汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)異響問題探討

(合肥職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 巢湖 238000)

0 引言

汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是底盤的重要組成部分，目前，液壓助力轉(zhuǎn)向、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向和電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已經(jīng)代替了傳統(tǒng)的機(jī)械助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。在汽車日常運(yùn)行中，如果駕駛?cè)瞬捎貌涣嫉鸟{駛習(xí)慣，容易導(dǎo)致車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)生異變，這就需要對助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行定期保養(yǎng)，以消除助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的異響問題，延長汽車的使用壽命。

1 電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)異響問題分析

汽車電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的異響主要包括常規(guī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)異響與助力系統(tǒng)轉(zhuǎn)向異響2個(gè)部分。常規(guī)異響是指電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在非工作狀態(tài)時(shí)出現(xiàn)的機(jī)械異響，產(chǎn)生的原因一般是由機(jī)械結(jié)構(gòu)傳動(dòng)力矩或者是扭矩間存在著間隙而造成的異響，在檢測時(shí)可以對管柱、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的中間傳動(dòng)軸與轉(zhuǎn)向器進(jìn)行分別鑒定分析。

助力系統(tǒng)轉(zhuǎn)向異響主要是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在工作的過程中產(chǎn)生的異響，這時(shí)的異響檢測需要結(jié)合常規(guī)異響的檢測方案與步驟進(jìn)行排查，即在排除助力系統(tǒng)異響時(shí)首先需要排除常規(guī)系統(tǒng)的異響，以消除常規(guī)異響對助力異響造成的干擾。

車輛電動(dòng)系統(tǒng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)存在異響的原因一般來自于轉(zhuǎn)向傳動(dòng)的多個(gè)連接部分，需要逐步對其每一個(gè)部位進(jìn)行分析，它的關(guān)鍵連接點(diǎn)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵連接點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖

助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)異響部件的結(jié)構(gòu)特征如下。

1)上轉(zhuǎn)向軸。位于圖1中的①位，按照整車安全性能的要求，為了有效消除車輛碰撞發(fā)生時(shí)的安全性保護(hù)，將轉(zhuǎn)向管柱設(shè)計(jì)為可潰縮式，使得轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在受到軸向壓縮時(shí)，車輛的方向盤可以向下移動(dòng)，減少駕駛員的沖擊力，達(dá)到保護(hù)的目的。

2)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)。位于圖1中的②位，它是一種減速裝置，作用是改變助力電機(jī)扭矩方向與減速扭矩，為了減少設(shè)備的噪音、吸收震動(dòng)，在蝸輪的連接部位一般采用的是尼龍材料，由于尼龍材料的耐磨性能比較差，在工作一段時(shí)間后，就會(huì)導(dǎo)致蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)的間隙增大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之間產(chǎn)生異響。

3)關(guān)鍵連接處。主要包括管柱輸出軸與節(jié)叉連接處(圖1中的③)、中間傳動(dòng)軸伸縮處(圖1中的④位)、節(jié)叉與齒輪軸連接處(圖1中的⑤)以及齒輪齒條連接處(圖1中的⑥位)，這些關(guān)鍵連接處，對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總體穩(wěn)定性要求較高，一般會(huì)受到相關(guān)推力、拉力壓力的作用，關(guān)鍵連接處一旦出現(xiàn)間隙，就會(huì)產(chǎn)生異響。

2 電動(dòng)助力系統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)異響處理流程與方法

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)異響對車輛的穩(wěn)定性影響十分巨大，它與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征是密切相關(guān)的，在具體處理轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的異響時(shí)，需要結(jié)合具體的情況進(jìn)行處理，各個(gè)部分的處理方法如下。

2.1 上轉(zhuǎn)向軸異響

為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向管柱可以進(jìn)行潰縮，在設(shè)計(jì)時(shí)，可以將上轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)成軸向可滑動(dòng)式，對于上下軸則采用內(nèi)外花鍵連接的方式，在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以將傳動(dòng)扭矩軸向位移進(jìn)行吸收。但是，如果在工作時(shí)，將上下軸的內(nèi)外花鍵參數(shù)設(shè)置得不夠合理、質(zhì)量控制不合符要求、轉(zhuǎn)向軸之間的密封措施設(shè)置得不合適，就會(huì)造成上下轉(zhuǎn)向軸在工作時(shí)產(chǎn)生“咯噔”的異響。

產(chǎn)生這種異響的排除方法，可以利用臺(tái)架完成，具體的流程為：①將管柱固定裝在臺(tái)架上，并管柱的輸出軸鎖死固定。②按照上下軸逐漸變大的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率、轉(zhuǎn)向行程以及轉(zhuǎn)向方向盤響動(dòng)進(jìn)行檢測分析，通過聆聽與觀察上下軸之間是否存在“咯噔”異響以及響聲頻率是否發(fā)生變化，同時(shí)運(yùn)用手來感受方向盤上的振動(dòng)情況是否存在異常。如果在測試的過程中，發(fā)現(xiàn)存在異響，而且響聲與方向盤上的振動(dòng)頻率變大，就可以判斷方向盤轉(zhuǎn)向軸的連接處存在間隙，這樣就會(huì)判斷轉(zhuǎn)向系統(tǒng)存在異響。

