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(lián)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(yǎng)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(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)廠家難以普遍采用。也有摩托車生產(chǎn)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(xiàn)。

2 角接觸推力關節(jié)軸承

角接觸推力關節(jié)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(lián)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)軸承軸向額定靜載荷都數(shù)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(shù)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(chǎn)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(shù)，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(jié)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(xiàn)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(jié)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(jié)軸承的座圈實現(xiàn)注塑成形，其功能齊全，性能優(yōu)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(xiàn)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(jié)軸承結構類型的轉向軸承，其能夠滿足現(xiàn)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(yōu)越性。