第3代轮毂轴承单元轴向游隙影响因素的正交试验

殷杰，胡文中，邱峰，张家鑫

(比亚迪汽车有限公司 转向器工厂，广东 深圳 518118)

游隙是双列角接触球轴承的重要参数之一，其影响到轴承的载荷分布、振动、噪声、摩擦力矩和寿命，与轴承的配合、载荷、使用条件、润滑方式及轴承零件的公差分配都有直接关系，很多情况下几乎不可能精确检测。实际生产过程中，可通过调整轴向游隙来保证轴承整体游隙；而轴向负游隙可通过启动力矩来定性判断。

由于受诸如外圈的沟心距、凸缘和内圈的沟位置、沟曲率半径、沟道直径的加工精度、钢球直径、密封圈及润滑脂等的制约，目前在产品设计时无法给出准确的沟位置差以确保负游隙，因此需要通过工艺试验寻找出合适的工艺参数指导生产。下文介绍的是在保证各零部件的沟曲率半径和沟道加工精度、密封及润滑效果等可控因素的前提条件下，通过正交试验探寻选配参数对第3代汽车轮毂轴承单元轴向负游隙的影响。

1 试验条件

试验使用双列角接触球轴承，其主要设计参数有：钢球直径Dw、钢球数Z、接触角α、沟曲率半径ri和re、沟道直径E和F、外圈沟心距Le、内圈沟位置ai及凸缘沟位置ae等(图1)。选配时，按相隔0.005mm分档，内、外圈和凸缘的沟曲率半径各分为8个档位；内圈、外圈、凸缘沟道直径各分为6个档位；钢球分为0，±2，±5和±8 μm共7个档位；内圈与凸缘配合过盈量为0.015～0.42 mm；锁紧螺母的锁紧力矩为90 ～180 N·m。

1—螺母；2—内圈；3—外圈；4—钢球；5—凸缘图1 轴承设计参数

2 因素及水平确定

在实际装配中，轴承的轴向负游隙Ga是无法测得的，但径向游隙Gr可通过测量数值计算求得。影响径向游隙Gr的主要因素是外圈沟道直径E、内圈沟道直径F和钢球直径Dw，其关系为

Gr=E-F-2Dw。

(1)

而实配中以轴承零件脱离公称尺寸的偏差选别分组，配套计算时的公式为

(2)

沟位置差决定内圈小端面与凸缘轴端台阶是否贴合，在装配工序中影响内圈与凸缘集成时所使用的锁紧力矩大小。由图1中几何关系可知，影响沟位置差Δa的主要因素为外圈沟心距Le、内圈沟位置ai及凸缘沟位置ae，其关系为

Δa=Le-ai-ae。

(3)

内圈与轮毂的集成为过盈配合，当内圈装入轮毂时，由于过盈量的影响，会导致沟径稍有增加而影响游隙，同时该过盈量也影响到锁紧力矩。

以上参数能够合理地将各个零部件的尺寸融合在一起，确定因素及水平见表1。表1中，A——径向游隙，mm;B——沟位置差，mm;C——配合过盈量，mm；D——锁紧力矩，N·m。

表1 因素及水平

3 试验结果及分析

选取以上4个因素时，各个零部件之间存在尺寸方面的联系，即径向游隙和沟位置差之间、径向游隙和配合过盈量之间存在交叉作用。选用L8(27)2水平7因素正交试验表，最少试验8次，记录各次试验中的启动力矩大小，结果见表2，变化趋势如图2所示。

图2 各因素对启动力矩的影响趋势

由表2数据可知：影响启动力矩的6个因素中，沟位置差影响最大，径向游隙影响其次，为重要考察因素；径向游隙与过盈量的交互作用、沟位置差与过盈量的交互作用、锁紧力矩、配合过盈量等影响小，为次要因素；径向游隙和配合过盈量的交互作用、沟位置差和配合过盈量的交互作用是由误差引起的，可以忽略。

表2 正交试验及结果

图2趋势表明：径向游隙越小，沟位置差越大，配合过盈量越小，锁紧力矩越大，启动力矩也越大；反之，启动力矩越小。

以上分析结果为后续试验探寻最佳值提供了重要的指导作用。当装配后启动力矩符合理论设计游隙值所能达到的效果0.45 ～0.6 N·m时(图2中两水平线构成的区域)，各参数值的范围是：径向游隙为0.002～0.011 mm；沟位置差为-0.08～-0.07 mm；配合过盈量为0.013～0.028 mm；锁紧力矩为100 ～130 N·m。

4 结束语

试验分析表明：第3代轮毂轴承单元装配中，4个因素对轴向游隙的敏感性大小顺序为沟位置差、径向游隙、配合过盈量和锁紧力矩，当沟位置差控制在-0.08～ -0.07mm，径向游隙控制在0.002～0.011 mm时，实配满足设计要求。运用正交试验得到的结论与一般装配经验相符，因此该方法具有一定的可靠性，同时试验结果为改善零部件工艺提供了可靠的数据支持。