齿轮齿条式转向器异响原因分析及控制方法

1、    齿轮齿条式转向器异响原因分析及控制方法    徐百双张晶吕祥杨魏绮摘 要：本文根据路试车验证过程中，针对出现过的齿轮齿条式转向器异响情况，总结出原因分析及控制方法，分享给从事转向器设计以及制造相关的工程师作为参考。关键词：转向器;齿轮齿条;异响1 引言齿轮齿条式转向器以结构简单、体积小、转向灵敏、传递效率高、制造成本低等优点，被广泛应用于载荷小的微型车、轿车中。路试车验证过程中齿轮齿条式转向器异响是最常见的故障模式，异响引起驾驶员舒适性差，影响汽车本身的产品质量。而异响问题主要原因是由壳体、齿轮、齿条、导套、压块总成等零部件结构设计、加工、装配过

2、程中存在缺陷造成。齿轮齿条式转向器工作原理：齿轮齿条式转向器（图1）是由壳体、齿轮、齿条、导套、调整机构、轴承、o型圈等组成。其工作原理以c-eps转向系统传递扭矩（图2）为例，当驾驶员转动方向盘时，电动助力转向管柱接收信号产生助力，转向传动轴传递扭矩到转向器齿轮上，齿轮带动啮合的齿条沿着直线反复运动，从而轉向拉杆带动转向节转动，使转向轮偏转，实现汽车转向。2 齿轮齿条啮合异响故障模式：车辆静止状态转动方向盘从转向器部位传来断断续续、无规则“嘎哒”的异响声音。对故障件进行啮合间隙、转动力矩及转向力矩波动、齿条移动力检测（表1、表2、表3），通过检测可知，啮合间隙相对于设计出厂值大，齿轮转动力矩

3、及齿条推力均偏小。原因分析：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。控制方法：1）出厂时齿轮齿条啮合间隙严格按照设计要求±180°行程内0.07mm，全行程0.1mm;2）合理选择的油脂以及用量，建议齿轮室涂6g-7g油脂，齿条面涂至少6g-7g油脂;3）控制好齿条的跨棒距、粗糙度0.4、直线度0.08mm、齿轮跳动0.056、齿形偏差0.02。3 齿条导套异响导套作用支撑齿条在运动过程中保持直线运动。故障模式：车辆静止状态快速转动方向盘从转向器部位传来“吱吱”的异响声音。对故障件导套间隙检测（表4）相对于设计值偏大，然而齿轮齿条间隙测量满足设计要求。原因分

4、析：1）齿条与导套间隙大，从而使齿条运动过程中偏斜，产生异响;2）导套的刚度不足，变形过大，齿条与导套间隙大，导致异响;3）导套中o型圈变形量大，不能够压紧导套，使齿条与导套间隙大，引起异响。控制方法：1）齿条与导套径向间隙0.15mm（从-100n到100n），径向间隙0.25mm（从-250n到250n）;2）导套采用用半开放抱紧结构，导套与齿条是无间隙配合的，能有效消除齿条导套间隙;3）o型圈材料选择nbr，硬度要求70±5hs，设计变形量范围不超过12%。4 调整机构异响调整机构主要作用在齿轮齿条啮合运动时，吸收因零件制造误差引起的振动调节齿轮齿条啮合间隙。故障模式：车辆静止

5、状态转动方向盘时从转向器部位传来连续“咔哒”的异响声音。用手转动齿轮，可听到声音从调整机构端传出，可能存在的几种问题（表5、表6、表7）不满足设计要求，从而引起异响。原因分析：1）调整机构与壳体间隙小，使得调整机构上的o型圈受到挤压，产生永久变形量大不能在壳体孔内正常运动，导致调整机构偏斜与壳体内壁偏磨，产生异响;调整机构与壳体间隙大，调整机构上下窜动与壳体内壁撞击，引起异响;2）调整机构涂油脂量少，使得调整机构与壳体内壁干磨擦，出现异响;3）齿条齿背粗糙度偏大，在转向时调整机构受到齿条的轴向力过大，导致调整机构摆动撞击壳体内壁，引起异响。4）调整弹簧刚度不足，导致调整机构上下窜动与壳体内壁撞

6、击，引起异响。控制方法：1）规定调整体外周与壳体内孔之间有合理的配合间隙，一般设计二者之间的间隙为0.040.1mm2）规定调整体外周要涂抹润滑脂，一般至少0.3g;3）齿条齿背及调整体衬垫粗糙度要合适，一般要求在ra0.4以下，以减小两者之间的摩擦力;4）弹簧需经低温回火处理，保证弹簧刚度（载荷350±30n时变形量为2.3mm）;5）采用双o型圈缓冲使用中的冲击，降低噪音，硬度要求70irhd;6）压块座要求真空浸油处理工艺。5 球轴承异响故障模式：车辆行驶过程中转动方向盘时，明显听到从转向器部件传过来的“咯噔”声音。用手转动齿轮，可听到转向器齿轮端有“咯噔”声异响，对故障件球轴

7、承检测（表8）不满足设计要求。原因分析：1）球轴承结构、规格或游隙选取不当;2）齿轮与轴承的产品尺寸设计配合。控制方法：1）球轴承滚动体采用4点接触式结构而不采用深沟球轴承（图3），径向游隙可控9m以下，轴向游隙约其23倍，轴向刚性大（图4）2）控制齿轮上下轴承配合位置的同轴度0.02;3）压紧螺塞拧紧力矩（34n.m44n.m）适当且有防松措施，见表8。6 结束语齿轮齿条式转向器中产生异响原因有很多，排查引起异响的原因也很复杂，所以在零部件结构设计、加工、装配过程中均需要提前采取预防措施，防止出现异响等故障。参考文献：1王望予.汽车设计（第四版）.北京：机械工业出版社，2003.2王霄峰.汽车底盘设计m.北京：清华大学出版社，2010.3孟永超.齿轮齿条机械转向器异响成因浅析.河南省汽车工程学