摩托車轉向軸承結構改進方案

萬寧生

(江西中春機床軸承制造有限公司，江西 撫州 344000)

摩托車轉向軸承(以下簡稱轉向軸承)是一種安裝在車架立管和前叉方向柱上的專用軸承。摩托車方向柱設有限位擋塊，方向把回轉角小于45°，轉向軸承只作擺動運動，承受以軸向載荷為主的軸向、徑向聯合載荷。由于受車架立管徑向尺寸的限制，轉向軸承的載荷容量較大。為便于前叉的裝配和調整，轉向軸承應具有一定的調心功能。轉向軸承安裝部位無潤滑孔，日常保養時加注潤滑脂困難，要求應具備自潤滑功能。為了適應激烈的市場競爭,制造成本也要低。

1 現狀及存在的問題

轉向軸承目前普遍使用推力角接觸球軸承，該類型軸承能滿足作擺動運動、調心功能以及一般載荷的要求，但對于有較高載荷要求的摩托車來說，承載能力較低。由于轉向軸承的結構和加工工藝的原因，材料利用率低(一般為40%左右)，加工工序多，成本高；此外，無自潤滑功能，難以滿足長時間行駛的潤滑要求。

為了提高轉向軸承的承載能力，有的摩托車生產廠家采用32000系列圓錐滾子軸承。這種類型軸承以承受徑向載荷為主，也可以承受軸向載荷，即便能滿足軸向載荷的要求，但仍存在以下不足：(1)沒有調心功能，因而對摩托車車架立管的形位公差要求較高；(2)為適應軸承外徑尺寸，需加大車架立管的徑向尺寸，增加了制造成本；(3)價格較高。上述原因使摩托車生產廠家難以普遍采用。也有摩托車生產廠家試圖采用31300系列圓錐滾子軸承，也因為上述原因難以實現。

2 角接觸推力關節軸承

角接觸推力關節軸承是一種接觸角α∈(30°，90°)的以球面為滑動支承的軸承，承受以軸向載荷為主的軸向、徑向聯合載荷，在相同的外徑尺寸下，載荷容量大，適用于速度較低的擺動運動。由于軸承滑動表面為球形面，因此可以在支承軸與軸殼孔同軸度誤差較大時正常工作。如果軸承座圈采用新型復合材料，軸承將具有自潤滑功能。

2.1 結構對比

圖1～圖4為目前摩托車廠家廣泛使用的4種典型結構的推力角接觸球軸承和改進后對應的角接觸推力關節軸承。從圖中可以看出，在不改變原軸承裝配尺寸和壓力角的情況下，角接觸推力關節軸承可以滿足摩托車車架立管和前叉方向柱安裝的尺寸要求。

2.2 載荷對比分析

將圖1～圖4對應的轉向軸承分別按GB/T 4662—2003《滾動軸承 額定靜載荷》和JB/T 8567—1997《關節軸承 額定靜載荷》計算其額定軸向靜載荷。計算結果表明，無論是采用鋼/鋼摩擦副還是采用鋼/PTFE摩擦副，角接觸推力關節軸承軸向額定靜載荷都數倍于點接觸的推力角接觸球軸承。這里有兩點需要說明：(1)實際使用的推力角接觸球軸承，其溝曲率系數按大于0.54設計，所以轉向軸承實際承載能力比計算值要小；(2)有的摩托車生產廠家為了避免在裝配線輸送過程中鋼球跌落和提高裝配填球效率，將軸承的滿裝球結構改為帶保持架的結構，減少了鋼球數，因而實際承載能力比計算值更小。

圖1 類型1對比圖

圖2 類型2對比圖

圖3 類型3對比圖

圖4 類型4對比圖

2.3 工藝性與成本分析

角接觸推力關節軸承載荷容量大，不需要改變摩托車車架立管和前叉方向柱現有的結構尺寸，工藝繼承性好；軸承零件形狀簡單，便于加工，降低了制造成本。由于關節軸承具有較強的調心功能，對摩托車車架立管較大的同軸度誤差適應性好，降低了摩托車車架的制造成本。隨著具有較強承載能力和自潤滑功能的新型復合工程塑料的應用，若角接觸推力關節軸承的座圈實現注塑成形，其功能齊全，性能優良，結構簡單，成本低廉的特點將更加突出。

3 結束語

在對目前轉向軸承的使用現狀及存在的問題進行分析的基礎上，設計了角接觸推力關節軸承結構類型的轉向軸承，其能夠滿足現行轉向軸承裝配尺寸和壓力角的要求，且在承載能力、潤滑、工藝性以及制造成本等方面具有優越性。