郭曉陽(yáng)，趙 飛，劉斌斌，黃 貞，李海強(qiáng)

（1.洛陽(yáng)LYC軸承有限公司，河南洛陽(yáng)471039；2.航空精密軸承國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南洛陽(yáng)471039；3.晉西工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，太原030027）

1 概述

汽車轉(zhuǎn)向器推力球軸承結(jié)構(gòu)特殊，如圖1所示。外圈是由兩個(gè)半圈拼配而成，內(nèi)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(gòu)成了汽車轉(zhuǎn)向器的重要組成部分[1-4]。

圖1 汽車轉(zhuǎn)向器推力球軸承

對(duì)于軸承接觸角的檢測(cè)，目前使用一種旋轉(zhuǎn)式溝接觸點(diǎn)檢具[5]。該檢具是首次提出的測(cè)量汽車轉(zhuǎn)向器軸承接觸角的一種檢測(cè)方式。它以模擬用戶現(xiàn)場(chǎng)安裝情況來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)軸承接觸角的檢測(cè)（如圖2），以印記法保證接觸點(diǎn)位置的準(zhǔn)確性，在長(zhǎng)期使用中得到了較好的效果。但是該檢具的缺點(diǎn)是無(wú)法測(cè)出汽車轉(zhuǎn)向器軸承接觸角的具體數(shù)值。

圖2 旋轉(zhuǎn)式溝接觸點(diǎn)檢具

為了完善汽車轉(zhuǎn)向器軸承接觸角的檢測(cè)手段。亟需一種定量測(cè)量方式來(lái)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)加工及滿足用戶需求。

2 接觸角的測(cè)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(cè)量可以通過(guò)求解直角三角形中兩條邊的長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)，此直角三角形的斜邊長(zhǎng)度可以通過(guò)套圈溝道的半徑與鋼球半徑的差值求得，一條直角邊的長(zhǎng)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(cè)量轉(zhuǎn)化為測(cè)量套圈溝道半徑的實(shí)測(cè)值和偏心量的數(shù)值。

圖3 接觸角幾何關(guān)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(gè)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(gè)半圈是否閉合有關(guān)。測(cè)出套圈溝道半徑實(shí)測(cè)值R和偏心量e后，便可計(jì)算出接觸角的真實(shí)數(shù)值。將式（1）轉(zhuǎn)換如下，得到非閉合接觸角α的測(cè)量理論公式。

當(dāng)軸承外套兩半圈閉合時(shí)，兩個(gè)外圈之間沒有間隙，L值為零，因此封閉式轉(zhuǎn)向器軸承的接觸角公式為

3 溝道半徑和偏心量的測(cè)量方法

套圈溝道半徑和偏心量使用粗糙度輪廓儀來(lái)測(cè)量，測(cè)頭使用斧形觸針，把套圈斜放在工作臺(tái)上后測(cè)頭對(duì)準(zhǔn)溝底，找到溝底后再把測(cè)頭移動(dòng)到溝道最左邊，根據(jù)不同型號(hào)的套圈設(shè)定好取樣長(zhǎng)度，開始取樣后測(cè)頭移動(dòng)區(qū)域覆蓋整個(gè)溝道并且過(guò)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(cè)出溝道的實(shí)測(cè)半徑和偏心量的數(shù)值（如圖5）。

圖4 溝道和端面形狀示意圖

4 實(shí)例計(jì)算

以K40軸承為例，外套兩半圈為非閉合結(jié)構(gòu)，外圈安裝到轉(zhuǎn)向器閥體后非閉合間隙之間安裝墊片用來(lái)與外界隔開。查看產(chǎn)品圖紙可知K40的L值為1.5，鋼球直徑Dw=7.1438。隨機(jī)選取一個(gè)K40外圈，使用文中所述方法測(cè)得偏心量e=1.0678，溝道曲率半徑R=4.0468，代入式（2）中，可以計(jì)算出軸承接觸角α=47.99°，計(jì)算結(jié)果在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求45°±5°范圍內(nèi)。

圖5 溝道半徑和偏心量

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)接觸角的幾何關(guān)系轉(zhuǎn)化，提出了一種測(cè)算轉(zhuǎn)向器推力球軸承接觸角數(shù)值的方法，完善了汽車轉(zhuǎn)向器軸承原始接觸角的測(cè)量方式，與原來(lái)的定性測(cè)量方法互相補(bǔ)充，減少了使用印記法測(cè)量接觸角人工誤判的概率，使得產(chǎn)品的質(zhì)量得到了保證，同時(shí)滿足了用戶的要求。