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1、 动力转向器转阀结构分析与检修 陈康陈诚田聪王亮摘 要：动力转向器的关键部件转向控制阀结构复杂，其装配、调整的正确性与车辆行驶转向性能关系密切。通过分析动力转向器转阀结构和工作原理，对与转阀有关的转向器故障进行分析并提出检修措施，为转向器的生产和维修提供了可资借鉴的经验。关键词：动力转向器;转阀;故障;检修：U463.43 ：A ：1671-7988（2020）02-185-03Abstract：The steering control valve is the key part of power steering gear and its structure is complex. The
2、accuracy of the assembly and adjustment of the rotary valve are closely related to the steering performance of the vehicle. By analyzing the structure and working principle of the rotary valve of the power steering gear， the failures of the steering gear related to the rotary valve were analyzed and
3、 maintenance measures were proposed. Some experience for the production and maintenance of steering gear were provided.Keywords： Power steering gear; Rotary valve; Failure; MaintenanceCLC NO.： U463.43 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2020）02-185-03前言整体式液压助力循环球式动力转向器在商用车上得到了广泛的应用，通过在转向器内部产生油液压力
4、差，将液体压力能转化为机械能，从而克服车轮转向时来自地面的阻力。驾驶员只需要通过转动方向盘控制转向器转阀的油路流向，即可实现转向，大大减轻了转向手力。转向器关键部件是转向控制阀，其装配的正确性与对中精度关系着车辆行驶时的方向稳定性和转向时的操纵轻便性，动力转向器的故障也大多与它有着密切的关系。1 转阀结构文中所述动力转向器转向控制阀的结构如图1所示，其阀芯与输入轴做成一体，扭杆两头钻孔压销分别与输入轴和螺杆轴相连，阀套与螺杆轴则用驱动环连接。输入轴与阀套外圆上均装有O型密封圈，避免不同油道之间窜油导致内泄漏。输入轴外圆与阀套内孔为间隙配合，汽车转向时可以相互转动，螺杆轴心部钻有深孔，将转阀与动
5、力转向器后腔的油道连通。装配时通过调整壳体上的螺栓，直至将螺杆轴、驱动环和阀套的轴向位置固定。螺杆轴的底部压装有经过渗碳淬火的塞块，降低调节螺栓头部与塞块之间的摩擦力并增加耐磨性，提高使用寿命;阀套与阀体之间装有平面滚针轴承，能够承受轴向力，使阀套转动轻便，降低转向时所需的手力。驱动环的结构如图2所示，左右两端面上分别有2个凸键，相互的垂直度要求一般为0.10。驱动环左端面上的2个凸键与螺杆轴的角度限位槽口相连，右端面2个凸键则与阀套的槽口相连，从而使阀套和螺杆轴形成刚性连接。方向盘通过转向传动装置与转向器输入轴以花键的形式连接，转向时输入轴相对螺杆轴转动一定角度，转向结束后输入轴又会在弹性元
