關于提升轉向伸縮軸質量的方案研究

吳雪峰 胡茂軍

摘 要：市場反饋原花鍵式轉向伸縮軸失效嚴重影響行車安全，通過失效模式分析、整車機理分析、靜扭對比試驗分析，文章從幾個方面進行結構的設計改進及優化，提出了采用滾珠式伸縮軸替代原有花鍵式轉向伸縮軸的優化提升方案，降低市場質量問題。

關鍵詞：轉向伸縮軸;滾珠式;異響

中圖分類號：U463.9? 文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）15-51-02

Abstract： A phenomenon is found that the failure of the original splined steering telescopic shaft seriously affected the driving safety from the market feedback. Through failure mode analysis， vehicle mechanism analysis， and static torsional comparison test analysis， the structural design was improved and optimized from several aspects in this paper. An optimized lifting scheme is proposed to replace the original splined steering telescopic shaft with a ball-type telescopic structure to reduce market quality problems.

Keywords： Steering telescopic shaft; The ball-type; Abnormal sound

CLC NO.： U463.9? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）15-51-02

前言

近年來，市場時常反饋轉向伸縮軸松曠異響問題，造成售后索賠費用高昂，給公司帶來了巨大的經濟損失。

1 失效分析

經對舊件檢查發現，伸縮軸套總成在經常使用的位置花鍵軸有明顯磨損痕跡，售后退回的件在使用部位搖動時均可感覺到明顯的徑向間隙。將退回的部分舊件花鍵軸套總成于檢測臺檢測，發現部分花鍵軸套周向間隙在1°以上，部分花鍵軸套周向間隙均在0.9°以內。拆解發現花鍵軸磨損部位未經處理的跨棒距尺寸最大減小0.07mm，花鍵套齒部均未見有明顯磨損痕跡，而舊件的花鍵軸端部與花鍵套內壁均已接觸，具體如圖1、圖2所示。主要原因還是由于伸縮軸套總成徑向有間隙后整車顛簸造成花鍵軸與花鍵套內壁磕碰而產生的異響。

經進一步分析，整車轉向柱總成安裝角度較大，翻轉角度也較大，當整車行駛過程遇顛簸及翻轉時，伸縮花鍵軸套在伸縮減振過程中同時承受了較大的徑向分力，加劇了花鍵軸套齒部的磨損;伸縮花鍵軸、套均較長（超過500mm），而伸縮套齒部的有效長度只有85mm，配合長度較短，如圖3所示。當周向稍有間隙時，齒部就會產生徑向間隙，花鍵軸在花鍵套內懸置部分約240mm，是配合長度的3倍，而齒部配合的徑向間隙設計時就有0.5mm左右，當出現徑向間隙后，在花鍵軸端部的單邊擺動量最大就可達到1.5mm。實際在設計時，花鍵軸與花鍵套內壁之間理論上單邊只有1.5mm的間隙，間隙量較小，加上花鍵軸及花鍵套加工過程中的直線度誤差，只要花鍵周向稍有間隙所產生的徑向間隙就可能導致花鍵軸端部與花鍵套內壁接觸磕碰而產生異響現象。

綜上分析得出：由于該車型伸縮軸套總成安裝角度及翻轉角度較大，且花鍵軸套齒部有效接觸長度較短，花鍵套內壁與花鍵軸外圓之間的間隙設計較小。在整車使用一段時間后（在保修期內）使花鍵軸套出現少量周向間隙所產生的徑向間隙導致花鍵軸與花鍵套內壁接觸磕碰產生異響現象。

2 方案措施

結合分析對該問題進行了改進，具體措施為：

（1）對花鍵軸零件校直要求進行更改，將整根花鍵軸的直線度控制從原來的0.5mm更改為 0.2mm;

（2）優化花鍵套上的油封結構，在油封內增加儲油槽，在裝配時將油槽內注滿潤滑油脂，以確保伸縮花鍵軸套在使用過程中能夠進行較好的潤滑;

（3）控制花鍵軸套的初始周向間隙，將花鍵軸套配裝時的初始周向間隙從原來的“加載±3N.m，周向間隙不大于0.5°（30），伸縮軸套花鍵處間隙不大于15”進行控制;

（4）為提升伸縮花鍵軸套的耐磨性，將花鍵套的四齒有效長度由原來的80mm增長到110mm，增加花鍵的接觸長度，增加耐磨性;

（5）增加四齒花鍵滲碳淬火工藝，提高產品耐磨性能。

從三包件舊件數量故障率來看，以上改進措施和改進前趨勢基本一致，呈現波動上升趨勢，說明前期針對四齒花鍵軸套所實施的改善措施效果并不明顯。

經分析，原轉向伸縮軸為花鍵結構，整車使用過程中花鍵嚙合部位徑向分力過大，造成花鍵配合部位磨損加劇，同時花鍵軸套齒部有效接觸長度較短，容易產生徑向間隙。四齒花鍵結構局限，已經不適用于目前高端重卡的品質要求。

最終，從設計優化角度著手，將原四齒花鍵伸縮結構改進為滾珠式轉向伸縮結構，如圖4所示。該結構將滑動摩擦改進為滾動摩擦，采用9組鋼球進行間隙控制，間隙及耐磨性均提升很高。經臺架試驗驗證其磨損量較小，間隙增大量也非常小。

為確定滾珠式轉向伸縮軸效果，進一步對標行業內其他重卡，發現滾珠結構的伸縮軸已成熟應用且故障率遠低于花鍵結構;滾珠結構的伸縮軸在軸套中為兩端支撐，穩定性好，不會產生軸端碰撞軸套壁的現象，伸縮副運動為鋼球滾動，摩擦力小，磨損壽命長，駕駛室翻轉后回位時不易卡滯，花鍵滾道通過特殊工藝處理，表面硬度高，耐磨性能好;并且經過各項關鍵性能的對比檢測得出，滾珠式的確較傳統結構相關性能提升效果較大。

3 結語

通過對轉向伸縮軸結構進行優化改進，可以看出經歷了從一開始的各項“治標”類的改進措施到后來徹底“治本”的結構優化這一系列過程，此項質量改進工作充分體現了質量改進工作中找出原因、提出方案、驗證方案、臨時措施到永久措施、固化實施的過程;通過不斷優化持續改進，直至問題得到解決，既為供應商降低了經濟損失，同時又為企業提升了產品質量與口碑，意義重大。