浅谈球头关节轴承的结构设计

浅谈球头关节轴承的结构设计 球头关节轴承是各类车辆不可或缺的零部件，在车辆转向系统中发挥着重要的功能，其可靠性是影响车辆行驶安全性的重要因素。为提高车辆转向系统的可靠性、安全性，促进安全行车，本文对球头关节轴承的结构特点进行了分析，并探讨了球头关节轴承的设计方法。 随着各类车辆的增多，交通事故的数量也明显上升，安全行车得到了越来越多的关注。球头关节轴承作为影响车辆运行安全的重要部件，其结构设计也引起了更多的重视。根据球头关节轴承的结构特点，其在设计时应当从材料选择、球销设计、球座设计等角度出发，综合考虑，并科学计算摆角、预紧力等设计参数。 1.球头关节轴承的结构解析 1.1.球头关节轴承的具体结构分析 车辆中使用的球头关节轴承有很多种，以SQ14F-RSZ/K球头关节轴承（属弯杆型）为例，该球销、球座与衬垫相当于自润滑向心关节轴承的内圈、外圈及衬垫。球头与衬垫形成滑动摩擦副，实现转动与摆动，传递载荷。 1.2.球头关节轴承的常见失效形式 球头关节轴承应具有很好的工作性能，比如具有良好的强度、良好的刚度、较强的耐磨性以及较强的可靠性等。如果球头关节轴承在正常使用中发生失效情况，往往会引起难以预料的安全事故，从大量的失效案例总结得出，球头关节轴承失效形式较为常见的有：球销颈部位置产生部分裂纹或者断裂现象，一旦汽车遇到不好的路况时，汽车悬挂的震动幅度增大，这时如果球销的摆动幅度大于其最大极限摆角，那么就会与球座产生干涉现象，球销在反复作用力和摩擦作用下，颈部会出现裂纹或划痕，最终发生断裂，导致汽车转向系统失效，转向功能行使不了。衬垫出现磨损状况时可能会导致球头的松懈，丧失摩擦力矩，致使汽车的转向系统不灵敏，甚至失效。车辆在行驶过程中，常会有转弯或颠簸，这就会使球头与球座间的衬垫发生运动，出现摩擦磨损以及变形的现象，球头与衬垫间产生一些间隙，导致汽车转向动作的延迟。 2.球头关节轴承的结构设计 2.1.材料选择 球头关节轴承材料的选择需要注意两个因素，一是产品性能需求因素，二是加工工艺因素，20Cr、40Cr等都可以当成球销的原始材料，SQ14F-RSZ/K球头关节轴承的球头销与球座均使用40Cr，经调质热处理后硬度分别为3236HRC和2628HRC。端盖材料可采用低碳钢15Mn，硬度约为179186HNW。防尘罩与密封罩可使用黑色丁腈橡胶。润滑油能提高摩擦副的摩擦学性能，可采用壳牌2858润滑脂或7034号汽车球结润滑脂。 2.2.球销设计 确定球销杆部的最小直径与球头半径是球销设计的关键。球头半径可依据球销杆部最小直径先行设定，然后核对轴承的转动及摆动摩擦力矩是否在该值范围内，若不满足则调整球头半径值直到满足要求。同时，为提高球头与衬垫的摩擦学性能，可对球形偏差与粗糙程度进行一定的规定。