某乘用車轉向管柱異響的研究分析

張蕓華

摘? 要：汽車在行駛過程中振動異響會降低顧客舒適度，引起顧客抱怨。在整車入庫問題中，轉向管柱異響的不良率為90%。針對這一問題，本文以某SUV為研究對象，采用FTA故障樹分析可能產生異響的原因，確定引起轉向管柱異響的主要原因：轉向管柱蝸輪蝸桿嚙合間隙過大、中間軸滑動副間隙超差，然后通過優化蝸輪蝸桿徑向間隙消除結構;提高花鍵加工制造精度，選用合適的涂覆尼龍材料，再選用粘度低，抗耐磨性好的潤滑脂等方式進行整改。整改后轉向管柱異響的不良率降低至0.2%，減少了因轉向管柱異響的返工，降低了制造成本。

關鍵詞：FTA故障樹;轉向管柱;異響

中圖分類號：U463.44+4? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1005-2550（2019）04-0020-04

Abstract： The abnormal vibration and noise of the car during driving will reduce the comfort of customers and cause complaints from customers. The defective rate of steering column abnormal sound is 90% in the whole vehicle garage problem. In order to solve this problem， this paper takes an SUV vehicle as the research object， the FTA? method is adopted to analyze the causes of abnormal noise， and the main causes of abnormal sounding of the steering column are determined： excessive mating clearance of worm wheel and worm of steering column， Sliding pair clearance of intermediate shaft is overshoot， the rectification is carried out by optimizing the worm and worm radial clearance elimination structure ; improving Machining and Manufacturing Accuracy of Spline， selecting of suitable coated nylon materials， choosing lubricating grease with low viscosity and good wear resistance. After rectification， the defective rate of abnormal sound of steering column was reduced to 0.2%， which reduced the rework of abnormal sound of steering string and reduced the manufacturing cost.

Key? Words： FTA;Steering column;Abnormal Sound

1? ? 前言

隨著汽車行業的快速發展，客戶對產品舒適度的要求日益提高，汽車使用過程中產生的異響越來越多成為顧客抱怨的焦點。經統計，在整車入庫Top5的問題中，轉向管柱異響的不良率高達90%，不僅導致批量返工，耗時耗力，更無法保證整車的一次下線合格率的提高。因此，解決行車過程中的異響問題迫在眉睫。目前不少汽車制造廠家也存在轉向管柱異響的問題，并展開了分析和研究。其中，長城汽車通過對失效機理及生產現場觀察，識別為裝配過程一致性問題導致的轉向管柱齒板異響[1];一汽豐田通過拆裝試驗，確定為轉向柱中心軸與轉動萬向節左右活動有卡滯導致轉向管柱異響[2]。但基于轉向管柱結構、工藝等的復雜性，本文針對行車過程中的轉向管柱異響問題，從人、機、料、法四個方面逐一分析可能產生異響的原因，最終鎖定兩個影響因子，針對性地解決轉向管柱異響的問題，為其他汽車制造廠家提供參考和方向。

2? ? 轉向管柱帶中間軸總成介紹

轉向管柱帶中間軸總成如圖1所示，由轉向管柱總成、中間軸總成、萬向節、電動機、控制器總成、減速機構和傳感器等部件構成的總成[2]，是連接汽車方向盤和轉向機的機構，其作用是通過方向盤轉動轉向柱產生轉向力，轉向力傳遞至轉向機推動車輪實現轉向功能。同時轉向柱具有調節方向盤上下的作用，其主要是依靠齒板的換位實現角度調節。

3? ? 問題概述

某SUV車型動態路試（車速20-25碼）過顛簸路過程中從轉向管柱傳出較明顯“嘎達”異響，不良率高達90%。

4? ? 轉向管柱異響原因排查

本文以某SUV車型為研究對象，采用FTA故障樹分析引起轉向管柱異響可能原因，從傳感器、控制器、中間軸，電機、渦輪渦桿五個方面來展開分析。具體故障樹如表1所示。

針對經過頭腦風暴得出的故障因素，通過生產現場操作、實驗設備測量和互換驗證等多種方法進行試驗，聚焦出這12個故障件產生異響的主要因素是渦輪蝸桿間隙大、中間軸滑動副間隙超差。

4.1? ?渦輪蝸桿間隙大

蝸輪蝸桿傳動機構如圖2所示，為了保證傳動的平順性以及存儲潤滑脂的要求，渦輪蝸桿之間設計有一定的嚙合間隙。而轉向管柱在受到從轉向器齒條傳來的來自于路面的激勵后可能產生的異響，所以需要嚴格控制蝸輪和蝸桿的嚙合間隙[3]。考慮到蝸輪蝸桿傳動機構生產一致性的問題，故將12臺異響車輛的轉向管柱蝸桿拆下來，現場拆下來的蝸桿如圖3所示，將異響車輛上拆下的轉向管柱換上跨棒距往上偏差走的蝸桿，以減小蝸輪蝸桿間隙，然后進行路試。

