轉(zhuǎn)向管柱異響問題分析研究

摘 要：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車底盤的重要系統(tǒng)之一，其中轉(zhuǎn)向管柱是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重要部件，使駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩通過轉(zhuǎn)向管柱、轉(zhuǎn)向機(jī)、轉(zhuǎn)向橫拉桿等部件轉(zhuǎn)化為車輪的運(yùn)動(dòng)，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的NVH性能是汽車的重要性能指標(biāo)之一，汽車在行駛的過程中異響會(huì)降低駕駛員以及乘客的舒適性，可能引起嚴(yán)重的客戶抱怨，本文以某一車型轉(zhuǎn)向管柱的異響故障為例，采用故障樹分析法，分析異響的產(chǎn)生機(jī)理并確定異響源，對(duì)異響問題進(jìn)行整改并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 轉(zhuǎn)向管柱 異響分析

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是底盤系統(tǒng)的重要組成部分，而轉(zhuǎn)向管柱是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重要部件之一。隨著汽車行業(yè)的不斷快速的發(fā)展，汽車在使用過程中的異響問題是用戶關(guān)注的重點(diǎn)之一，也是用戶抱怨最多的問題之一，因此各大汽車企業(yè)在NVH的研發(fā)投入上也越來越多，提高了汽車的乘坐安全舒適性，才能進(jìn)一步讓客戶滿意，提高市場核心競爭力，因此提高整車的NVH性能是非常有必要的，目前市場上的許多汽車轉(zhuǎn)向管柱存在各種故障模式的異響問題，并展開了轉(zhuǎn)向管柱影響問題的分析研究，由于轉(zhuǎn)向管柱的結(jié)構(gòu)以及工藝等方面比較復(fù)雜，本文采用故障樹分析法對(duì)異響故障進(jìn)行分析，并對(duì)可能得故障原因進(jìn)行一一排查，確定故障原因。

1 轉(zhuǎn)向管柱及中間軸總成工作原理

轉(zhuǎn)向管柱及中間總成，見圖1，由上轉(zhuǎn)向軸、上軸承、上軸承、U型支架總成、調(diào)節(jié)手柄總成、下柱管傳感器總成、DU（永磁無刷電機(jī)、伺服殼體、電機(jī)控制器、蝸桿、支架軸承、小端軸承）、中間軸總成等零部件組成。其工作原理如下：上轉(zhuǎn)向軸花鍵與方向盤連接，中間軸與管柱總成M10螺栓扭矩加轉(zhuǎn)角法打緊，中間軸節(jié)叉與轉(zhuǎn)向機(jī)螺栓固定，駕駛員通過方向盤施加一定手力，永磁無刷電機(jī)在電機(jī)控制器下轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行降速增扭，對(duì)轉(zhuǎn)向過程進(jìn)行助力，使駕駛員在轉(zhuǎn)向過程中有一個(gè)良好的手感。轉(zhuǎn)向管柱及中間軸總成由伺服殼體旋轉(zhuǎn)中樞軸和U型支架兩安裝孔在整車上安裝固定；當(dāng)手柄關(guān)閉時(shí)，手柄螺栓軸系的凸輪和鎖緊螺母夾緊U型支架提供徑向摩擦力，保證管柱無法上下調(diào)節(jié)；同時(shí)，U型支架夾緊下柱管，下柱管和U型支架配合區(qū)域進(jìn)而變形夾緊上柱管提供軸向摩擦力，保證管柱無法軸向伸縮調(diào)節(jié)；手柄打開時(shí)，U型支架夾緊力消失，下柱管上的手柄螺栓可以在U型支架中的滑動(dòng)月牙槽上下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)管柱的徑向調(diào)節(jié)功能；同時(shí)上柱管可以在下柱管滑動(dòng)槽內(nèi)進(jìn)行軸向伸縮調(diào)節(jié)功能，調(diào)節(jié)的徑向和軸向極限由軟限位實(shí)現(xiàn)。當(dāng)管柱受外部撞擊時(shí)，由于撞擊力大于管管摩擦力，上柱管會(huì)繼續(xù)下移；直至上柱管上剪切塊脫落以及吸能帶被拉伸提供潰縮峰值力以及潰縮持續(xù)力，吸收碰撞過程中的巨大能量，保證駕駛員的安全。

