摩托车转向轴承结构改进方案

万宁生

(江西中春机床轴承制造有限公司，江西 抚州 344000)

摩托车转向轴承(以下简称转向轴承)是一种安装在车架立管和前叉方向柱上的专用轴承。摩托车方向柱设有限位挡块，方向把回转角小于45°，转向轴承只作摆动运动，承受以轴向载荷为主的轴向、径向联合载荷。由于受车架立管径向尺寸的限制，转向轴承的载荷容量较大。为便于前叉的装配和调整，转向轴承应具有一定的调心功能。转向轴承安装部位无润滑孔，日常保养时加注润滑脂困难，要求应具备自润滑功能。为了适应激烈的市场竞争,制造成本也要低。

1 现状及存在的问题

转向轴承目前普遍使用推力角接触球轴承，该类型轴承能满足作摆动运动、调心功能以及一般载荷的要求，但对于有较高载荷要求的摩托车来说，承载能力较低。由于转向轴承的结构和加工工艺的原因，材料利用率低(一般为40%左右)，加工工序多，成本高；此外，无自润滑功能，难以满足长时间行驶的润滑要求。

为了提高转向轴承的承载能力，有的摩托车生产厂家采用32000系列圆锥滚子轴承。这种类型轴承以承受径向载荷为主，也可以承受轴向载荷，即便能满足轴向载荷的要求，但仍存在以下不足：(1)没有调心功能，因而对摩托车车架立管的形位公差要求较高；(2)为适应轴承外径尺寸，需加大车架立管的径向尺寸，增加了制造成本；(3)价格较高。上述原因使摩托车生产厂家难以普遍采用。也有摩托车生产厂家试图采用31300系列圆锥滚子轴承，也因为上述原因难以实现。

2 角接触推力关节轴承

角接触推力关节轴承是一种接触角α∈(30°，90°)的以球面为滑动支承的轴承，承受以轴向载荷为主的轴向、径向联合载荷，在相同的外径尺寸下，载荷容量大，适用于速度较低的摆动运动。由于轴承滑动表面为球形面，因此可以在支承轴与轴壳孔同轴度误差较大时正常工作。如果轴承座圈采用新型复合材料，轴承将具有自润滑功能。

2.1 结构对比

图1～图4为目前摩托车厂家广泛使用的4种典型结构的推力角接触球轴承和改进后对应的角接触推力关节轴承。从图中可以看出，在不改变原轴承装配尺寸和压力角的情况下，角接触推力关节轴承可以满足摩托车车架立管和前叉方向柱安装的尺寸要求。

2.2 载荷对比分析

将图1～图4对应的转向轴承分别按GB/T 4662—2003《滚动轴承 额定静载荷》和JB/T 8567—1997《关节轴承 额定静载荷》计算其额定轴向静载荷。计算结果表明，无论是采用钢/钢摩擦副还是采用钢/PTFE摩擦副，角接触推力关节轴承轴向额定静载荷都数倍于点接触的推力角接触球轴承。这里有两点需要说明：(1)实际使用的推力角接触球轴承，其沟曲率系数按大于0.54设计，所以转向轴承实际承载能力比计算值要小；(2)有的摩托车生产厂家为了避免在装配线输送过程中钢球跌落和提高装配填球效率，将轴承的满装球结构改为带保持架的结构，减少了钢球数，因而实际承载能力比计算值更小。

图1 类型1对比图

图2 类型2对比图

图3 类型3对比图

图4 类型4对比图

2.3 工艺性与成本分析

角接触推力关节轴承载荷容量大，不需要改变摩托车车架立管和前叉方向柱现有的结构尺寸，工艺继承性好；轴承零件形状简单，便于加工，降低了制造成本。由于关节轴承具有较强的调心功能，对摩托车车架立管较大的同轴度误差适应性好，降低了摩托车车架的制造成本。随着具有较强承载能力和自润滑功能的新型复合工程塑料的应用，若角接触推力关节轴承的座圈实现注塑成形，其功能齐全，性能优良，结构简单，成本低廉的特点将更加突出。

3 结束语

在对目前转向轴承的使用现状及存在的问题进行分析的基础上，设计了角接触推力关节轴承结构类型的转向轴承，其能够满足现行转向轴承装配尺寸和压力角的要求，且在承载能力、润滑、工艺性以及制造成本等方面具有优越性。