乘用车不平路面行驶中转向异响的研究

摘 要： 国内某乘用车行驶在不平路面上转向系发出异响声，通过大量的对比试验研究，得出的结论是，来至不平路面的激励而对齿轮齿条式转向器产生冲击振动，该振动经中间轴传递至转向管柱处而发出。通过使用新型的转向器及中间轴能将振动减弱从而消除异响。

关键词： 异响；齿轮齿条式转向器；上下中间轴；振动

中图分类号：U472 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2012）0920088—01

0 前言

据调查发现国内某款车存在异响，具体表现为：车辆行驶在颠簸路面时，方向盘下某一部位发出松旷声因其响声听起来从转向系统发出，故称为“转向系统异响”。

1 转向器可能产生间隙的部位

汽车的转向系由转向轮、转向器、转向轴、转向盘等多种零部件连接。在零部件的连接中有间隙存在，转向系可能产生间隙的部位有以下几个因素：1）方向盘与转向轴三角花键连接处松动；2）转向柱十字轴三角花键连接处松动；3）转向器小齿轮与齿条间的啮合间隙松动；4）转向横拉杆球头间隙松动；5）下摆臂球头间隙松动。

2 转向异响的试验研究

选定几台使用一段时间的有异响的事故车，在同一颠簸不平路面路试，先对一台通过更换转向器，对比前后该车的转向异响声，发现更换新的转向器（齿轮齿条啮合间隙经过调整后的新状态件）后异响声有减弱，再还原到原来状态，对比更换前后转向中间轴，发现更换新型中间轴（即伸缩式结构，见图3）后，异响声有减弱，对于同一台车，即装配上新的转向器及新型的中间轴（伸缩式）后，经过路试发现，异响声消除。通过大量的重复性试验研究得出：对于有异响的故障车可以通过装配新的转向器和新型中间轴而解决。

3 转向异响问题产生的根源

3.1 转向器小齿轮和齿条间隙对异响的影响

根据汽车设计要求，在直线行驶时转向器应处于无隙啮合状态。众所周知，汽车在在行驶过程中，大多数是处于直线行驶状态。驾驶者经常不断地微幅转动方向盘以保证直驶状态。因此，小齿轮和齿条之间的磨损很大从而使其啮合间隙不断变大而产生异响。

检查小齿轮和齿条之间的异响方法有三：

1）汽车原地停放并处于直驶状态，左右轻晃方向盘以检查方向盘在圆周方向的空行程（旷量）不大于40mm。2）汽车原地停放并处于直驶状态，左右轻晃方向盘以确认是否有“嘎嘎”异响声。3）将汽车置于举升机上举起，一人快速来回微晃方向盘，另一人在车底倾听异响是否发自转向器壳体内；拟或一人用手扶牢方向盘，一人左右掰动车轮，而另一人则倾听异响并用手握住横拉杆以体验是否有间隙感，并确认是否来自转向器壳体内。

前轮在直驶状态下通过转向器小齿轮和齿条之间的间隙调整机构（见图2）来消除或减小该间隙。再次按3—2项内容检查异响是否排除。

1）异响已排除。如果调整机构顶的太紧，则可能影响转向轻便性和自动回正性。

2）虽然用间隙调整机构消除或减小齿轮间隙，但异响仍然存在。此现象正是本文即将研讨的课题。

3.2 转向器零件制造公差对异响的影响

如上所述，若想通过间隙调整来彻底消除“异响”，需要进行如下分析（见图1）。

图中符号：

—活塞杆与右导向套之间隙；

2—活塞与缸筒之间隙；

3—活塞杆与左导向套之间隙；

4—小齿轮与齿条之啮合间隙；

—小齿轮与齿条间隙调整时，调整螺母的径向（A向）位移。

考虑到直驶时，齿轮齿条之间的最小啮合间隙为δ4min、齿厚极限磨损量为δ5，将其大小折算到间隙调整装置的径向（A向）位移量为λ1，则：

（1）

式中：

δ4min—齿轮齿条之间最小啮合间隙；

—齿厚极限磨损量；

α—齿形压力角度；

如果间隙调整装置的径向（A向）位移量λ1小于活塞杆与左右导向套之间以及活塞与缸筒之间的间隙之平均值，即：

则啮合间隙调整装置的调节量仅限于（δ1+δ2+δ3）/3的范围内，超过此量时，活塞杆或活塞将被紧紧顶死在导向套或缸筒壁上，不但猛增了转向力，恶化了转向回正效应，同时也不能消

除齿轮与齿条之间的剩余啮合间隙，从而使异响依然存在。

为了正确地解决齿轮啮合间隙造成的“异响”，在设计转向器时，就应考虑δ1、δ2、δ3、δ4各个间隙值与间隙调整装置的径向（A向）位移量λ1之间的关系，从相关零部件图纸公差和尺寸链上保证满足以下条件式（2）成立：

当满足（2）式后，齿条借助于间隙调整装置内的弹簧和衬垫块，在转向全过程内或直线行驶时紧紧压向小齿轮，从而达到实现无隙啮合的目的，也避免了“异响”的产生。

4 转向系异响减振方法

该结构的主要功能特点如下：

1）滑动连接并带有减震隔离器可以起到减震和消除噪音作用。

2）滑动花键表面采用涂塑杜邦尼龙材料，同样具有减震和隔音的功能。

3）花键结合部分涂塑长度由40mm（丰田原件）增加到60mm，增强了连接的稳定性。

5 结论

由于齿轮齿条啮合存在不合理间隙，受到来至路面对轮胎的冲击力而产生齿轮齿条的撞击振动，该振动经转向系统传动，同时上下轴连接及十字轴部位间隙的存在使振动进一步加强。通过调整转向器齿轮齿条啮合间隙同时更换了新型中间轴能将振动减弱从而消除异响。

参考文献：

[1]旁剑、何华等，汽车的噪声与振动[M].北京：北京理工大学出版社，2006.6.

[2]Matthew Harrison.Vehicle Refinement Controlling Nosie and Vibration in Road Vehicles[M].北京：机械工业出版社，2009.6.