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动力转向器摇臂轴轴承设计 陈阳斌 李群辉 权苏勤 东风汽车传动轴有限公司 十堰442000 【摘要】：从理论上对摇臂轴轴承受力进行了充分的分析和计算，提出在设计摇臂轴轴承的理论指导： 摇臂轴两端支持轴承处受力不是平均分配，而是长头端轴承受力远大于短头端轴承受力，一般在2倍左 右：摇臂轴两端轴承受力最大和最小情况下，发现在大转角时长头端轴承受力增大，而短头端轴承受力 减小，但是总的变化都不大，所以考虑轴承本身安全系数，在设计时按中间位置计算即可；在设计摇臂 轴轴承时，可以使长头端轴承尺寸大于短头端轴承尺寸，相应的摇臂轴长头端的轴颈尺寸大于短头端尺 寸，使结构紧凑特点得到充分发挥。 主题词：循环球式动力转向器齿条齿扇副摇臂轴轴承 —，上．—jL一 一、日O看 循环球齿条齿扇式动力转向器是目前在中型、重型卡车和客车广泛使用的动力转向器。其特点：机械 部分传动副是由螺杆螺母副和齿条齿扇副组成，把螺母做成活塞形状(动力转向器中称为齿条活塞)，借 助液压控制阀的作用把动力源转向油泵的液压能转化为机械能，辅助驱动转向系统工作。所以具有传动速 比大，正逆效率高，转向平稳舒适(液压油能吸收冲击载荷)，输出扭矩大，使转向灵敏和转向轻便得到 很好的统一。 在这种类型动力转向器中，摇臂轴(输出轴)采用扇齿结构(一般为三齿或五齿)，具有锻造工艺性好， 结构紧凑，重量轻，三齿结构优点更加突出。但是扇齿的渐开线齿形模数大，齿数少，容易产生根切，低 速重载，受力复杂，所以摇臂轴是非常重要的零件。在设计阶段全面考虑到各个方面，并且要与实际试验 相结合，最终定型。摇臂轴两端是由两个滚针轴承支撑，受力非常复杂，应该引起设计人员的重视。据我 摇臂轴轴承损坏。所以本论文结合总成3401Z-010的结构参数，对摇臂轴轴承进行理论分析和计算，并结 合实际的失效模式对摇臂轴轴承3401Z一052进行改进设计。 二、动力转向器摇臂轴轴承受力分析 (一)、摇臂轴啮合处于中间位置的理论模型 摇臂轴齿扇与齿条活塞通过渐开线齿形相互啮合，把齿条活塞的驱动力转化为输出扭矩传递到转向垂 臂，摇臂轴两端由两个滚针轴承支撑，它们之间装配位置关系见图1。所以摇臂轴承受齿条活塞的驱动力 F。·，轴颈两端承受轴承的支撑力F3和F4，摇臂轴输出端(长头端)通过花键与转向垂臂相连，受力分析可 以作为一个整体，承受转向直拉杆的阻力F吨，在中间位置(即直线行驶)其受力图见图2： 图1摇臂轴与其它零件装配位置关系 i?j、、＼＼、 ／j 、＼＼、、 i泌 、、、＼、、、× ＼：遂 图2摇臂轴在中间位置时受力分析图 是转向直拉杆与转向垂臂的连接点，0点是D点在0Y轴线上的投影点，因此可以认为，XOY是水平面， ZOY是纵向面。A点是摇臂轴长头端轴承的支撑点，可以简化为轴承宽度的中间点；B点摇臂轴扇齿齿宽的 中间点，力Fn。的作用点N可以简化为作用在扇齿齿宽的中间截面上(实际上对于齿条齿扇副这种渐变厚 齿进行这样简化有误差，但是差别不大)；C点是摇臂轴短头端轴承的支撑点，可以简化为轴承宽度的中问 点。下面图3、图4、图5、图6分别是N点、A点、C点、D点受力分析图，各点在XOY平面内分解，得 到各分力。 么 么 么 瞰!F_3z FZ．!F4z ．，J’一～、 ，一7≮。丁、、 ．一r、 ．。。 j} 、、 j．|? 。j ，7 ＼ × 一耐一_× 一舞对一亍× 一}～榜× ＼、、L／ ’、、 ／7’