[发明专利]车辆主动锥齿轮单元及其双列圆锥滚子轴承

说明书

一种用于车辆主减速器(100)的主锥齿轮单元(10)，包含能够固定在主减速器壳体(101)上的轴承座(11)和能够以背靠背方式设置在轴承座(11)内沿径向突伸的挡肩(13)两侧的双列圆锥滚子轴承(12，14)。所述双列轴承(12，14)中的至少一列采用内圈加长结构，其内圈加长部(12a，14a)能够确保双列轴承(12，14)在装配过程中能够以内圈直接抵靠的方式来实现正确预紧。该主锥齿轮单元直接以双列轴承的内圈抵靠来实现精确预紧，避免了在装配阶段对轴承进行轴距调整的必要，消除了使用隔圈所带来的诸多不便，显著提高了系统的装配效率。

技术领域

本发明涉及一种在车辆末端驱动中使用的主动锥齿轮单元以及该主动锥齿轮单元中所采用的双列圆锥滚子轴承。

背景技术

如图1所示，车辆末端驱动中的主减速器单元(main gear unit/final driveunit)100用于将变速箱输出的扭矩传递至车辆的后轮。其中，主动锥齿轮(drive bevelgear/pinion)20与从动锥齿轮(driven bevel gear)40的正确啮合是实现这种扭矩传递的关键。为确保上述两副齿轮能够在各种负荷条件下始终处于正确的啮合位置，主动锥齿轮20在轴向和径向上的任何移位和变形都应当尽量避免。为此，主动锥齿轮单元(vehicularpinion unit)10和导向轴承(spigot bearing)30在设计上为主动锥齿轮轴(pinionshaft)21提供双侧支撑，防止主动锥齿轮20在轴向和径向上发生移位和变形，以免不当啮合导致两副齿轮之间发生震动、噪音和提前磨损。

图2为主动锥齿轮单元10的放大截面图。如图所示，主动锥齿轮单元10采用双列圆锥滚子轴承12和14，以背靠背的方式设置在主动锥齿轮单元壳体(亦称“轴承座”)11中沿径向伸出的挡肩13的两侧空间内。轴承座11被设置为通过螺栓能够可靠固定在主减速器单元100的壳体101上。为表述方便，在轴向上靠近主动锥齿轮20的圆锥滚子轴承12被定义为头轴承(head bearing)，在轴向上远离主动锥齿轮20的圆锥滚子轴承14被定义为尾轴承(tail bearing)。头、尾轴承12和14成对设置，为主动锥齿轮轴21提供轴向和径向支撑。为确保实现刚性支撑，双列圆锥滚子轴承12和14在装配阶段必须实现合理的预紧。

众所周知，圆锥滚子轴承的预紧是通过对其内、外圈进行轴向调节，来消除轴承内部的轴向游隙和径向游隙。预紧的程度对轴承内部游隙的敏感度非常高。如图3所示，仅在一个狭小的负游隙区间P(在本文中称为“最佳游隙区间”，此时滚动体与内外、圈之间产生轻微程度的接触形变)内，滚动轴承才能够达到最佳的预紧状态。在除此以外的其他大部分游隙区间内，轴承的预期寿命均会显著降低。尤其当游隙范围低于最佳游隙区间P时，轴承的内部应力会急剧增加，导致温升陡增，寿命剧减，甚至会出现卡死现象。最佳游隙区间P的尺寸范围非常狭小，通常不超过几十微米，因此可靠预紧对游隙范围的要求非常高。

然而，在现有技术条件下，轴承的预紧却难以精确实现。如图2所示，现有的预紧模式是在头轴承12和尾轴承14的内圈之间设置隔圈(spacer)15来实现的。隔圈的尺寸到底多少才合适，需要在装配过程中逐一尝试。为此，厂家必须准备几十种不同厚度的隔圈，以备更换调配之用。在每次尝试(装配)之后，装配人员都必须以力矩测量仪进行测量或者以手动的方式感知扭转轴承所需的转矩，以此来判断双列轴承是否已实现正确预紧。理论上讲，转矩过大，则说明轴承预紧过度，内部游隙不足，会严重缩短轴承的使用寿命；转矩过小，则说明轴承内部游隙过大，难以提供主动锥齿轮轴所需的刚性支撑。采用力矩测量仪来衡量轴承的预紧程度在实践中被证明并不可靠，因而极少采用。在实践中更多采用的还是依靠作业人员的感知和经验进行逐一尝试和更换。但在这种人工感知的模式下，轴承的初次安装预紧，更多地取决于隔圈的随机选取，使得精确预紧成为小概率事件。即使允许多次调换隔圈，也需要反复拆卸和调试，耗时费力，使装配工艺成为生产效率的瓶颈，耗费的人工成本也居高不下。业界期盼一种能够通过简单装配即可实现精确预紧的产品和方法。

发明内容