齿轮齿条转向器异响分析

刘蒙　郭常本

摘要：本文通过实际装车过程中的出现的转向器异响问题，分析齿轮齿条动力转向器的齿轮、齿条、壳体、阀套、压块合件等零部件的设计、加工及装配方面的缺陷与转向器异响的关系。

关键词：转向器异响；齿轮齿条；工程技术

在轿车的生产制造过程中，异响是非常常见的一种故障模式，并往往会引起驾驶员的不适，造成乘车人员舒适度的下降。而齿轮齿条转向器所产生的异响主要是由齿轮、齿条、壳体、阀套、压块合件等零部件的设计、加工及装配方面的缺陷造成。

1 转向系统介绍

汽车在行驶过程中，需按驾驶员的意志经常改变其行驶方向，即所谓汽车转向。就轮式汽车而言，实现汽车转向的方法是，驾驶员通过一套专设的机构，使汽车转向桥（一般是前桥）上的车轮（转向轮）相对于汽车纵轴线偏转一定角度。在汽车直线行驶时，往往转向轮也会受到路面侧向干扰力的作用，自动偏转而改变行驶方向。此时，驾驶员也可以利用这套机构使转向轮向相反方向偏转，从而使汽车恢复原来的行驶方向。这一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，即称为汽车转向系统（俗称汽车转向系）。汽车转向系统分为两大类：机械转向系统和动力转向系统。

（1）机械转向系统：机械转向系统以驾驶员的体力作为转向能源，其中所有传力件都是机械的。机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。

（2）动力转向系统：动力转向系统是兼用驾驶员体力和发动机动力为转向能源的转向系。在正常情况下， 汽车转向所需能量，只有一小部分由驾驶员提供，而大部分是由发动机通过动力转向装置提供的。但在动力转向装置失效时，一般还应当能由驾驶员 独立承担汽车转向任务。因此，动力转向系是在机械转向系的基础上加设一套动力转向装置而形成的。

2 齿轮齿条转向器的工作原理

齿轮齿条式转向器是最常见的一种转向器，以结构简单紧凑、体积小、重量輕、制造成本低。传动效率高等优点，目前在微型车和低端轿车上广泛应用。在转向过程中，异响是最常见的故障模式，并会导致驾驶员和乘车人员的不适。由于齿轮齿条转向器在设计、加工和装配过程中的缺陷可能会导致各类异响，解决异响问题是汽车转向系统中重要的研究课题之一。其工作原理为齿轮齿条式转向器中作为传动副主动件的转向齿轮安装在壳体中，与水平布置的转向齿条啮合。弹簧通过压块将齿条压靠在转向齿轮上，以保证无间隙啮合。弹簧的预紧力可用调整螺钉调整。工作时，转向齿条的中部与转向拉杆托架联接，转向左、右横拉杆与转向节臂相连。当转动转向盘时时，转向齿轮转运，使与之啮合的转向齿条沿轴向移动，从而使左右横拉杆带动大左右转向节转运，使转向轮偏转，实现汽车转向。

3 齿轮齿条转向器的异响分析

3.1 “嘎哒嘎哒”声异响

故障模式：总装下线车辆在行驶过程中，左右转动方向时异响声音从转向部门传出。将车辆静止状态原地转动方向盘往同一个方向转动时会传来断断续续、无规则的“嘎哒嘎哒”的异响声音。更换转向器后异响消除，故判定为转向器异响。拆下转向器放置模拟台上进行加载模拟实验发现其异响声音来自齿轮与齿条的啮合处。通过复测其齿轮齿条的啮合间隙和齿轮轴向窜动间隙超过标准要求。通过调整其齿轮齿条啮合间隙其异响消除。 “嘎哒嘎哒”声异响发生在齿轮和齿条接触部位，在转向器转向时如果转向器的齿轮齿条啮合间隙过大，会出现齿轮齿条相互撞击而产生异响，如果齿轮轴向窜动间隙过大，在转向器工作时小齿轮会上下窜动造成异响。

控制方法：（1）装配时100%检测齿轮齿条的啮合间隙，并将原齿轮齿轮的啮合检验要求≤0.1mm，提高至间隙要求≤0.07mm；（2）通过检测设备100%监控小齿轮窜动量。（3）提高齿轮、齿条的加工精度保证齿轮齿条的啮合区。

3.2 “吱吱”异响

故障模式：在整车静止状态下原地快速来回旋转方向盘其转向器处发出刺耳的“吱吱”异响。现场通过转动转向器在齿条上增涂润滑脂，异响声音有所减轻。对故障及进行拆解分析其齿条表面粗糙度超差原要求Ra0.4，实际测量为Ra0.6。更换合格齿条后异响消除。 “吱吱”声异响发生在导套和齿条接触部位，当转向器工作时因齿条的表面粗糙度超差导致与和导套摩擦产生刺耳“吱吱”异响

控制方法：（1）提高齿条表面粗糙度，由原齿条粗糙度Ra0.4调整为Ra0.3，降低齿条和导套的摩擦力。（2）将产品的惯性磨合次数由原来的25次调整为35次。（3）增加油脂涂抹量和均匀性，保证油膜的均匀性。

3.3 “咯噔咯噔”异响

故障模式：在车辆行驶过程中左右打方向时异响响声明显，发生“咯噔咯噔”对齿轮齿条处增涂润滑脂未有明显改善。更换转向器后故障声音消除。通过用手转动齿轮，可听到方向机齿轮端有“咯噔”声异响，对故障件进行空载力矩检测，检测结果符合图纸要求。测量啮合间隙与小齿轮窜动均符合标准要求，用手转动轴承，可感觉有些发卡，将球轴承取出，测量齿轮轴承档和球轴承内径尺寸发现其小齿轮尺寸超差导致配合过盈量偏大，滚针轴承档尺寸经测量为17.020mm，图纸要求17（+0.12/0）mm，产品尺寸不合格，导致发卡，受力加载后发出异响。

控制方法：优化齿轮与轴承的产品尺寸设计配合公差，提高齿轮加工精度。

参考文献：

[1]黄政翔.企业科技与发展[J].应用技术，2012，（1）：5456.

[2]刘大勇.2007海南机械科技论坛论文集[Z].2007，（2）：217220.

作者简介：刘蒙（1989），男，汉族，山东临沂沂水县人，本科，助理工程师，供应商质量管理主任工程师，研究方向：底盘、前轴转向系统、钣金焊接。