关于提升转向伸缩轴质量的方案研究

吴雪峰 胡茂军

摘 要：市场反馈原花键式转向伸缩轴失效严重影响行车安全，通过失效模式分析、整车机理分析、静扭对比试验分析，文章从几个方面进行结构的设计改进及优化，提出了采用滚珠式伸缩轴替代原有花键式转向伸缩轴的优化提升方案，降低市场质量问题。

关键词：转向伸缩轴;滚珠式;异响

中图分类号：U463.9  文献标识码：A  文章编号：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

近年来，市场时常反馈转向伸缩轴松旷异响问题，造成售后索赔费用高昂，给公司带来了巨大的经济损失。

1 失效分析

经对旧件检查发现，伸缩轴套总成在经常使用的位置花键轴有明显磨损痕迹，售后退回的件在使用部位摇动时均可感觉到明显的径向间隙。将退回的部分旧件花键轴套总成于检测台检测，发现部分花键轴套周向间隙在1°以上，部分花键轴套周向间隙均在0.9°以内。拆解发现花键轴磨损部位未经处理的跨棒距尺寸最大减小0.07mm，花键套齿部均未见有明显磨损痕迹，而旧件的花键轴端部与花键套内壁均已接触，具体如图1、图2所示。主要原因还是由于伸缩轴套总成径向有间隙后整车颠簸造成花键轴与花键套内壁磕碰而产生的异响。

经进一步分析，整车转向柱总成安装角度较大，翻转角度也较大，当整车行驶过程遇颠簸及翻转时，伸缩花键轴套在伸缩减振过程中同时承受了较大的径向分力，加剧了花键轴套齿部的磨损;伸缩花键轴、套均较长（超过500mm），而伸缩套齿部的有效长度只有85mm，配合长度较短，如图3所示。当周向稍有间隙时，齿部就会产生径向间隙，花键轴在花键套内悬置部分约240mm，是配合长度的3倍，而齿部配合的径向间隙设计时就有0.5mm左右，当出现径向间隙后，在花键轴端部的单边摆动量最大就可达到1.5mm。实际在设计时，花键轴与花键套内壁之间理论上单边只有1.5mm的间隙，间隙量较小，加上花键轴及花键套加工过程中的直线度误差，只要花键周向稍有间隙所产生的径向间隙就可能导致花键轴端部与花键套内壁接触磕碰而产生异响现象。

综上分析得出：由于该车型伸缩轴套总成安装角度及翻转角度较大，且花键轴套齿部有效接触长度较短，花键套内壁与花键轴外圆之间的间隙设计较小。在整车使用一段时间后（在保修期内）使花键轴套出现少量周向间隙所产生的径向间隙导致花键轴与花键套内壁接触磕碰产生异响现象。

2 方案措施

结合分析对该问题进行了改进，具体措施为：

（1）对花键轴零件校直要求进行更改，将整根花键轴的直线度控制从原来的0.5mm更改为 0.2mm;

（2）优化花键套上的油封结构，在油封内增加储油槽，在装配时将油槽内注满润滑油脂，以确保伸缩花键轴套在使用过程中能够进行较好的润滑;

（3）控制花键轴套的初始周向间隙，将花键轴套配装时的初始周向间隙从原来的“加载±3N.m，周向间隙不大于0.5°（30），伸缩轴套花键处间隙不大于15”进行控制;

（4）为提升伸缩花键轴套的耐磨性，将花键套的四齿有效长度由原来的80mm增长到110mm，增加花键的接触长度，增加耐磨性;

（5）增加四齿花键渗碳淬火工艺，提高产品耐磨性能。

从三包件旧件数量故障率来看，以上改进措施和改进前趋势基本一致，呈现波动上升趋势，说明前期针对四齿花键轴套所实施的改善措施效果并不明显。

经分析，原转向伸缩轴为花键结构，整车使用过程中花键啮合部位径向分力过大，造成花键配合部位磨损加剧，同时花键軸套齿部有效接触长度较短，容易产生径向间隙。四齿花键结构局限，已经不适用于目前高端重卡的品质要求。

最终，从设计优化角度着手，将原四齿花键伸缩结构改进为滚珠式转向伸缩结构，如图4所示。该结构将滑动摩擦改进为滚动摩擦，采用9组钢球进行间隙控制，间隙及耐磨性均提升很高。经台架试验验证其磨损量较小，间隙增大量也非常小。

为确定滚珠式转向伸缩轴效果，进一步对标行业内其他重卡，发现滚珠结构的伸缩轴已成熟应用且故障率远低于花键结构;滚珠结构的伸缩轴在轴套中为两端支撑，稳定性好，不会产生轴端碰撞轴套壁的现象，伸缩副运动为钢球滚动，摩擦力小，磨损寿命长，驾驶室翻转后回位时不易卡滞，花键滚道通过特殊工艺处理，表面硬度高，耐磨性能好;并且经过各项关键性能的对比检测得出，滚珠式的确较传统结构相关性能提升效果较大。

3 结语

通过对转向伸缩轴结构进行优化改进，可以看出经历了从一开始的各项“治标”类的改进措施到后来彻底“治本”的结构优化这一系列过程，此项质量改进工作充分体现了质量改进工作中找出原因、提出方案、验证方案、临时措施到永久措施、固化实施的过程;通过不断优化持续改进，直至问题得到解决，既为供应商降低了经济损失，同时又为企业提升了产品质量与口碑，意义重大。