起诸如产生过 多的热量、 磨损和噪声等问题。自调心离合器分 离轴承已证明比非自调心离合器分离轴承工作温 度下降 )"/ ， 使用寿命增长 * 倍。
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角接触离合器分离轴承
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内圈转速， % & ’() 外圈转速， % & ’() 保持架转速， % & ’() 滚动体相对于内圈的转速， % & ’(’ 外圈相对于滚动体的转速， % & ’(’ 内沟触点直径， ’’ 轴承滚动体中心圆直径， ’’ 外沟触点直径， ’’ 滚动体直径， ’’ 角速度， %*+ & , 接触角， （- ） 内沟触点线速度， ’& , 外沟触点线速度， ’& , 滚动体线速度， ’& ,
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发展历史回顾
最早的离合器分离轴承仅是用青铜或石墨筒
安装在铸铁或锻钢耳轴上， )$ 世纪初盛行以这种 结构获得较高耐磨性能， 并很快替代了旧式产品。 耐摩擦球轴承开始替 )$ 世纪 ’$ 年代早期， 代石墨和青铜筒。这种轴承结构并非是固定的联 接， 但为了能够适应磨损要求， 促进轴承与离合器 分离杠杆的衔接， 在轴承的接触面上使用摩擦材 料衬垫已成为必然。 后期、 离合器轴承的外型 )$ 世纪 ’$ 年代中、 出现了一些明显的变化。在变速器输入轴上采用 整体式轴承引导或为较长的轴承装配必要的导向 管， 差不多实现了一种更加稳定的系统。 制造离合器分离系 *$ 年代到 "$ 年代期间， 统的主要改进方向是降低尺寸和提高可靠性。在 这一阶段， 油脂质量和密封材料有了大的飞跃。 相对于稠厚的皂化油脂来说， 合成稠化剂的发展 显著地提高了油脂的寿命。另外， 新型合成橡胶 的应用， 例如聚丙烯酸酯、 硅树脂和氟橡胶等， 增 强了温度特性和密封的耐化学侵蚀性。所有这些
塑料轴承座的 #$ 年代后期和 %$ 年代早期， 出现， 进一步减小了轴承的重量并更进一步地降 低了成本。另外， 采用拉深、 淬火的套圈更进一步 地减少了离合器分离轴承的重量， 并提高了其可 靠性。 近来， 系统集成的概念被引入设计过程。以 前， 配置离合器分离控制杆及拨叉是为了适应如 何有效地使用离合器分离轴承， 而系统集成则在 某种程度上鼓励超越单个组件所担负的责任， 更 多地集中于系统机能的设计思想， 这种系统集成 的成效已经给人们留下了深刻的印象。拨叉和轴 承被设计成一个相连接的整体， 替代了一种既非 常笨重又很昂贵的组合。 由于铁或铝制的导向管都有价格高的耐磨损 性能差的特性， 故近来一直致力于减少导向管重 量和降低导向管成本的处理工艺研究， 直到使用 了淬硬钢制材料， 显著地增强了耐磨性能。就驱 动桥装置系统来说， 淬硬钢导向管可以与变速器 万方数据 前轴承合并， 实现深拉杯形圆柱滚子轴承和密封
（编辑： 聂龙宣）
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如果假设在如图 $ 所示的角接触离合器分离 轴承中， 滚动体沿滚道无滑动滚动， 则可以根据给 出的转速求出任一套圈的角速度 #! （ %*+0,） （1） ! . $/ 距旋转轴为 （’’） 处， 可能的线速度为 + 万方数据
离合器分离系统指的是一种切断汽车发动机 与驱动线路间动力传输的机械装置。过去习惯于 使用机械联接或液压装置， 通过离合器分离控制 杆向离合器分离轴承施加压力， 离合器分离轴承 再推动或拉起离合器膜片弹簧， 将发动机从动力 输送线路中分离， 从而实现汽车起步、 停驶及换档 等目的。本文主要介绍离合器轴承的技术发展。
图 " 描述同样性能的轴承其使用寿命相对于 偏心量的关系， 再一次证明了当偏心量增大时， 自 调心轴承的使用寿命实质上并没有退化。
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自调心效果对轴承使用寿命的影响
