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        齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器異響原因分析及控制方法

        2019-10-14 02:37:20徐百雙張晶呂祥楊魏綺
        時(shí)代汽車 2019年9期
        關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)向器異響

        徐百雙 張晶 呂祥 楊魏綺

        摘 要:本文根據(jù)路試車驗(yàn)證過程中,針對出現(xiàn)過的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器異響情況,總結(jié)出原因分析及控制方法,分享給從事轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)以及制造相關(guān)的工程師作為參考。

        關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)向器;齒輪齒條;異響

        1 引言

        齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器以結(jié)構(gòu)簡單、體積小、轉(zhuǎn)向靈敏、傳遞效率高、制造成本低等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于載荷小的微型車、轎車中。路試車驗(yàn)證過程中齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器異響是最常見的故障模式,異響引起駕駛員舒適性差,影響汽車本身的產(chǎn)品質(zhì)量。而異響問題主要原因是由殼體、齒輪、齒條、導(dǎo)套、壓塊總成等零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工、裝配過程中存在缺陷造成。

        齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器工作原理:齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器(圖1)是由殼體、齒輪、齒條、導(dǎo)套、調(diào)整機(jī)構(gòu)、軸承、O型圈等組成。其工作原理以C-EPS轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳遞扭矩(圖2)為例,當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤時(shí),電動助力轉(zhuǎn)向管柱接收信號產(chǎn)生助力,轉(zhuǎn)向傳動軸傳遞扭矩到轉(zhuǎn)向器齒輪上,齒輪帶動嚙合的齒條沿著直線反復(fù)運(yùn)動,從而轉(zhuǎn)向拉桿帶動轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)動,使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向。

        2 齒輪齒條嚙合異響

        故障模式:車輛靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)動方向盤從轉(zhuǎn)向器部位傳來斷斷續(xù)續(xù)、無規(guī)則“嘎噠”的異響聲音。對故障件進(jìn)行嚙合間隙、轉(zhuǎn)動力矩及轉(zhuǎn)向力矩波動、齒條移動力檢測(表1、表2、表3),通過檢測可知,嚙合間隙相對于設(shè)計(jì)出廠值大,齒輪轉(zhuǎn)動力矩及齒條推力均偏小。

        原因分析:齒輪齒條嚙合間隙過大,會出現(xiàn)齒輪齒條相互撞擊而產(chǎn)生異響。

        控制方法:

        1)出廠時(shí)齒輪齒條嚙合間隙嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求±180°行程內(nèi)≤0.07mm,全行程≤0.1mm;

        2)合理選擇的油脂以及用量,建議齒輪室涂6g-7g油脂,齒條面涂至少6g-7g油脂;

        3)控制好齒條的跨棒距、粗糙度≤0.4、直線度≤0.08mm、齒輪跳動≤0.056、齒形偏差≤0.02。

        3 齒條導(dǎo)套異響

        導(dǎo)套作用支撐齒條在運(yùn)動過程中保持直線運(yùn)動。

        故障模式:車輛靜止?fàn)顟B(tài)快速轉(zhuǎn)動方向盤從轉(zhuǎn)向器部位傳來“吱吱”的異響聲音。對故障件導(dǎo)套間隙檢測(表4)相對于設(shè)計(jì)值偏大,然而齒輪齒條間隙測量滿足設(shè)計(jì)要求。

        原因分析:

        1)齒條與導(dǎo)套間隙大,從而使齒條運(yùn)動過程中偏斜,產(chǎn)生異響;

        2)導(dǎo)套的剛度不足,變形過大,齒條與導(dǎo)套間隙大,導(dǎo)致異響;

        3)導(dǎo)套中O型圈變形量大,不能夠壓緊導(dǎo)套,使齒條與導(dǎo)套間隙大,引起異響。

        控制方法:

        1)齒條與導(dǎo)套徑向間隙≤0.15mm(從-100N到100N),徑向間隙≤0.25mm(從-250N到250N);

        2)導(dǎo)套采用用半開放抱緊結(jié)構(gòu),導(dǎo)套與齒條是無間隙配合的,能有效消除齒條導(dǎo)套間隙;

