齒輪齒條轉(zhuǎn)向器異響分析

劉蒙　郭常本

摘要：本文通過實(shí)際裝車過程中的出現(xiàn)的轉(zhuǎn)向器異響問題，分析齒輪齒條動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的齒輪、齒條、殼體、閥套、壓塊合件等零部件的設(shè)計(jì)、加工及裝配方面的缺陷與轉(zhuǎn)向器異響的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向器異響；齒輪齒條；工程技術(shù)

在轎車的生產(chǎn)制造過程中，異響是非常常見的一種故障模式，并往往會(huì)引起駕駛員的不適，造成乘車人員舒適度的下降。而齒輪齒條轉(zhuǎn)向器所產(chǎn)生的異響主要是由齒輪、齒條、殼體、閥套、壓塊合件等零部件的設(shè)計(jì)、加工及裝配方面的缺陷造成。

1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)介紹

汽車在行駛過程中，需按駕駛員的意志經(jīng)常改變其行駛方向，即所謂汽車轉(zhuǎn)向。就輪式汽車而言，實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向的方法是，駕駛員通過一套專設(shè)的機(jī)構(gòu)，使汽車轉(zhuǎn)向橋（一般是前橋）上的車輪（轉(zhuǎn)向輪）相對(duì)于汽車縱軸線偏轉(zhuǎn)一定角度。在汽車直線行駛時(shí)，往往轉(zhuǎn)向輪也會(huì)受到路面?zhèn)认蚋蓴_力的作用，自動(dòng)偏轉(zhuǎn)而改變行駛方向。此時(shí)，駕駛員也可以利用這套機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪向相反方向偏轉(zhuǎn)，從而使汽車恢復(fù)原來的行駛方向。這一套用來改變或恢復(fù)汽車行駛方向的專設(shè)機(jī)構(gòu)，即稱為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（俗稱汽車轉(zhuǎn)向系）。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為兩大類：機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

（1）機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)：機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源，其中所有傳力件都是機(jī)械的。機(jī)械轉(zhuǎn)向系由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成。

（2）動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)：動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是兼用駕駛員體力和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力為轉(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向系。在正常情況下， 汽車轉(zhuǎn)向所需能量，只有一小部分由駕駛員提供，而大部分是由發(fā)動(dòng)機(jī)通過動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置提供的。但在動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置失效時(shí)，一般還應(yīng)當(dāng)能由駕駛員 獨(dú)立承擔(dān)汽車轉(zhuǎn)向任務(wù)。因此，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系是在機(jī)械轉(zhuǎn)向系的基礎(chǔ)上加設(shè)一套動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置而形成的。

2 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的工作原理

齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器是最常見的一種轉(zhuǎn)向器，以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、體積小、重量輕、制造成本低。傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，目前在微型車和低端轎車上廣泛應(yīng)用。在轉(zhuǎn)向過程中，異響是最常見的故障模式，并會(huì)導(dǎo)致駕駛員和乘車人員的不適。由于齒輪齒條轉(zhuǎn)向器在設(shè)計(jì)、加工和裝配過程中的缺陷可能會(huì)導(dǎo)致各類異響，解決異響問題是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中重要的研究課題之一。其工作原理為齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器中作為傳動(dòng)副主動(dòng)件的轉(zhuǎn)向齒輪安裝在殼體中，與水平布置的轉(zhuǎn)向齒條嚙合。彈簧通過壓塊將齒條壓靠在轉(zhuǎn)向齒輪上，以保證無間隙嚙合。彈簧的預(yù)緊力可用調(diào)整螺釘調(diào)整。工作時(shí)，轉(zhuǎn)向齒條的中部與轉(zhuǎn)向拉桿托架聯(lián)接，轉(zhuǎn)向左、右橫拉桿與轉(zhuǎn)向節(jié)臂相連。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)時(shí)，轉(zhuǎn)向齒輪轉(zhuǎn)運(yùn)，使與之嚙合的轉(zhuǎn)向齒條沿軸向移動(dòng)，從而使左右橫拉桿帶動(dòng)大左右轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)運(yùn)，使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向。