器分离轴承性能没有任何有害影响， 但仍应引起 关注。 轴承的外部预载荷是由机动车辆制造者的设 计方法以及离合器和分离系统设计的主要要求来 决定的。另一方面， 适宜的外部预载荷还应通过 系统集成方法考虑相对于应用细节的所有影响因 素。 "&’ 离合器分离控制杆与轴承的交互作用 离合器分离轴承塑料轴承座材料的发展引发 了离合器分离控制杆 （拨叉） 和离合器分离轴承之 间动力学交互作用的细致研究。在传统的离合器 分离系统中， 在离合器接合的时候， 离合器分离控 制杆的冠状接触区域沿轴承的后部滑动， 这对轴 承产生一种偏心力并致使离合器分离轴承在导向 管上发生倾斜加大磨损， 最后， 产生不稳定的运转 及造成必须加大踩踏板的力的不良后果。 如果将冠状接触面从离合器分离控制杆改放 到离合器分离轴承座上， 那么， 接触点在离合器接 合期间将随轴承一同移动， 这种特性使接合力比 较直接地传送到轴承的几何中心， 实质上消除了
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《轴承》 !//$ " 8 " /7
所有的倾斜力矩。 !"# 内圈旋转 通过角接触轴承的几何学特性分析， 分离轴 承接触角是内圈接触点直径与外圈接触点直径之 间比率的函数， 另外， 角接触类型离合器分离轴承 最适宜使用固定外圈、 内圈旋转的形式， 其相对于 固定内圈、 外圈旋转的模式可以使寿命显著提高。 使用内圈旋转的另一优势是可以弥散油脂范 围。因为内圈旋转时有将油脂从存储区带入球接
图! 自调心效果对轴承工作温度的影响
动。这种情况常会引发沟道磨损、 产生过多的热 量， 并显著地降低轴承寿命。 "&" 外部预载荷 如果作用在离合器分离系统上的外部预载荷 不足， 在轴承内圈和离合器膜片弹簧指之间可能 出现过多的滑动。试验表明， 按照常规设计控制 杆的离合器分离系统在预载荷不足时， 不仅在其 接触表面上发生磨损， 而且有时还会发出尖叫声。 同时， 塑料轴承座与控制杆之间的滑动也会磨损 其接触表面， 直接地限制了离合器分离系统的寿 命。相反地， 如果外部预载荷太高， 则离合器膜片 弹簧指可能嵌入轮圈内部， 虽然这种情况对离合
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孙爱武等： 汽车离合器分离轴承技术发展
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图 ! 反映了离合器分离轴承工作温度与偏心 量的关系， 该图清楚地揭示出当偏心量逐步升高 时， 非自调心轴承的工作温度显著增高， 而对自调 心轴承则只有非常小的影响。
垫一体化。
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当前的设计思维
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!国外轴承科技"
汽车离合器分离轴承技术发展
孙爱武， 荣潍剑， 马明君
（牡丹江伯瑞克金属制;#$!!）
摘要： 对离合器分离轴承技术主要发展历史进行了描述， 同时除离合器分离轴承外， 文中还揭示了与离合器分 离轴承相连的构件的相关设计研究， 并尝试解释工作系统内所有控制件的单个设计特性及系统内连接构件 间的相互影响。 关键词： 汽车； 离合器分离轴承 中图分类号： %&!’’ ( ’’!； %&!’) ( *! 文献标识码： + 文章编号： （)$$’） !$$$ , ’#-) $" , $$*- , $’
触区域的趋势， 而外圈旋转则有将油脂从贮存洞 穴向外部离心甩动的趋势， 这可能会使滚动体与 内圈在旋转接触时因缺油而磨损， 并导致润滑油 薄膜破坏， 产生过早失效。 该原理可以更进一步地用数学方法来阐明。 如图 $ 所示， 点 ! 位于滚动体圆周上， 同时又是 与内沟接触的接触点中心， 点 " 位于滚动体圆周 上， 同时又是与外沟接触的接触点中心， 图中使用 的其他名称含义如下：