2 故障分析

2.1 故障描述

在固定位置換向時(shí)異響，在有無負(fù)載情況下均可穩(wěn)定復(fù)現(xiàn)。（一號(hào)件）

在多個(gè)位置換向時(shí)異響，在無負(fù)載情況下即可穩(wěn)定復(fù)現(xiàn)。（二號(hào)件）

在固定位置換向時(shí)異響，在無負(fù)載情況下即可穩(wěn)定復(fù)現(xiàn)。（三號(hào)件）

2.2 NVH測試

通過對(duì)一號(hào)件、二號(hào)件貼片后進(jìn)行NVH測試，見圖2，NVH分析起振點(diǎn)來源于傳感器總成Y向。

2.3 互換試驗(yàn)

通過互換正常件與異響件的傳感器總成、DU進(jìn)行試驗(yàn)，見表1，鎖定異響來自傳感器總成。

2.4 傳感器異響故障樹分析

傳感器總成包括輸入軸、輸出軸、扭矩傳感器、滑動(dòng)軸承、扭桿、大盤、大盤軸承、蝸輪等零部件，從這些零部件角度分析可能出現(xiàn)的異響故障，對(duì)其進(jìn)行故障樹分析。故障樹如圖3所示。

2.5 傳感器異響排查確認(rèn)

通過對(duì)輸出軸與軸承內(nèi)孔間隙涂抹膠水，待12h粘接牢固后進(jìn)行試驗(yàn)，異響仍在固定位置異響，排除輸出軸與軸承內(nèi)孔Knocking異響。

測量輸入軸、輸出軸尺寸，見表2，表3，未見明顯異常。拆掉輸入軸，異響未發(fā)生變化，排除輸入軸與輸出軸敲擊異響。

拆掉扭矩傳感器，裝配到管柱總成進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)，異響仍可復(fù)現(xiàn)，排除扭矩傳感器異響。

對(duì)滑動(dòng)軸承、扭桿相關(guān)尺寸進(jìn)行測量，見表4，表5，未見明顯異常，拆掉輸入軸總成（含滑動(dòng)軸承），異響未發(fā)生變化，排除滑動(dòng)軸承、扭桿異響。

殼體內(nèi)徑減少0.5mm，使殼體與大盤由過渡配合變?yōu)殚g隙配合，異響未發(fā)生變化，排除大盤軸承、大盤異響。

最后排查發(fā)現(xiàn)蝸輪存在一定磨損，蝸輪磨損位置與蝸桿嚙合時(shí)異響。

蝸輪磨損前，蝸輪齒與蝸桿齒間隙很小，換相過程能量微小，無異響。

蝸輪磨損后，蝸輪齒與蝸桿齒間隙較大，換相過程能量較大，蝸輪齒與蝸桿齒敲擊異響。

三個(gè)故障件為手工樣件，潤滑脂為人工涂抹，人潤滑脂涂抹不均勻?qū)е虏糠治佪唴^(qū)域沒有或只有少量潤滑脂導(dǎo)致潤滑不良，蝸輪磨損后產(chǎn)生異響，見圖5。

將三個(gè)故障件均更換新蝸輪，潤滑脂涂抹均勻，疲勞試驗(yàn)后，蝸輪均未出現(xiàn)異常磨損問題，見圖6，均未發(fā)現(xiàn)異響問題。

3 結(jié)語

本文通過對(duì)本文以某一車型轉(zhuǎn)向管柱的異響故障為例，采用故障樹分析法，分析異響的產(chǎn)生機(jī)理并確定異響源，對(duì)異響問題進(jìn)行整改并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，確定故障原因?yàn)槲佪啙櫥磕ú痪鶆?，試?yàn)過程中蝸輪異常磨損，蝸輪磨損后，蝸輪齒與蝸桿齒間隙較大，換相過程能量較大，蝸輪齒與蝸桿齒敲擊異響。解決轉(zhuǎn)向管柱異響問題，可以提高整車NVH性能，避免出現(xiàn)批量用戶抱怨問題，提升用戶的乘坐安全舒適性。

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