齒輪齒條轉向器異響分析

劉蒙　郭常本

摘要：本文通過實際裝車過程中的出現的轉向器異響問題，分析齒輪齒條動力轉向器的齒輪、齒條、殼體、閥套、壓塊合件等零部件的設計、加工及裝配方面的缺陷與轉向器異響的關系。

關鍵詞：轉向器異響；齒輪齒條；工程技術

在轎車的生產制造過程中，異響是非常常見的一種故障模式，并往往會引起駕駛員的不適，造成乘車人員舒適度的下降。而齒輪齒條轉向器所產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計、加工及裝配方面的缺陷造成。

1 轉向系統介紹

汽車在行駛過程中，需按駕駛員的意志經常改變其行駛方向，即所謂汽車轉向。就輪式汽車而言，實現汽車轉向的方法是，駕駛員通過一套專設的機構，使汽車轉向橋（一般是前橋）上的車輪（轉向輪）相對于汽車縱軸線偏轉一定角度。在汽車直線行駛時，往往轉向輪也會受到路面側向干擾力的作用，自動偏轉而改變行駛方向。此時，駕駛員也可以利用這套機構使轉向輪向相反方向偏轉，從而使汽車恢復原來的行駛方向。這一套用來改變或恢復汽車行駛方向的專設機構，即稱為汽車轉向系統（俗稱汽車轉向系）。汽車轉向系統分為兩大類：機械轉向系統和動力轉向系統。

（1）機械轉向系統：機械轉向系統以駕駛員的體力作為轉向能源，其中所有傳力件都是機械的。機械轉向系由轉向操縱機構、轉向器和轉向傳動機構三大部分組成。

（2）動力轉向系統：動力轉向系統是兼用駕駛員體力和發動機動力為轉向能源的轉向系。在正常情況下， 汽車轉向所需能量，只有一小部分由駕駛員提供，而大部分是由發動機通過動力轉向裝置提供的。但在動力轉向裝置失效時，一般還應當能由駕駛員 獨立承擔汽車轉向任務。因此，動力轉向系是在機械轉向系的基礎上加設一套動力轉向裝置而形成的。

2 齒輪齒條轉向器的工作原理

齒輪齒條式轉向器是最常見的一種轉向器，以結構簡單緊湊、體積小、重量輕、制造成本低。傳動效率高等優點，目前在微型車和低端轎車上廣泛應用。在轉向過程中，異響是最常見的故障模式，并會導致駕駛員和乘車人員的不適。由于齒輪齒條轉向器在設計、加工和裝配過程中的缺陷可能會導致各類異響，解決異響問題是汽車轉向系統中重要的研究課題之一。其工作原理為齒輪齒條式轉向器中作為傳動副主動件的轉向齒輪安裝在殼體中，與水平布置的轉向齒條嚙合。彈簧通過壓塊將齒條壓靠在轉向齒輪上，以保證無間隙嚙合。彈簧的預緊力可用調整螺釘調整。工作時，轉向齒條的中部與轉向拉桿托架聯接，轉向左、右橫拉桿與轉向節臂相連。當轉動轉向盤時時，轉向齒輪轉運，使與之嚙合的轉向齒條沿軸向移動，從而使左右橫拉桿帶動大左右轉向節轉運，使轉向輪偏轉，實現汽車轉向。

3 齒輪齒條轉向器的異響分析

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，左右轉動方向時異響聲音從轉向部門傳出。將車輛靜止狀態原地轉動方向盤往同一個方向轉動時會傳來斷斷續續、無規則的“嘎噠嘎噠”的異響聲音。更換轉向器后異響消除，故判定為轉向器異響。拆下轉向器放置模擬臺上進行加載模擬實驗發現其異響聲音來自齒輪與齒條的嚙合處。通過復測其齒輪齒條的嚙合間隙和齒輪軸向竄動間隙超過標準要求。通過調整其齒輪齒條嚙合間隙其異響消除。 “嘎噠嘎噠”聲異響發生在齒輪和齒條接觸部位，在轉向器轉向時如果轉向器的齒輪齒條嚙合間隙過大，會出現齒輪齒條相互撞擊而產生異響，如果齒輪軸向竄動間隙過大，在轉向器工作時小齒輪會上下竄動造成異響。

控制方法：（1）裝配時100%檢測齒輪齒條的嚙合間隙，并將原齒輪齒輪的嚙合檢驗要求≤0.1mm，提高至間隙要求≤0.07mm；（2）通過檢測設備100%監控小齒輪竄動量。（3）提高齒輪、齒條的加工精度保證齒輪齒條的嚙合區。

3.2 “吱吱”異響

故障模式：在整車靜止狀態下原地快速來回旋轉方向盤其轉向器處發出刺耳的“吱吱”異響。現場通過轉動轉向器在齒條上增涂潤滑脂，異響聲音有所減輕。對故障及進行拆解分析其齒條表面粗糙度超差原要求Ra0.4，實際測量為Ra0.6。更換合格齒條后異響消除。 “吱吱”聲異響發生在導套和齒條接觸部位，當轉向器工作時因齒條的表面粗糙度超差導致與和導套摩擦產生刺耳“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調整為Ra0.3，降低齒條和導套的摩擦力。（2）將產品的慣性磨合次數由原來的25次調整為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異響響聲明顯，發生“咯噔咯噔”對齒輪齒條處增涂潤滑脂未有明顯改善。更換轉向器后故障聲音消除。通過用手轉動齒輪，可聽到方向機齒輪端有“咯噔”聲異響，對故障件進行空載力矩檢測，檢測結果符合圖紙要求。測量嚙合間隙與小齒輪竄動均符合標準要求，用手轉動軸承，可感覺有些發卡，將球軸承取出，測量齒輪軸承檔和球軸承內徑尺寸發現其小齒輪尺寸超差導致配合過盈量偏大，滾針軸承檔尺寸經測量為17.020mm，圖紙要求17（+0.12/0）mm，產品尺寸不合格，導致發卡，受力加載后發出異響。

控制方法：優化齒輪與軸承的產品尺寸設計配合公差，提高齒輪加工精度。

參考文獻：

[1]黃政翔.企業科技與發展[J].應用技術，2012，（1）：5456.

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

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