傳動系統(tǒng)材料的技術(shù)動向

  傳動系統(tǒng)具有在有限的空間中盡可能地使發(fā)動機產(chǎn)生的動力沒有損失地傳遞到車軸的功能。CVT鋼帶可用于無級變速,因此在各種車速中可以利用發(fā)動機的最高燃燒效率的旋轉(zhuǎn)數(shù)進行運轉(zhuǎn),使燃耗性能比有級式自動變速器(AT)大大提高。CVT鋼帶能很好地提高發(fā)動機的燃燒性能,因此使用CVT鋼帶的車輛種類逐年增加。目前,扭矩大的CVT鋼帶可應(yīng)用于排氣量高達3.5升的發(fā)動機;帶有副變速器、變速比范圍大,同時結(jié)構(gòu)小型化的CVT裝置,尤其是可應(yīng)用于混合動力車輛的CVT裝置也已投放市場。

  齒輪的材料技術(shù)。近年來,為應(yīng)對齒輪的高扭矩化和小型化的需求,要求傳動系統(tǒng)內(nèi)的齒輪必須具有高的齒根疲勞強度、高的抗沖擊強度和高的抗點蝕強度。為提高齒根的疲勞強度,一般是采用噴丸硬化處理技術(shù),它容易使齒輪表面產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力。目前,除了噴丸硬化處理技術(shù)外,為進一步提高壓縮應(yīng)力,還采用了兩段噴丸硬化處理技術(shù)。除此之外,氣體滲碳時產(chǎn)生的表面晶界氧化層深度也會對強度造成不良影響。而采用真空滲碳法能有效去除晶界氧化現(xiàn)象。

  另外,在真空滲碳后,放入硬度(HV)比被處理材高50—250左右的硬鋼粒進行噴丸硬化處理,會產(chǎn)生更高的壓縮殘余應(yīng)力和加工硬化,大大提高疲勞強度。因此,從材料和處理技術(shù)兩方面結(jié)合起來,可使齒根強度得到飛躍性提高。

  另一方面,確保齒面的抗點蝕性能也是一個重要的課題。近年來,即使在正常齒面潤滑狀態(tài)下,由于有時溫度會上升至300℃左右,為防止表面硬化層因發(fā)熱而產(chǎn)生軟化的現(xiàn)象,因此,添加的Si和Cr量比JIS鋼高,且抗回火性更高的高耐面壓齒輪用鋼已應(yīng)用于實際。另外,對于采用合金元素來提高高溫強度的鋼,還開發(fā)了采用滲碳氮化處理來提高抗回火性的技術(shù)和將抗回火性能高的材料與滲碳氮化處理組合的技術(shù),并已應(yīng)用于實際。有研究指出,在對真空滲碳部件進行噴丸硬化處理時,不僅要提高齒面的常溫硬度和壓縮殘余應(yīng)力,而且還要提高300℃的回火硬度,由此可進一步提高抗點蝕強度。

  如上所述,為使齒輪達到高強度,重要的是要將鋼材和熱處理及噴丸硬化處理等技術(shù)結(jié)合起來。另外,最近隨著HEV和EV車輛的普及,要求提高EV行駛時的靜音性,因此降低齒輪噪音也成為了重要課題之一。為降低齒輪噪音,要求齒厚的精度要高。今后還要考慮將材料和加工技術(shù),如考慮將低應(yīng)變鋼和減小淬火時的熱處理變形的惰性氣體淬火技術(shù)進行最佳組合,這對提高靜音性也是很重要的。

  CVT鋼帶輪的材料技術(shù)。與齒輪相比,對鋼帶輪的質(zhì)量和體積的要求都很高,為實現(xiàn)CVT的大容量化和輕量緊湊化,鋼帶輪是關(guān)鍵零部件之一。尤其是,金屬帶或與傳動鏈的接觸面(以下稱“滑輪面”)具有傳遞扭矩的重要功能。滑輪面對于抑制因金屬的微小接觸和微小滑動而使表面產(chǎn)生微細(xì)龜裂(剝落磨損)來說是很重要的。為抑制剝落磨損的發(fā)生,有效的辦法是提高接觸面的硬度,微粒剝落處理技術(shù)已應(yīng)用于實際。

  另外,如果滑輪因液壓的作用而使皮帶或鏈條的張緊力過度下降,就會產(chǎn)生滑動損失。相反,如果張緊力過高,液壓系的負(fù)載會增大,會產(chǎn)生摩擦損耗。因此,為有效控制摩擦系數(shù),不損壞抗剝落的磨損性,還開發(fā)了優(yōu)化滑輪表面性狀的技術(shù)。尤其是,為提高生產(chǎn)率,采用高的滲碳溫度和真空滲碳化技術(shù)來縮短滲碳時間也是一個很重要的課題。雖然鋼帶已采取了防止因AlN析出物而使晶粒粗化的措施,但在滲碳溫度超過1000℃的高溫情況下,AlN會發(fā)生固溶,無法有效抑制晶粒的生長。因此,研究了能使高溫穩(wěn)定性更高的Nb和Ti等碳氮化物彌散的鋼材,或采用添加Nb的鋼材。

  為進一步提高發(fā)動機和傳動系統(tǒng)的效率,開發(fā)摩擦力更小和強度更高的材料是不可或缺的。對于電動汽車來說,進一步提高磁性材料的性能和降低生產(chǎn)成本的技術(shù)是很重要的。另外,車身的輕量化對減少CO2排放也是有效的手段之一。尤其是,最近在縮小尺寸的渦輪和電動動力系車輛中,與以往的大排量發(fā)動機相比,車身重量與燃料效率的相互關(guān)系非常大。因此,各汽車制造商一面緊盯生產(chǎn)成本,一面積極開發(fā)多功能材料的汽車,將高強度鋼材、鋁、鎂材和CFRP等輕量材料應(yīng)用于汽車的不同部位。這也表明材料技術(shù)的開發(fā)仍是關(guān)鍵。