        3)O型圈材料選擇NBR,硬度要求70±5HS,設(shè)計(jì)變形量范圍不超過12%。

        4 調(diào)整機(jī)構(gòu)異響

        調(diào)整機(jī)構(gòu)主要作用在齒輪齒條嚙合運(yùn)動時(shí),吸收因零件制造誤差引起的振動調(diào)節(jié)齒輪齒條嚙合間隙。

        故障模式:車輛靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)動方向盤時(shí)從轉(zhuǎn)向器部位傳來連續(xù)“咔噠”的異響聲音。用手轉(zhuǎn)動齒輪,可聽到聲音從調(diào)整機(jī)構(gòu)端傳出,可能存在的幾種問題(表5、表6、表7)不滿足設(shè)計(jì)要求,從而引起異響。

        原因分析:

        1)調(diào)整機(jī)構(gòu)與殼體間隙小,使得調(diào)整機(jī)構(gòu)上的O型圈受到擠壓,產(chǎn)生永久變形量大不能在殼體孔內(nèi)正常運(yùn)動,導(dǎo)致調(diào)整機(jī)構(gòu)偏斜與殼體內(nèi)壁偏磨,產(chǎn)生異響;調(diào)整機(jī)構(gòu)與殼體間隙大,調(diào)整機(jī)構(gòu)上下竄動與殼體內(nèi)壁撞擊,引起異響;

        2)調(diào)整機(jī)構(gòu)涂油脂量少,使得調(diào)整機(jī)構(gòu)與殼體內(nèi)壁干磨擦,出現(xiàn)異響;

        3)齒條齒背粗糙度偏大,在轉(zhuǎn)向時(shí)調(diào)整機(jī)構(gòu)受到齒條的軸向力過大,導(dǎo)致調(diào)整機(jī)構(gòu)擺動撞擊殼體內(nèi)壁,引起異響。

        4)調(diào)整彈簧剛度不足,導(dǎo)致調(diào)整機(jī)構(gòu)上下竄動與殼體內(nèi)壁撞擊,引起異響。

        控制方法:

        1)規(guī)定調(diào)整體外周與殼體內(nèi)孔之間有合理的配合間隙,一般設(shè)計(jì)二者之間的間隙為0.04~0.1mm

        2)規(guī)定調(diào)整體外周要涂抹潤滑脂,一般至少0.3g;

        3)齒條齒背及調(diào)整體襯墊粗糙度要合適,一般要求在Ra0.4以下,以減小兩者之間的摩擦力;

        4)彈簧需經(jīng)低溫回火處理,保證彈簧剛度(載荷350±30N時(shí)變形量為2.3mm);

        5)采用雙O型圈緩沖使用中的沖擊,降低噪音,硬度要求70IRHD;

        6)壓塊座要求真空浸油處理工藝。

        5 球軸承異響

        故障模式:車輛行駛過程中轉(zhuǎn)動方向盤時(shí),明顯聽到從轉(zhuǎn)向器部件傳過來的“咯噔”聲音。用手轉(zhuǎn)動齒輪,可聽到轉(zhuǎn)向器齒輪端有“咯噔”聲異響,對故障件球軸承檢測(表8)不滿足設(shè)計(jì)要求。

        原因分析:

        1)球軸承結(jié)構(gòu)、規(guī)格或游隙選取不當(dāng);

        2)齒輪與軸承的產(chǎn)品尺寸設(shè)計(jì)配合。

        控制方法:

        1)球軸承滾動體采用4點(diǎn)接觸式結(jié)構(gòu)而不采用深溝球軸承(圖3),徑向游隙可控9μm以下,軸向游隙約其2~3倍,軸向剛性大(圖4)

        2)控制齒輪上下軸承配合位置的同軸度φ0.02;

        3)壓緊螺塞擰緊力矩(34N.m~44N.m)適當(dāng)且有防松措施,見表8。

        6 結(jié)束語

        齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器中產(chǎn)生異響原因有很多,排查引起異響的原因也很復(fù)雜,所以在零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工、裝配過程中均需要提前采取預(yù)防措施,防止出現(xiàn)異響等故障。

        參考文獻(xiàn):

        [1]王望予.汽車設(shè)計(jì)(第四版).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.

        [2]王霄峰.汽車底盤設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2010.

        [3]孟永超.齒輪齒條機(jī)械轉(zhuǎn)向器異響成因淺析.河南省汽車工程學(xué)會,2013.

        [4]劉蒙,郭常本.齒輪齒條轉(zhuǎn)向器異響分析[J].科技風(fēng),2018(17):144-145.

        [5]曲莉范,張幫琴.C-EPS系統(tǒng)中轉(zhuǎn)向器異響問題分析[J].汽車零部件,2014(07):47-50+53.

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