從表1中可以看出：12臺異響車輛中，更換跨棒距往上偏差走的蝸桿后，10臺車路試后合格，2臺車仍有異響。對2臺仍有異響的車輛更換方向機后，異響解除。通過上述12臺車的換件試驗可以看出跨棒距往上偏差走的蝸桿可以消除轉向管柱異響的問題。

4.2? ?中間軸滑動副間隙超差

在轉向系統中，由于結構布置的要求，轉向管柱和轉向器輸出軸不能位于同一軸線上，應具有一定的夾角。而中間軸就是連接管柱和轉向器的部件，實現不同相對空間位置下轉向力矩的傳遞。在C-EPS轉向系統中，中間軸同時承受手力和電機助力作用。中間軸內部結構包括花鍵連接節叉、焊接節叉、十字軸、花鍵套管、花鍵軸。該SUV車型中間軸有三種連接方式：花鍵節叉連接、十字軸連接、花鍵連接，這三處連接處都有可能產生異響。通過對異響的12件故障件進行故障再現試驗，握緊花鍵軸下端固定不動，晃動節叉位置，沒有聽見異響;握住花鍵套下端固定不動，晃動節叉位置，聽到輕微響聲，故初步判定為滑動副間隙大造成的異響。

通過專用設備選取5臺轉向管柱中間軸滑動副間隙在下偏差范圍的傳動軸對異響車輛進行驗證，測試結果如表2所示：

根據表3的測試結果，可看出選用間隙小的傳動軸能夠改善異響的問題。

5? ? 確定整改措施

針對排查出來的兩個主要影響因素，逐一進行整改：

5.1? ?渦輪蝸桿間隙大

蝸輪蝸桿間隙調節機構包括設于蝸桿軸承與殼體之間的彈性套、抵壓彈性套的彈性頂桿組件，彈性套包括互相連接的內套以及外套，內套與外套之間具有空間，內套與軸承配合，外套與殼體配合，彈性頂桿組件抵壓所述內套來實現蝸桿徑向間隙的調節[4]。但內套與外套之間的間隙容易導致內圈與小軸承之間過緊或過松而導致蝸輪蝸桿之間的卡死或嚙合不平穩。因此，針對蝸桿跨棒距偏小的問題，臨時措施為供應商內部通過選用大組別蝸桿跨棒距生產，嚴格控制蝸輪蝸桿嚙合間隙，并進行試裝驗證。永久措施是優化蝸輪蝸桿徑向間隙消除結構，使其能夠提供足夠的彈性及耐磨性，來確保蝸輪蝸桿配合間隙控制的穩定性。經過多次試驗驗證，確定蝸桿跨棒距標準值為20.3-20.35mm范圍內。

同時，為了減少渦輪蝸桿之間的磨損，降低蝸桿硬度，由原來的真空氮化硬度表層HRC42～ 45調整為HRC27～ 32。

5.2? ?中間軸滑動副間隙超差

花鍵軸與花鍵套配合齒面若有相對滑動且潤滑不良就會出現轉向異響。長時間的相對磨損會導致花鍵軸和花鍵套的滑動副間隙變大，從而在顛簸路上產生異響[5]。因此，針對中間軸角間隙超差的問題，臨時措施為供應商內部通過選用中間軸角間隙在2范圍內的進行裝車。永久措施是提高加工制造精度，使花鍵軸與花鍵套的實際竄動量在較小的范圍內，同時選用合適的涂覆尼龍材料以增加花鍵的剛度，再選用粘度低，抗耐磨性好的潤滑脂保證耐久后不失效。經過多次試驗驗證，確定轉向管柱間隙標準值為上、下節叉角間隙≤5′，滑動副間隙≤2′。

6? ? 效果驗證與問題總結

本文通過對轉向管柱異響的問題件進行排查，并同時試驗驗證找出主要影響因子，最后進行整改，將轉向管柱異響的不良率穩定在1%以下。并做以下兩點總結：

（1）為了解決轉向管柱蝸輪蝸桿配合間隙過大的問題，供應商通過優化蝸輪蝸桿徑向間隙消除結構，使其能夠提供足夠的彈性及耐磨性，來確保蝸輪蝸桿配合間隙控制的穩定性。同時，通過降低蝸桿硬度來減少渦輪蝸桿之間的磨損。

（2）為了解決中間軸間隙超差的問題， 在設計和生產過程中，供應商應該提高提高加工制造精度;選用合適的涂覆尼龍材料以增加花鍵的剛度;再選用粘度低，抗耐磨性好的潤滑脂保證耐久后不失效。

參考文獻：

[1]李文賀;徐龍飛;郭路衛等.汽車轉向管柱齒板異響質量問題研究[J]. 中國新技術新產品，2015：71.

[2]魏志航.一汽豐田皇冠3.0轉向柱異響[J].汽車維修技師，2008：60.

[3]尹愛霞. C-EPS 轉向管柱在顛簸路面異響的因素分析[J]. 農業裝備與車輛工程，2017：88.

[4]劉鵬.某車型轉向管柱異響的診斷分析[J].汽車時代，2016：69-70.

[5]劉慧建.C-EPS轉向管柱中間軸異響分析與改進[J].客車技術，2017：31-38.