某种转向异响原因分析及改进探讨

皮秋生

摘 要：转向系统是车辆重要的部件组成，其控制着车辆的行驶方向。转向系统也是车辆重要的安全部件，其可靠性关系着驾驶员的生命安全。整个转向系统存在多处运动副，组成运动副之间的零件存在相对运动。在驾驶车辆的过程中，由于某种原因，转向系统可能会出现各种异响。本文介绍了某型车辆在转向出现某种异响时，通过大量的原因排查，找出了故障的原因，给出了故障的整改方法，总结了一些分析经验，为以后出现的转向异响提供参考。

关键词：转向系统;转向异响;改进探讨

0 引言

转向系统是车辆非常重要的人机交互系统，其直接关系到车辆的驾驶安全性，操控性。当出现转向异响时，务必排查并锁定异响源，找出异响原因，针对故障原因进行有效的改进及验证，确保转向系统的安全可靠。

1 转向异响现象

某车型转向为C-EPS转向助力系统，其在进行第一轮样车试装时，车辆下线并在试验场内行驶了几百公里，驾驶员反馈出现了转向异响，异响现象为转向换向时发出砰砰的声音，根据异响现象初步分析为间隙产生的金属碰撞声。根据经验对可能出现松旷的连接点进行了排查，未发现异常。

2 异响原因排查

为锁定异响源，对转向传动路径逐一断开排查。（1）断开左边转向横拉杆球头，打方向异响仍然存在;（2）继续断开右拉杆球头，继续打方向，异响仍然存在，但声音变小;（3）断开转向中间轴与转向器输入轴安装点，打方向，存在异响，但声音变微弱;（4）继续断开中间轴上点，异响存在并无变化。初步判断异响源为转向管柱。

拆下故障件进行台架测试，异响复现，并在增加负载后异响变大。且根据异响时伴随的震动判断为涡轮蜗杆位置。拆下涡轮盖板，发现转向换向时，涡轮与齿轮轴之间的转动存在迟滞，即有间隙。如图2所示。涡轮与齿轮轴之间为齿形过盈配合，但故障件存在间隙，导致转向换向时，助力电机带动涡轮换向时碰撞齿轮轴产生异响。

3 异响原因分析

针对异响问题，从人、机、料、法、环、测几个方面来查找原因。

人：齿轮轴与涡轮在进行压装装配工艺时，只对压装力的下限值进行的监控，而未监控压装力的上限值，如图3所示。该过程可能会出现压装件倾斜被强制安装，压装力偏大但未监控，而倾斜装配并未使蜗轮齿轮轴之间充分过盈配合，导致使用一段时间后出现松旷。

机：涡轮齿轮轴压装设备垂直固定工装设计不合理，如图4所示，现有工装设备无法保证蜗轮齿轮轴压装时上、下同心定位要求，无足够同心定位导向基础上，涡轮与齿轮轴压配前很容易放倾斜。

料：涡轮钢芯材料为40Cr，零件需做調制处理，其硬度要求为HRC20～28。对故障件及同批次件检测其硬度如下：

以上数据可知，故障件材料硬度满足设计要求。

法：由上述可知，压装工艺监控存在缺陷，压装力的检测方法只关注了最小压装力，而未对过大的压装力监测。同时，压装对中工装设计不合理，工装并不能保证齿轮轴与涡轮之间完全垂直，有压装偏离的风险。

同时对故障批次件及图纸检查发现，齿轮轴并未设计压装的导向结构，零件的结构设计存在缺陷，如图5所示。

环：生产质量管理不严谨，工艺及质量管控验证不充分，生产环节规划存在缺陷。

测：压装件总成每批次需进行首末件抽检，抽检力矩270 Nm，抽检件报废处理，故障件批次零件按要求进行，检测未出现异常。如图6所示。

通过如上各方面的调查和分析，对引起故障的原因总结如下图7所示。

通过以上分析可知，本次齿轮轴与涡轮松动导致的异响主要出在压装工序，包括压装力监测不到位，齿轮轴导向设计不合理，对中工装设计缺陷。

4 问题整改

对于上述分析的故障原因，采取有针对性的整改方案。主要如下：

（1）更改齿轮轴设计，在齿轮轴与涡轮配合位置增加导向面设计。如图8所示。

（2）压装机增加压装力上限值监测，如超过设定值，则报警并停止压装。

（3）优化压装定位工装，确保齿轮轴与涡轮对正准确。

（4）除首末件进行破坏性抽检外，增加设计负载的1.5倍扭矩常规检查。

最后，上述措施改进落实后，抽取几套改后的样件进行台架耐久试验，重点考察扭转耐久，检验齿轮轴与涡轮的耐久性能并验证改进措施是否有效。

5 总结

本文主要是针对出现换向异响，通过声源的查找，相关件的排除来锁定故障源。针对故障源，从其全工艺链，按照人、机、料、法、环、测的分析方法，找出引起故障产生的环节，针对缺陷环节，采取有针对性的改善措施，并抽取改善后的样件，通过台架验证改善的效果，从而达到问题解决的闭环效果。

参考文献：

[1]孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2006.5.

[2]刘惟信.汽车设计[M].北京：清华大学出版社，2001.

[3]吉林工业大学汽车教研室.汽车设计[M].机械工业出版社，1981.