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齿轮齿条式机械转向器异响优化设计版权所有《汽车零部件》文章作者张帮琴更新时间2009-9-29摘要主要对齿轮齿条式机械转向器因结构设计不合理而产生转向异响的原因进行了分析,提出了优化设计方案并对优化设计前后相关零件的结构进行对比该优化设计已经过试验验证及批量生产验证,可以应用于同类产品关键词齿轮齿条式转向器;异响;优化设计0前言齿轮齿条式机械转向器以其结构简单紧凑、体积小、重量轻、制造成本低、传动效率高等优点,已经在微型车及低档轿车上得到广泛的应用,因此如何提高这类转向器的转向性能,是转向器行业及转向器生产厂家的主要课题之一1齿轮齿条式机械转向器的优缺点与其它形式的转向器相比,齿轮齿条式转向器最主要的优点是结构简单、紧凑;体积小;壳体采用铝合金或镁合金铸造而成,转向器的质量比较小;制造成本低;传动效率高达90%主要缺点是因逆效率较高60%~70%,汽车在不平路面上行驶时,发生在转向轮与路面之间的冲击力,大部分能传至方向盘,称之为反冲,反冲现象会使驾驶员感觉不舒服,容易疲劳;转向盘突然转动又会造成打手;另外因齿轮齿条式机械转向器各传动部件多为刚性接触,当设计结构不好或制造精度不高时容易出现异响问题,转向器异响是机械转向器常见的故障模式之一如图1所示的这种结构就很容易出现转向器异响问题2异响原因分析这种结构的转向器,其小齿轮上的球轴承靠标准孔用C形挡圈固定在壳体内(详见A部放大图2)该设计结构简单,可加工性与可装配性均很好,但存在以下问题为保证孔用C形挡圈的装配性,在设计上必须在球轴承与孔用C形挡圈之间留有一定的间隙量,设计间隙为
0.2mm,但因球轴承厚度、壳体C形挡圈安装位置尺寸、C形挡圈厚度均存在制造误差,当这几者的公差均在极限状态时,间隙量最大可达
0.47mm在转向器工作时,齿轮在轴向力的作用下便会上下窜动,从而使球轴承撞击C型挡圈发出响声,称之为异响3优化设计对策要改善上述原因产生的异响问题,关键是要优化球轴承与孔用C形挡圈之间的间隙量,最大程度地减小球轴承与孔用C形挡圈之间的间隙量,若二者之间没有间隙,效果更佳经过研究与计算,采用如图3所示的结构,只要球轴承厚度、壳体C形挡圈安装位置尺寸、C形挡圈厚度的制造误差在设计的公差范围内就可以保证球轴承与孔用C形挡圈之间无间隙这种结构的孔用C形挡圈为带倒角的非标挡圈,同时壳体中的孔用C形挡圈安装槽也增加与挡圈相同的倒角,当球轴承厚度、壳体C形挡圈安装位置尺寸、C形挡圈厚度存在制造误差时,C形挡圈在弹性作用下根据球轴承与C形挡圈的间隙量调节开口大小,靠C形挡圈上的倒角与壳体上的倒角接触,可以始终保证C形挡圈与球轴承之间无间隙,这样齿轮就不易产生轴向窜动,也就不易有因此原因而产生的异响问题4优化设计前后对比为满足优化设计后孔用C形挡圈的可装配性及可靠性,除对C形挡圈的结构及尺寸变更外,还要对壳体的结构及尺寸作部分调整,优化前后相关零件结构变更对比如表1所示……6结束语本文对齿轮齿条式机械转向器因结构设计不合理而产生转向异响的原因进行了分析,提出了优化设计方案并对优化设计前后相关零件的结构进行对比通过对齿轮轴向窜动量检测,可见优化设计后齿轮的实际轴向窜动量比原设计的大大减小,且与理论设计值很接近,这样转向器在工作时,齿轮基本上无转向窜动,因此也就不易产生因齿轮轴向窜动而产性的异响问题通过可靠性试验验证优化设计后的结构是可靠的同时经批量生产使用,从市场反馈来看,自优化设计后生产的产品,基本上无因该类设计问题而产生的转向器异响,该优化设计可在同类产品上扩展应用。