李剑 陈晨 崔东风

摘  要：转向柱轴向窜动是由于套管或柱管及其上、下端安装的深沟球轴承或橡胶滚针轴承与其配合转向轴之间由于制件累计的加工工差造成。汽车公司要求在转向方向盘轴向施加±50N的力的作用下，转向轴与套管或柱管之间产生轴向窜动间隙（±50N所对应的最大位移量）≤0.2 mm。目前此间隙控制的转向柱结构很多，但消除转向轴轴向窜向效果各异。这里主要应用三波形垫圈来消除转向轴与套管或柱管轴向窜动的一种典型结构设计。

关键词：转向柱;轴向窜动;套管或柱管;转向轴;加工工差;方向盘;轴向;间隙;间隙控制;消除;三波形垫圈;典型结构;设计

引言：

在汽车转向系统零部件中转向轴与套管或柱管组成是比较重要的零部件之一，其上端有起固定转向方向盘的作用，顾客要求在方向盘轴向力的作用下方向盘无有明显的上、下窜动，故此消除转向轴组成轴向窜动的结构至关重要。

1.转向轴组成结构方案的确定

在汽车转向柱结构设计中，转向轴组成消除轴向窜动间隙目前有很多种方法，但每种结构消隙效果各异。有的公司是通过机加工各组成制件精度来保证转向轴组成轴向窜动间隙≤0.2mm，这样产品制造成本较大;有的公司是在转向轴上端或下端轴承台阶处加装O型密封圈来消除转向轴轴向窜动间隙，这种结构简单，制造成本低，但O型密封圈在安装时易磕损坏且易老化等缺点，但有的公司仍在采用;有的公司是通过铆压柱管或套管上端六点来固定上端深沟球轴承来防止转向轴轴向窜动;还有的公司还采用弹簧、螺母等结构来防止转向轴轴向窜动。

这里介绍是一种是较新颖的转向轴组成消除轴向窜动的结构（如下—图1所示）。此转向轴组成是由1.套管或柱管、2.上端深沟球轴承及其3.孔用弹性挡圈 - A型、4.下端深沟球轴承、5.三波形垫圈、6.无耳挡圈、7.轴用弹性挡圈 - A型、8.转向轴构成。

图1尺寸符号说明：

I. 转向轴两档圈之间的尺寸距离：L2+δ2;

II. 柱管（或套管）两轴承孔沉台之间的尺寸距离：L1+δ1;

III..孔用弹性挡圈 - A型 - 厚度：H1;

IV.轴用无耳挡圈 - 厚度：h1;

V.上端深沟球轴承 - 厚度：m1;

VI.轴用弹性挡圈 - A型 - 厚度：H2;

VII.三波形垫圈压缩后 - 厚度：h2 = t1（波形高度）- q（一定压缩量）;

VIII.下端深沟球轴承 - 厚度：m2;

2 结构设计原理：

（1）转向轴组成尺寸链构成：

① L2+δ2=（L1+δ1）+（h1+m1）+（m2+h2+H2）

② q（三波形垫圈一定的压缩量）=δ2+δ1

⑵ 结构原理是：

在此结构组成中轴用无耳挡圈、上端深沟球轴承、下端深沟球轴承、轴用弹性挡圈 - A型及三波形垫圈波形高度的尺寸公差这里设定忽略不计。

转向轴轴向两档圈之间长度基本尺寸L2及其加工公差δ2;柱管（或套管）两轴承孔沉台之间长度基本尺寸L1及其加工公差δ1，以上两种制件尺寸在加工中不可避免的产生一定的公差，若制件尺寸公差要求过严必然造成产品制造成本高。故此采用三波形墊圈的一定的弹性压缩量q来补偿转向轴及柱管轴向尺寸制造公差之和，即 q（三波形垫圈一定的压缩量）=δ2+δ1。

3. 设计注意事项

三波形垫圈制件尺寸下如图2所示，制件材料：65Mn;波形数：N=3;热处理淬火硬度：HRC47-51;Maxq = t1-t;压缩力P≥3KN。

转向轴组成结构的组装是把转向轴和柱管的制造公差累积到该结构组成的下端，这样利用三波形垫圈一定压缩量q及其压缩力p来保证转向轴不会轴向窜动。汽车公司要求在转向方向盘轴向施加±50N的力的作用下，转向轴与套管或柱管之间产生轴向窜动间隙（±50N所对应的最大位移量）≤0.2 mm。三波形垫圈压缩量q=δ1+δ2，其最大压缩量Maxq >δ1+δ2。

4 结论

该转向轴组成结构经过几十万件转向柱支架的批量使用，证实该结构方案设计合理，结构紧凑，安全可靠，尺寸一致性好，适应于大批量生产等特点。在转向柱支架技术中有着新颖性、先进性和实用性的特点，故此该结构在汽车零部件行业具有广泛的推广运用价值。

参考文献

[1]  成大先：机械设计手册[第六版].北京：化学工业出版社，2016年04月

[2]  国家标准或规范 GB7246 - 1987 波形弹簧垫圈 中国质检出版社