第3代輪轂軸承單元軸向游隙影響因素的正交試驗

殷杰，胡文中，邱峰，張家鑫

(比亞迪汽車有限公司 轉向器工廠，廣東 深圳 518118)

游隙是雙列角接觸球軸承的重要參數之一，其影響到軸承的載荷分布、振動、噪聲、摩擦力矩和壽命，與軸承的配合、載荷、使用條件、潤滑方式及軸承零件的公差分配都有直接關系，很多情況下幾乎不可能精確檢測。實際生產過程中，可通過調整軸向游隙來保證軸承整體游隙；而軸向負游隙可通過啟動力矩來定性判斷。

由于受諸如外圈的溝心距、凸緣和內圈的溝位置、溝曲率半徑、溝道直徑的加工精度、鋼球直徑、密封圈及潤滑脂等的制約，目前在產品設計時無法給出準確的溝位置差以確保負游隙，因此需要通過工藝試驗尋找出合適的工藝參數指導生產。下文介紹的是在保證各零部件的溝曲率半徑和溝道加工精度、密封及潤滑效果等可控因素的前提條件下，通過正交試驗探尋選配參數對第3代汽車輪轂軸承單元軸向負游隙的影響。

1 試驗條件

試驗使用雙列角接觸球軸承，其主要設計參數有：鋼球直徑Dw、鋼球數Z、接觸角α、溝曲率半徑ri和re、溝道直徑E和F、外圈溝心距Le、內圈溝位置ai及凸緣溝位置ae等(圖1)。選配時，按相隔0.005mm分檔，內、外圈和凸緣的溝曲率半徑各分為8個檔位；內圈、外圈、凸緣溝道直徑各分為6個檔位；鋼球分為0，±2，±5和±8 μm共7個檔位；內圈與凸緣配合過盈量為0.015～0.42 mm；鎖緊螺母的鎖緊力矩為90 ～180 N·m。

1—螺母；2—內圈；3—外圈；4—鋼球；5—凸緣圖1 軸承設計參數

2 因素及水平確定

在實際裝配中，軸承的軸向負游隙Ga是無法測得的，但徑向游隙Gr可通過測量數值計算求得。影響徑向游隙Gr的主要因素是外圈溝道直徑E、內圈溝道直徑F和鋼球直徑Dw，其關系為

Gr=E-F-2Dw。

(1)

而實配中以軸承零件脫離公稱尺寸的偏差選別分組，配套計算時的公式為

(2)

溝位置差決定內圈小端面與凸緣軸端臺階是否貼合，在裝配工序中影響內圈與凸緣集成時所使用的鎖緊力矩大小。由圖1中幾何關系可知，影響溝位置差Δa的主要因素為外圈溝心距Le、內圈溝位置ai及凸緣溝位置ae，其關系為

Δa=Le-ai-ae。

(3)

內圈與輪轂的集成為過盈配合，當內圈裝入輪轂時，由于過盈量的影響，會導致溝徑稍有增加而影響游隙，同時該過盈量也影響到鎖緊力矩。

以上參數能夠合理地將各個零部件的尺寸融合在一起，確定因素及水平見表1。表1中，A——徑向游隙，mm;B——溝位置差，mm;C——配合過盈量，mm；D——鎖緊力矩，N·m。

表1 因素及水平

3 試驗結果及分析

選取以上4個因素時，各個零部件之間存在尺寸方面的聯系，即徑向游隙和溝位置差之間、徑向游隙和配合過盈量之間存在交叉作用。選用L8(27)2水平7因素正交試驗表，最少試驗8次，記錄各次試驗中的啟動力矩大小，結果見表2，變化趨勢如圖2所示。

圖2 各因素對啟動力矩的影響趨勢

由表2數據可知：影響啟動力矩的6個因素中，溝位置差影響最大，徑向游隙影響其次，為重要考察因素；徑向游隙與過盈量的交互作用、溝位置差與過盈量的交互作用、鎖緊力矩、配合過盈量等影響小，為次要因素；徑向游隙和配合過盈量的交互作用、溝位置差和配合過盈量的交互作用是由誤差引起的，可以忽略。

表2 正交試驗及結果

圖2趨勢表明：徑向游隙越小，溝位置差越大，配合過盈量越小，鎖緊力矩越大，啟動力矩也越大；反之，啟動力矩越小。

以上分析結果為后續試驗探尋最佳值提供了重要的指導作用。當裝配后啟動力矩符合理論設計游隙值所能達到的效果0.45 ～0.6 N·m時(圖2中兩水平線構成的區域)，各參數值的范圍是：徑向游隙為0.002～0.011 mm；溝位置差為-0.08～-0.07 mm；配合過盈量為0.013～0.028 mm；鎖緊力矩為100 ～130 N·m。

4 結束語

試驗分析表明：第3代輪轂軸承單元裝配中，4個因素對軸向游隙的敏感性大小順序為溝位置差、徑向游隙、配合過盈量和鎖緊力矩，當溝位置差控制在-0.08～ -0.07mm，徑向游隙控制在0.002～0.011 mm時，實配滿足設計要求。運用正交試驗得到的結論與一般裝配經驗相符，因此該方法具有一定的可靠性，同時試驗結果為改善零部件工藝提供了可靠的數據支持。