第3代輪轂軸承單元軸向游隙影響因素的正交試驗(yàn)

殷杰，胡文中，邱峰，張家鑫

(比亞迪汽車(chē)有限公司 轉(zhuǎn)向器工廠，廣東 深圳 518118)

游隙是雙列角接觸球軸承的重要參數(shù)之一，其影響到軸承的載荷分布、振動(dòng)、噪聲、摩擦力矩和壽命，與軸承的配合、載荷、使用條件、潤(rùn)滑方式及軸承零件的公差分配都有直接關(guān)系，很多情況下幾乎不可能精確檢測(cè)。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，可通過(guò)調(diào)整軸向游隙來(lái)保證軸承整體游隙；而軸向負(fù)游隙可通過(guò)啟動(dòng)力矩來(lái)定性判斷。

由于受諸如外圈的溝心距、凸緣和內(nèi)圈的溝位置、溝曲率半徑、溝道直徑的加工精度、鋼球直徑、密封圈及潤(rùn)滑脂等的制約，目前在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)法給出準(zhǔn)確的溝位置差以確保負(fù)游隙，因此需要通過(guò)工藝試驗(yàn)尋找出合適的工藝參數(shù)指導(dǎo)生產(chǎn)。下文介紹的是在保證各零部件的溝曲率半徑和溝道加工精度、密封及潤(rùn)滑效果等可控因素的前提條件下，通過(guò)正交試驗(yàn)探尋選配參數(shù)對(duì)第3代汽車(chē)輪轂軸承單元軸向負(fù)游隙的影響。

1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)使用雙列角接觸球軸承，其主要設(shè)計(jì)參數(shù)有：鋼球直徑Dw、鋼球數(shù)Z、接觸角α、溝曲率半徑ri和re、溝道直徑E和F、外圈溝心距Le、內(nèi)圈溝位置ai及凸緣溝位置ae等(圖1)。選配時(shí)，按相隔0.005mm分檔，內(nèi)、外圈和凸緣的溝曲率半徑各分為8個(gè)檔位；內(nèi)圈、外圈、凸緣溝道直徑各分為6個(gè)檔位；鋼球分為0，±2，±5和±8 μm共7個(gè)檔位；內(nèi)圈與凸緣配合過(guò)盈量為0.015～0.42 mm；鎖緊螺母的鎖緊力矩為90 ～180 N·m。

1—螺母；2—內(nèi)圈；3—外圈；4—鋼球；5—凸緣圖1 軸承設(shè)計(jì)參數(shù)

2 因素及水平確定

在實(shí)際裝配中，軸承的軸向負(fù)游隙Ga是無(wú)法測(cè)得的，但徑向游隙Gr可通過(guò)測(cè)量數(shù)值計(jì)算求得。影響徑向游隙Gr的主要因素是外圈溝道直徑E、內(nèi)圈溝道直徑F和鋼球直徑Dw，其關(guān)系為

Gr=E-F-2Dw。

(1)

而實(shí)配中以軸承零件脫離公稱(chēng)尺寸的偏差選別分組，配套計(jì)算時(shí)的公式為

(2)

溝位置差決定內(nèi)圈小端面與凸緣軸端臺(tái)階是否貼合，在裝配工序中影響內(nèi)圈與凸緣集成時(shí)所使用的鎖緊力矩大小。由圖1中幾何關(guān)系可知，影響溝位置差Δa的主要因素為外圈溝心距Le、內(nèi)圈溝位置ai及凸緣溝位置ae，其關(guān)系為

Δa=Le-ai-ae。

(3)

內(nèi)圈與輪轂的集成為過(guò)盈配合，當(dāng)內(nèi)圈裝入輪轂時(shí)，由于過(guò)盈量的影響，會(huì)導(dǎo)致溝徑稍有增加而影響游隙，同時(shí)該過(guò)盈量也影響到鎖緊力矩。

以上參數(shù)能夠合理地將各個(gè)零部件的尺寸融合在一起，確定因素及水平見(jiàn)表1。表1中，A——徑向游隙，mm;B——溝位置差，mm;C——配合過(guò)盈量，mm；D——鎖緊力矩，N·m。

表1 因素及水平

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

選取以上4個(gè)因素時(shí)，各個(gè)零部件之間存在尺寸方面的聯(lián)系，即徑向游隙和溝位置差之間、徑向游隙和配合過(guò)盈量之間存在交叉作用。選用L8(27)2水平7因素正交試驗(yàn)表，最少試驗(yàn)8次，記錄各次試驗(yàn)中的啟動(dòng)力矩大小，結(jié)果見(jiàn)表2，變化趨勢(shì)如圖2所示。

圖2 各因素對(duì)啟動(dòng)力矩的影響趨勢(shì)

由表2數(shù)據(jù)可知：影響啟動(dòng)力矩的6個(gè)因素中，溝位置差影響最大，徑向游隙影響其次，為重要考察因素；徑向游隙與過(guò)盈量的交互作用、溝位置差與過(guò)盈量的交互作用、鎖緊力矩、配合過(guò)盈量等影響小，為次要因素；徑向游隙和配合過(guò)盈量的交互作用、溝位置差和配合過(guò)盈量的交互作用是由誤差引起的，可以忽略。

表2 正交試驗(yàn)及結(jié)果

圖2趨勢(shì)表明：徑向游隙越小，溝位置差越大，配合過(guò)盈量越小，鎖緊力矩越大，啟動(dòng)力矩也越大；反之，啟動(dòng)力矩越小。

以上分析結(jié)果為后續(xù)試驗(yàn)探尋最佳值提供了重要的指導(dǎo)作用。當(dāng)裝配后啟動(dòng)力矩符合理論設(shè)計(jì)游隙值所能達(dá)到的效果0.45 ～0.6 N·m時(shí)(圖2中兩水平線構(gòu)成的區(qū)域)，各參數(shù)值的范圍是：徑向游隙為0.002～0.011 mm；溝位置差為-0.08～-0.07 mm；配合過(guò)盈量為0.013～0.028 mm；鎖緊力矩為100 ～130 N·m。

4 結(jié)束語(yǔ)

試驗(yàn)分析表明：第3代輪轂軸承單元裝配中，4個(gè)因素對(duì)軸向游隙的敏感性大小順序?yàn)闇衔恢貌?、徑向游隙、配合過(guò)盈量和鎖緊力矩，當(dāng)溝位置差控制在-0.08～ -0.07mm，徑向游隙控制在0.002～0.011 mm時(shí)，實(shí)配滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。運(yùn)用正交試驗(yàn)得到的結(jié)論與一般裝配經(jīng)驗(yàn)相符，因此該方法具有一定的可靠性，同時(shí)試驗(yàn)結(jié)果為改善零部件工藝提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。