2.2 蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)異響

蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)主要包括蝸輪和蝸桿等，在具體的設(shè)計(jì)過程中，需要將蝸輪與蝸桿在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的間隙進(jìn)行控制，一般采用無間隙補(bǔ)償機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，產(chǎn)生異響的原因是蝸輪蝸桿在大負(fù)荷的運(yùn)動(dòng)下會(huì)產(chǎn)生發(fā)熱，而尼龍材料受熱膨脹率不同，導(dǎo)致蝸桿蝸輪的間隙不斷減小，就會(huì)導(dǎo)致蝸輪蝸桿之間的滾動(dòng)阻力增加，影響著轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向性能，從而就會(huì)產(chǎn)生異響。因此，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)時(shí)，就需要將間隙控制在一個(gè)穩(wěn)定的區(qū)間內(nèi)，過大就會(huì)產(chǎn)生異響，過小就會(huì)影響系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向性能，車輛在行駛一段時(shí)間后，蝸輪材料就會(huì)發(fā)生磨損，在一定程度上就會(huì)造成設(shè)備的間隙增加，產(chǎn)生異響。

產(chǎn)生該種異響的排除方法是，將需要排查異響轉(zhuǎn)向軸固定在臺(tái)架上，安裝的方式與上轉(zhuǎn)向軸異響檢測的方式相同，將電動(dòng)轉(zhuǎn)向管柱在工作時(shí)需要的電源電壓與信號(hào)模擬出來，通過控制器檢測轉(zhuǎn)動(dòng)軸的工作狀態(tài)，如果在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)在具體工作時(shí)才會(huì)產(chǎn)生異響，就可以判斷蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生異響。

2.3 中間傳動(dòng)軸異響

中間傳動(dòng)軸的異響判斷，需要根據(jù)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行判斷，中間轉(zhuǎn)動(dòng)軸主要是由轉(zhuǎn)向管柱的輸出軸與齒輪軸構(gòu)成，它們之間的連接是通過兩端節(jié)叉的三角花鍵連接在一起的，然后采用螺栓將中間軸固定在整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中。所以，三角花鍵、螺栓和螺紋的參數(shù)，將會(huì)直接影響著電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向性能與耐久性，而且十字軸與節(jié)叉之間的尺寸配合也會(huì)影響著轉(zhuǎn)向性能，導(dǎo)致電動(dòng)轉(zhuǎn)向設(shè)備產(chǎn)生異響。

中間傳動(dòng)軸產(chǎn)生異響的檢測方法為：①將管柱按照整車裝備的方式固定在臺(tái)架上，為了便于比較，需要將一套無異響的轉(zhuǎn)向管柱固定在臺(tái)架上。②將帶有中間轉(zhuǎn)動(dòng)軸的管柱固定在臺(tái)架上，以進(jìn)行后期的檢測。③將轉(zhuǎn)向器的齒輪軸按照整車的要求，依據(jù)一定的角度與位置焊接在臺(tái)架上，并將中間轉(zhuǎn)動(dòng)軸與齒輪軸連接在一起，也就將將中間轉(zhuǎn)動(dòng)軸按照整車布置的角度與位置進(jìn)行連接。在具體的測試異響驗(yàn)證時(shí)，研究的方法與測試上轉(zhuǎn)向軸的研究方法相似，如果在測試的過程中，發(fā)現(xiàn)傳動(dòng)軸存在異響，而且異響響聲與方向盤的振動(dòng)頻率相同或者增大，就可以判斷在電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電動(dòng)軸轉(zhuǎn)向存在問題。

2.4 轉(zhuǎn)向器齒輪齒條間隙產(chǎn)生的異響處理

齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器主要功能通過扭矩轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)向軸提供推拉力，是將齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩轉(zhuǎn)變?yōu)辇X條的軸向推拉力，齒輪齒條嚙合工作時(shí)，它們之間的中心距離與實(shí)時(shí)發(fā)生變化，特別是在車輛行駛一段時(shí)間之后，支撐彈簧就會(huì)出現(xiàn)疲勞或者耐久性發(fā)生變化，而產(chǎn)生形變，這種形變會(huì)直接影響齒輪齒條之間的間隙，也就會(huì)導(dǎo)致汽車的助力系統(tǒng)出現(xiàn)異響。另外，如果轉(zhuǎn)向器的殼體的支撐座安裝的內(nèi)徑不符合要求，與支撐座的外徑、O型圈的耐久性不同不符合，以及齒條的尺寸之間不一致，會(huì)對轉(zhuǎn)向器的基本性能產(chǎn)生重要的影響，這樣也會(huì)導(dǎo)致助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)異響。

檢查轉(zhuǎn)向器齒輪齒條間隙產(chǎn)生的異響，一般情況下只需要排查助力系統(tǒng)的中間傳動(dòng)軸是否存在異響，將測試時(shí)，將臺(tái)架需要檢測存在異響的中間傳動(dòng)軸的齒輪軸(焊接于臺(tái)架上)去除，然后將存在問題的轉(zhuǎn)向器安裝在該位置，就可以進(jìn)行檢測，也就是將整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)按照整車檢測的方式對齒輪齒條間隙進(jìn)行檢測，以便于高效判斷助力系統(tǒng)的異響。

3 結(jié)語

汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)異響問題是汽車維護(hù)中常見的問題之一，但是助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的來源與產(chǎn)生的機(jī)理也多種多樣的，在具體的處理過程中，需要結(jié)合異響的實(shí)際情況，建立一套切合實(shí)際的異響排除處理方法，依據(jù)具體的情況來判斷是常規(guī)轉(zhuǎn)向異響還是主力轉(zhuǎn)向異響，從而能夠快速準(zhǔn)確的對助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)異響問題進(jìn)行定位。