系統(tǒng)分析小小的零部件如何深刻地影響了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)甚至整車質(zhì)量

位于圣戈班的系統(tǒng)分析團(tuán)隊(duì)展示了一個(gè)小小的零部件如何深刻地影響了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)甚至整車質(zhì)量。

電動(dòng)汽車的出現(xiàn)，使得人們對(duì)座艙內(nèi)噪聲的容忍度越來(lái)越低，因此轉(zhuǎn)向節(jié)軸承的設(shè)計(jì)顯得更為重要。

近年來(lái)，由于對(duì)汽車噪聲的相關(guān)法規(guī)越來(lái)越嚴(yán)格，發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲已經(jīng)顯著降低。隨著電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車、現(xiàn)代靜音內(nèi)燃機(jī)車和啟停系統(tǒng)的發(fā)展，這一趨勢(shì)又進(jìn)一步加強(qiáng)。較大的噪聲會(huì)導(dǎo)致駕乘人員壓力增大等負(fù)面影響，因此目前的發(fā)展趨勢(shì)對(duì)道路環(huán)境的整體影響是積極的。對(duì)于希望享受安靜環(huán)境的駕駛員而言，這也是個(gè)好消息。但是，隨著動(dòng)力系統(tǒng)變得越來(lái)越安靜，一個(gè)新問(wèn)題也逐漸突顯出來(lái)：原本輕微的噪聲（如震動(dòng)和摩擦造成的聲音）現(xiàn)在變得更加明顯了。

不斷改善的路況，以及輪胎和懸掛技術(shù)的進(jìn)步，讓駕駛體驗(yàn)變得更加平順，這也意味著原本對(duì)駕駛舒適度產(chǎn)生輕微影響的汽車系統(tǒng)問(wèn)題現(xiàn)在變得更加明顯了。為打造高質(zhì)量品牌形象，汽車制造商對(duì)零部件的要求越發(fā)嚴(yán)格，希望供應(yīng)商提供質(zhì)量過(guò)硬的產(chǎn)品。

正如《汽車工程》雜志的讀者所知，只有充分了解顧客需求的工程師，才能制定出有效的解決方案。正因如此，在評(píng)估轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時(shí)，圣戈班的工程師開(kāi)展了充分詳細(xì)的測(cè)試調(diào)查，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的噪聲和轉(zhuǎn)向感是影響駕駛質(zhì)量的兩個(gè)關(guān)鍵因素。而這類問(wèn)題的解決方案往往是系統(tǒng)性的，并非僅僅改善一個(gè)部件就能解決。

如上圖所示，轉(zhuǎn)向節(jié)軸承（又稱轉(zhuǎn)向齒條導(dǎo)向軸承）在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中具有關(guān)鍵作用。轉(zhuǎn)向節(jié)軸承的功能是確保齒條和小齒輪齒之間保持嚙合狀態(tài)，因?yàn)橐坏X輪脫離，整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就會(huì)失靈。為了將轉(zhuǎn)向節(jié)軸承壓緊在轉(zhuǎn)向齒條上，需要使用一個(gè)300牛彈力的彈簧。

施加在轉(zhuǎn)向節(jié)上的力會(huì)在齒條上產(chǎn)生摩擦，直接影響“轉(zhuǎn)向感”。因此必須確保轉(zhuǎn)向節(jié)軸承的滑動(dòng)層的設(shè)計(jì)質(zhì)量。轉(zhuǎn)向節(jié)軸承通常由一枚聚四氟乙烯（PTFE）板和金屬襯墊構(gòu)成，其特定的形狀能夠使軸承滑動(dòng)面和轉(zhuǎn)向齒條之間產(chǎn)生線型接觸，這會(huì)對(duì)滑動(dòng)面產(chǎn)生較高的壓力，加劇磨損。

隨著材料不斷磨損，齒條和小齒輪之間會(huì)產(chǎn)生間隙，造成異常的齒輪撞擊聲。

根據(jù)顧客需求和規(guī)范定制的轉(zhuǎn)向節(jié)軸承能夠在整個(gè)汽車壽命內(nèi)更好地維持性能。上圖 展示了兩個(gè)不同形狀的轉(zhuǎn)向節(jié)軸承所受壓力的有限元分析（FEA），其中一個(gè)軸承和齒條的貼合度差，產(chǎn)生線型接觸，而另一個(gè)貼合度更好，因此接觸面也更大。

接觸面更多的轉(zhuǎn)向節(jié)承受的壓力更小，磨損減輕，整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的異響也隨之減少。

高磨損率還會(huì)導(dǎo)致另外一個(gè)問(wèn)題——摩擦力會(huì)隨著時(shí)間推移不斷增加。分析表明，由燒結(jié)青銅和PTFE共同制成的軸承的PTFE層往往較薄，磨損后青銅基體和轉(zhuǎn)向齒條直接接觸，增加了轉(zhuǎn)向摩擦力。

而接觸面更多的軸承具有較低的磨損率，能夠保護(hù)金屬基體免于暴露。圖3比較了一款燒結(jié)青銅PTFE軸承和兩款Norglide轉(zhuǎn)向節(jié)軸承的摩擦力和靜動(dòng)壓值耐久性測(cè)試結(jié)果，前者為線型接觸，后者的接觸面更大。

在整個(gè)產(chǎn)品壽命內(nèi)，燒結(jié)青銅PTFE軸承的摩擦力快速增加，而Norglide軸承的摩擦力和靜動(dòng)壓值始終穩(wěn)定。

通過(guò)緊密合作，工程師們?yōu)榭蛻舳ㄖ葡到y(tǒng)解決方案，并憑借充分的測(cè)試，提升了客戶對(duì)所購(gòu)零部件的信心。