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機械轉向器結構分析:

齒輪齒條機械轉向器結構解剖:機械轉向器由外球頭、外拉桿、內球頭、齒條、小齒輪、壓塊塞、預緊彈簧、齒條襯套等,如圖1所示:圖1齒輪齒條機械轉向器和動力轉向器的最大區別就是:機械轉向器較動力轉向器少了油管和液壓缸,少了轉閥和扭桿。機械轉向器的齒條在殼體內部的固定方式是一端由襯套固定,另一端由小齒輪和齒條嚙合固定。較之動力轉向器,機械轉向器純機械連接,受路面激勵很容易產生異響。

機械轉向器異響原因分析:

異響的產生肯定是由于兩零部件或者以上零部件間產生相對運動或者相對制約。下面對機械轉向器可能產生異響的原因作魚刺分析,如圖2所示:圖2首先排除一些總裝裝配的原因和零部件廠加工的原因。總裝新下線車輛要進行四輪定位,調整前束,這樣可以排除內外球頭的松動、前束大、齒條背面粗糙度大、拉桿螺母松動等可能原因。然后測量內拉桿的啟動力矩,查看是否滿足圖紙要求,如果不滿足圖紙要求,則要求供應商重新制作。經過測量,海馬轉向器的啟動力矩都滿足要求,并且制作啟動力矩更小的樣件后裝車試驗,異響基本沒有改善。運用排除法分析,引起異響的可能原因如下:轉向器齒輪齒條預緊力不夠,壓塊塞軸向和徑向的竄動,齒條襯套和殼體的摩擦。

對比優化設計和驗證的過程:

優化措施:異響的轉向器彈簧剛度為166Nlmm,如果彈簧剛度不足,齒條受到來自路面的激勵后,齒條會有各個方向的分力,如果作用在彈簧上的分力很大,那么彈簧就會壓縮,齒條沿著彈簧軸向運動,當受力減小,齒條回彈,回彈后會和小齒輪發生撞擊,如果頻率達到一定程度則齒輪齒條撞擊產生異響。為了減小該處的異響,分別制作以下幾個樣件:彈簧剛度從166N/mm提高到250Nlmm,預緊力為50ON的樣件2件、預緊力為550N的樣件2件、預緊力為650N的樣件2件。驗證:分別對這些轉向器裝車驗證,發現異響聲音有所減小,但是仍然能夠察覺,優化效果不好。優化措施:彈簧的壓塊塞的外徑和轉向器殼體是有間隙的,齒條在受到激勵時會傳遞給壓塊塞,如果壓塊塞的外徑和轉向器殼體間隙不合理,則壓塊塞可能在殼體內部晃動產生異響,為了不讓壓塊塞在殼體內部晃動,只有讓壓塊塞和轉向器殼體過盈配合或者通過一個軟體讓兩者之間沒有間隙。為了保證易裝配,于是想到了在壓塊塞圓柱表面加工兩道凹槽,加人兩條0型圈。制作樣件2個,加在預緊力為650N的轉向器中,把齒輪齒條間隙調到0.06mm。驗證:把該0型圈加人轉向器后裝車評價,發現該車以20km小的速度在石塊路上行駛時還是有異響。優化措施:齒條襯套是靠外擋圈壓在齒條和殼體之間,如果襯套尺寸選擇不對,齒條和殼體之間間隙達不到合理值,在轉向器受到路面特定的激勵的時候就有可能產生異響。更改前的齒條襯套如圖3所示,為了減小此處可能產生的異響,手工改制齒條襯套,在齒條襯套外圈加上兩個0型圈(如圖習沂示藍色部分),在方案二基礎上,在齒條襯套上增加此兩個0型圈。優化措施:方案三中的齒條襯套為手工改制件,手工改制的件可能性能不穩定,于是方案四決定采用工裝件裝車評價。驗證:把方案四的轉向器裝車后評價,發現異響聲音完全消除。五、結論本文對齒輪齒條式機械轉向器因結構設計不合理而產生轉向異響的原因進行了分析,并提出了優化方案。并對優化前后相關零件的結構和測試結果進行對比。經過專業的車輛評價人員評價后,反饋機械轉向器異響完全消除,優化效果良好,后續車型的機械轉向器可以參考本次優化的結構進行設計。

本文作者：程翔工作單位：海口一汽海馬汽車有限公司