汽車轉向系統中的零部件

李劍 陳晨 崔東風

摘 ?要：轉向柱軸向竄動是由于套管或柱管及其上、下端安裝的深溝球軸承或橡膠滾針軸承與其配合轉向軸之間由于制件累計的加工工差造成。汽車公司要求在轉向方向盤軸向施加±50N的力的作用下，轉向軸與套管或柱管之間產生軸向竄動間隙（±50N所對應的最大位移量）≤0.2 mm。目前此間隙控制的轉向柱結構很多，但消除轉向軸軸向竄向效果各異。這里主要應用三波形墊圈來消除轉向軸與套管或柱管軸向竄動的一種典型結構設計。

關鍵詞：轉向柱;軸向竄動;套管或柱管;轉向軸;加工工差;方向盤;軸向;間隙;間隙控制;消除;三波形墊圈;典型結構;設計

引言：

在汽車轉向系統零部件中轉向軸與套管或柱管組成是比較重要的零部件之一，其上端有起固定轉向方向盤的作用，顧客要求在方向盤軸向力的作用下方向盤無有明顯的上、下竄動，故此消除轉向軸組成軸向竄動的結構至關重要。

1.轉向軸組成結構方案的確定

在汽車轉向柱結構設計中，轉向軸組成消除軸向竄動間隙目前有很多種方法，但每種結構消隙效果各異。有的公司是通過機加工各組成制件精度來保證轉向軸組成軸向竄動間隙≤0.2mm，這樣產品制造成本較大;有的公司是在轉向軸上端或下端軸承臺階處加裝O型密封圈來消除轉向軸軸向竄動間隙，這種結構簡單，制造成本低，但O型密封圈在安裝時易磕損壞且易老化等缺點，但有的公司仍在采用;有的公司是通過鉚壓柱管或套管上端六點來固定上端深溝球軸承來防止轉向軸軸向竄動;還有的公司還采用彈簧、螺母等結構來防止轉向軸軸向竄動。

這里介紹是一種是較新穎的轉向軸組成消除軸向竄動的結構（如下—圖1所示）。此轉向軸組成是由1.套管或柱管、2.上端深溝球軸承及其3.孔用彈性擋圈 - A型、4.下端深溝球軸承、5.三波形墊圈、6.無耳擋圈、7.軸用彈性擋圈 - A型、8.轉向軸構成。

圖1尺寸符號說明：

I. 轉向軸兩檔圈之間的尺寸距離：L2+δ2;

II. 柱管（或套管）兩軸承孔沉臺之間的尺寸距離：L1+δ1;

III..孔用彈性擋圈 - A型 - 厚度：H1;

IV.軸用無耳擋圈 - 厚度：h1;

V.上端深溝球軸承 - 厚度：m1;

VI.軸用彈性擋圈 - A型 - 厚度：H2;

VII.三波形墊圈壓縮后 - 厚度：h2 = t1（波形高度）- q（一定壓縮量）;

VIII.下端深溝球軸承 - 厚度：m2;

2 結構設計原理：

（1）轉向軸組成尺寸鏈構成：

① L2+δ2=（L1+δ1）+（h1+m1）+（m2+h2+H2）

② q（三波形墊圈一定的壓縮量）=δ2+δ1

⑵ 結構原理是：

在此結構組成中軸用無耳擋圈、上端深溝球軸承、下端深溝球軸承、軸用彈性擋圈 - A型及三波形墊圈波形高度的尺寸公差這里設定忽略不計。

轉向軸軸向兩檔圈之間長度基本尺寸L2及其加工公差δ2;柱管（或套管）兩軸承孔沉臺之間長度基本尺寸L1及其加工公差δ1，以上兩種制件尺寸在加工中不可避免的產生一定的公差，若制件尺寸公差要求過嚴必然造成產品制造成本高。故此采用三波形墊圈的一定的彈性壓縮量q來補償轉向軸及柱管軸向尺寸制造公差之和，即 q（三波形墊圈一定的壓縮量）=δ2+δ1。

3. 設計注意事項

三波形墊圈制件尺寸下如圖2所示，制件材料：65Mn;波形數：N=3;熱處理淬火硬度：HRC47-51;Maxq = t1-t;壓縮力P≥3KN。

轉向軸組成結構的組裝是把轉向軸和柱管的制造公差累積到該結構組成的下端，這樣利用三波形墊圈一定壓縮量q及其壓縮力p來保證轉向軸不會軸向竄動。汽車公司要求在轉向方向盤軸向施加±50N的力的作用下，轉向軸與套管或柱管之間產生軸向竄動間隙（±50N所對應的最大位移量）≤0.2 mm。三波形墊圈壓縮量q=δ1+δ2，其最大壓縮量Maxq >δ1+δ2。

4 結論

該轉向軸組成結構經過幾十萬件轉向柱支架的批量使用，證實該結構方案設計合理，結構緊湊，安全可靠，尺寸一致性好，適應于大批量生產等特點。在轉向柱支架技術中有著新穎性、先進性和實用性的特點，故此該結構在汽車零部件行業具有廣泛的推廣運用價值。

參考文獻

[1] ?成大先：機械設計手冊[第六版].北京：化學工業出版社，2016年04月

[2] ?國家標準或規范 GB7246 - 1987 波形彈簧墊圈 中國質檢出版社