3 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的異響分析

3.1 “嘎噠嘎噠”聲異響

故障模式：總裝下線車輛在行駛過程中，左右轉(zhuǎn)動(dòng)方向時(shí)異響聲音從轉(zhuǎn)向部門傳出。將車輛靜止?fàn)顟B(tài)原地轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤往同一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)傳來斷斷續(xù)續(xù)、無規(guī)則的“嘎噠嘎噠”的異響聲音。更換轉(zhuǎn)向器后異響消除，故判定為轉(zhuǎn)向器異響。拆下轉(zhuǎn)向器放置模擬臺(tái)上進(jìn)行加載模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其異響聲音來自齒輪與齒條的嚙合處。通過復(fù)測(cè)其齒輪齒條的嚙合間隙和齒輪軸向竄動(dòng)間隙超過標(biāo)準(zhǔn)要求。通過調(diào)整其齒輪齒條嚙合間隙其異響消除。 “嘎噠嘎噠”聲異響發(fā)生在齒輪和齒條接觸部位，在轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向時(shí)如果轉(zhuǎn)向器的齒輪齒條嚙合間隙過大，會(huì)出現(xiàn)齒輪齒條相互撞擊而產(chǎn)生異響，如果齒輪軸向竄動(dòng)間隙過大，在轉(zhuǎn)向器工作時(shí)小齒輪會(huì)上下竄動(dòng)造成異響。

控制方法：（1）裝配時(shí)100%檢測(cè)齒輪齒條的嚙合間隙，并將原齒輪齒輪的嚙合檢驗(yàn)要求≤0.1mm，提高至間隙要求≤0.07mm；（2）通過檢測(cè)設(shè)備100%監(jiān)控小齒輪竄動(dòng)量。（3）提高齒輪、齒條的加工精度保證齒輪齒條的嚙合區(qū)。

3.2 “吱吱”異響

故障模式：在整車靜止?fàn)顟B(tài)下原地快速來回旋轉(zhuǎn)方向盤其轉(zhuǎn)向器處發(fā)出刺耳的“吱吱”異響。現(xiàn)場(chǎng)通過轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向器在齒條上增涂潤(rùn)滑脂，異響聲音有所減輕。對(duì)故障及進(jìn)行拆解分析其齒條表面粗糙度超差原要求Ra0.4，實(shí)際測(cè)量為Ra0.6。更換合格齒條后異響消除。 “吱吱”聲異響發(fā)生在導(dǎo)套和齒條接觸部位，當(dāng)轉(zhuǎn)向器工作時(shí)因齒條的表面粗糙度超差導(dǎo)致與和導(dǎo)套摩擦產(chǎn)生刺耳“吱吱”異響

控制方法：（1）提高齒條表面粗糙度，由原齒條粗糙度Ra0.4調(diào)整為Ra0.3，降低齒條和導(dǎo)套的摩擦力。（2）將產(chǎn)品的慣性磨合次數(shù)由原來的25次調(diào)整為35次。（3）增加油脂涂抹量和均勻性，保證油膜的均勻性。

3.3 “咯噔咯噔”異響

故障模式：在車輛行駛過程中左右打方向時(shí)異響響聲明顯，發(fā)生“咯噔咯噔”對(duì)齒輪齒條處增涂潤(rùn)滑脂未有明顯改善。更換轉(zhuǎn)向器后故障聲音消除。通過用手轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪，可聽到方向機(jī)齒輪端有“咯噔”聲異響，對(duì)故障件進(jìn)行空載力矩檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果符合圖紙要求。測(cè)量嚙合間隙與小齒輪竄動(dòng)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，用手轉(zhuǎn)動(dòng)軸承，可感覺有些發(fā)卡，將球軸承取出，測(cè)量齒輪軸承檔和球軸承內(nèi)徑尺寸發(fā)現(xiàn)其小齒輪尺寸超差導(dǎo)致配合過盈量偏大，滾針軸承檔尺寸經(jīng)測(cè)量為17.020mm，圖紙要求17（+0.12/0）mm，產(chǎn)品尺寸不合格，導(dǎo)致發(fā)卡，受力加載后發(fā)出異響。

控制方法：優(yōu)化齒輪與軸承的產(chǎn)品尺寸設(shè)計(jì)配合公差，提高齒輪加工精度。

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[2]劉大勇.2007海南機(jī)械科技論壇論文集[Z].2007，（2）：217220.

作者簡(jiǎn)介：劉蒙（1989），男，漢族，山東臨沂沂水縣人，本科，助理工程師，供應(yīng)商質(zhì)量管理主任工程師，研究方向：底盤、前軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、鈑金焊接。