汽車轉向器推力球軸承接觸角的定量測量

郭曉陽，趙 飛，劉斌斌，黃 貞，李海強

（1.洛陽LYC軸承有限公司，河南洛陽471039；2.航空精密軸承國家重點實驗室，河南洛陽471039；3.晉西工業集團有限責任公司，太原030027）

1 概述

汽車轉向器推力球軸承結構特殊，如圖1所示。外圈是由兩個半圈拼配而成，內圈和螺桿為一體，軸承溝道形狀為桃形溝，外圈、螺桿和鋼球共同構成了汽車轉向器的重要組成部分[1-4]。

圖1 汽車轉向器推力球軸承

對于軸承接觸角的檢測，目前使用一種旋轉式溝接觸點檢具[5]。該檢具是首次提出的測量汽車轉向器軸承接觸角的一種檢測方式。它以模擬用戶現場安裝情況來實現對軸承接觸角的檢測（如圖2），以印記法保證接觸點位置的準確性，在長期使用中得到了較好的效果。但是該檢具的缺點是無法測出汽車轉向器軸承接觸角的具體數值。

圖2 旋轉式溝接觸點檢具

為了完善汽車轉向器軸承接觸角的檢測手段。亟需一種定量測量方式來指導現場加工及滿足用戶需求。

2 接觸角的測量原理

如圖3所示，接觸角是套圈和鋼球接觸處的法線與軸承軸向平面的夾角，此角度的測量可以通過求解直角三角形中兩條邊的長度來實現，此直角三角形的斜邊長度可以通過套圈溝道的半徑與鋼球半徑的差值求得，一條直角邊的長度可以由偏心量和套圈間隙的二分之一的差值求得。因此，軸承接觸角的測量轉化為測量套圈溝道半徑的實測值和偏心量的數值。

圖3 接觸角幾何關系

在直角三角形O1O2B中，

式中，R—溝道曲率半徑，mm；e—偏心量，mm；α—軸承接觸角；L—兩個套圈端面之間的間隙值，mm；Dw—鋼球直徑，mm

其中L值與軸承中外套兩個半圈是否閉合有關。測出套圈溝道半徑實測值R和偏心量e后，便可計算出接觸角的真實數值。將式（1）轉換如下，得到非閉合接觸角α的測量理論公式。

當軸承外套兩半圈閉合時，兩個外圈之間沒有間隙，L值為零，因此封閉式轉向器軸承的接觸角公式為

3 溝道半徑和偏心量的測量方法

套圈溝道半徑和偏心量使用粗糙度輪廓儀來測量，測頭使用斧形觸針，把套圈斜放在工作臺上后測頭對準溝底，找到溝底后再把測頭移動到溝道最左邊，根據不同型號的套圈設定好取樣長度，開始取樣后測頭移動區域覆蓋整個溝道并且過渡到套圈端面的一半以上。在電腦上生成的圖形完整反映了套圈溝道和端面的表面形狀（如圖4）。然后把生成的圖形切換到AutoCAD軟件中，使用CAD的功能測出溝道的實測半徑和偏心量的數值（如圖5）。

圖4 溝道和端面形狀示意圖

4 實例計算

以K40軸承為例，外套兩半圈為非閉合結構，外圈安裝到轉向器閥體后非閉合間隙之間安裝墊片用來與外界隔開。查看產品圖紙可知K40的L值為1.5，鋼球直徑Dw=7.1438。隨機選取一個K40外圈，使用文中所述方法測得偏心量e=1.0678，溝道曲率半徑R=4.0468，代入式（2）中，可以計算出軸承接觸角α=47.99°，計算結果在圖紙設計要求45°±5°范圍內。

圖5 溝道半徑和偏心量

5 結語

通過接觸角的幾何關系轉化，提出了一種測算轉向器推力球軸承接觸角數值的方法，完善了汽車轉向器軸承原始接觸角的測量方式，與原來的定性測量方法互相補充，減少了使用印記法測量接觸角人工誤判的概率，使得產品的質量得到了保證，同時滿足了用戶的要求。