汽车转向器推力球轴承接触角的定量测量

郭晓阳，赵 飞，刘斌斌，黄 贞，李海强

（1.洛阳LYC轴承有限公司，河南洛阳471039；2.航空精密轴承国家重点实验室，河南洛阳471039；3.晋西工业集团有限责任公司，太原030027）

1 概述

汽车转向器推力球轴承结构特殊，如图1所示。外圈是由两个半圈拼配而成，内圈和螺杆为一体，轴承沟道形状为桃形沟，外圈、螺杆和钢球共同构成了汽车转向器的重要组成部分[1-4]。

图1 汽车转向器推力球轴承

对于轴承接触角的检测，目前使用一种旋转式沟接触点检具[5]。该检具是首次提出的测量汽车转向器轴承接触角的一种检测方式。它以模拟用户现场安装情况来实现对轴承接触角的检测（如图2），以印记法保证接触点位置的准确性，在长期使用中得到了较好的效果。但是该检具的缺点是无法测出汽车转向器轴承接触角的具体数值。

图2 旋转式沟接触点检具

为了完善汽车转向器轴承接触角的检测手段。亟需一种定量测量方式来指导现场加工及满足用户需求。

2 接触角的测量原理

如图3所示，接触角是套圈和钢球接触处的法线与轴承轴向平面的夹角，此角度的测量可以通过求解直角三角形中两条边的长度来实现，此直角三角形的斜边长度可以通过套圈沟道的半径与钢球半径的差值求得，一条直角边的长度可以由偏心量和套圈间隙的二分之一的差值求得。因此，轴承接触角的测量转化为测量套圈沟道半径的实测值和偏心量的数值。

图3 接触角几何关系

在直角三角形O1O2B中，

式中，R—沟道曲率半径，mm；e—偏心量，mm；α—轴承接触角；L—两个套圈端面之间的间隙值，mm；Dw—钢球直径，mm

其中L值与轴承中外套两个半圈是否闭合有关。测出套圈沟道半径实测值R和偏心量e后，便可计算出接触角的真实数值。将式（1）转换如下，得到非闭合接触角α的测量理论公式。

当轴承外套两半圈闭合时，两个外圈之间没有间隙，L值为零，因此封闭式转向器轴承的接触角公式为

3 沟道半径和偏心量的测量方法

套圈沟道半径和偏心量使用粗糙度轮廓仪来测量，测头使用斧形触针，把套圈斜放在工作台上后测头对准沟底，找到沟底后再把测头移动到沟道最左边，根据不同型号的套圈设定好取样长度，开始取样后测头移动区域覆盖整个沟道并且过渡到套圈端面的一半以上。在电脑上生成的图形完整反映了套圈沟道和端面的表面形状（如图4）。然后把生成的图形切换到AutoCAD软件中，使用CAD的功能测出沟道的实测半径和偏心量的数值（如图5）。

图4 沟道和端面形状示意图

4 实例计算

以K40轴承为例，外套两半圈为非闭合结构，外圈安装到转向器阀体后非闭合间隙之间安装垫片用来与外界隔开。查看产品图纸可知K40的L值为1.5，钢球直径Dw=7.1438。随机选取一个K40外圈，使用文中所述方法测得偏心量e=1.0678，沟道曲率半径R=4.0468，代入式（2）中，可以计算出轴承接触角α=47.99°，计算结果在图纸设计要求45°±5°范围内。

图5 沟道半径和偏心量

5 结语

通过接触角的几何关系转化，提出了一种测算转向器推力球轴承接触角数值的方法，完善了汽车转向器轴承原始接触角的测量方式，与原来的定性测量方法互相补充，减少了使用印记法测量接触角人工误判的概率，使得产品的质量得到了保证，同时满足了用户的要求。