6、件扭杆作用下恢复相对螺杆轴的中间位置，保持车辆直线行驶状态。2 转阀工作原理轉阀是动力转向器液压传动部分的方向控制阀。如图3所示，其主体部分由阀套和阀芯构成。阀套和阀芯的外圆上径向加工有进油口和回油口，阀套内孔粉末冶金成型的轴向油槽与输入轴外圆铣削加工并磨削出棱边刃口的凸键配合，油槽比凸键稍宽，留有间隙，以保证中间位置上下腔油路相互导通，因此将这种结构称之为常流式转阀。当车辆直线行驶时，驾驶员不对方向盘施加转矩。在此状态下，相对于螺杆轴和阀套，输入轴阀芯处于中间位置，扭杆不产生扭矩和角位移。由转向油泵输送来的液压油从转向器阀体上的进油孔进入阀套和阀芯，再从两侧（阀芯凸键与阀套油槽之间的缝隙）进
7、入转向器壳体油缸的下、上腔，并通过转阀上阀套以及阀体的回油孔和回油管返回储油罐。油液以相同的流量同时流向转向器油缸的上、下腔，没有压力差，因此齿条活塞两侧的油压相等，不产生助力和转向，保持在中间位置，汽车保持直线行驶状态。转动方向盘时，输入轴相对于螺杆轴转动，也就是阀芯相对于阀套产生角位移。阀芯凸键与阀套油槽一侧的间隙逐渐变大，油液过流面积也逐渐增大;同时另外一侧的间隙将逐渐变小，相应地，过流面积也逐渐减小，直至完全关闭。通过齿条活塞两端的上、下油腔压力差转向助力，推动齿条活塞在壳体油缸里做直线运动并通过齿条齿扇传动副带动摇臂轴旋转，从而实现转向。当驾驶员已将车辆转向至一定角度后停止对方向盘继
8、续施加转矩时，与转向传动装置相连的输入轴将同步停止转动。而齿条活塞在上、下两腔油液压力差的作用下继续在壳体油缸里作直线运动，通过螺杆螺母副使螺杆轴带动阀套继续转动，直到阀套与输入轴阀芯的相对位置从转弯时存在角位移的状态恢复到车辆直线行驶时的状态。此时阀芯凸键和阀套油槽重新处于中间位置，两侧缝隙和过流面积相等，转向器油缸上、下两腔压力差消失，齿条活塞失去助力，便稳定在某一位置，车辆在既定转弯角度上继续转弯。当驾驶员将方向盘打正后改为直线行驶时，阀套与阀芯的相对位置在短时间内与车辆反向转弯时相同，产生一定的角位移，然后恢复为车辆直线行驶状态。3 故障分析与检修虽然转向器的各个零件在加工、检测过程中
9、都会严格控制质量，但是在转向控制阀或转向器总成台架试验时还是会出现部分检测项目不合格的情况，另外动力转向器在使用过程中出現的很多故障也跟转阀有关，具体故障原因与检修措施分析如下。3.1 台架试验不合格3.1.1 力特性曲线不平滑转阀在装配到转向器总成之前，必须依据汽车动力转向阀总成台架试验方法进行性能测试。在检测力特性曲线时，常常出现曲线不平滑的现象。这样的转阀会导致转向时扭矩有突变，手感发抖、不柔和，影响驾驶员的路感。测试过程扭力突变会产生力特性曲线不平滑的情况，一般情况下是由于阀芯与阀套在相互转动过程中发生了干涉，这种干涉可能是两者之间配合间隙过小或圆度超差导致的摩擦力过大，也有可能是阀体
10、总成中的平面滚针轴承因为装配不当而损坏，造成阀套滚动不灵活。解决方法是注意检测阀套内孔与外圆的同轴度，提高阀芯外圆表面与阀套内孔的表面质量和圆度，对阀套阀芯分组选配时选择合适的配合间隙，以免产生干涉。另外螺杆轴与输入轴装配后应保证较高的同轴度，使阀体底部的平面轴承与阀套端面接触紧密均匀并转动灵活。3.1.2 曲线对称度超差曲线对称度是转阀台架试验时非常重要的一个检测指标。试验证明当曲线的对称度低于90%时，驾驶员操纵方向盘时就能感觉到左右两个方向的转向力大小有差异。曲线的对称度由阀芯凸键与阀套油槽的均分性质量以及阀总成对中的准确性两个方面决定。阀套油槽的均分性质量由粉末冶金成型的工装来保证，阀
11、芯凸键由带分度头的铣床或有分度功能的数控铣床加工，分度精度是主要影响因素。输入轴阀芯凸键两侧的刃口由专用凸轮磨床或数控磨床磨削加工而成，凸键刃口的形状和宽度的一致性对于曲线对称度影响最大。转阀装配时首先在对中机上利用专用对中夹具将输入轴阀芯和阀套夹紧，确定其相对角度位置后再钻孔压销。对中的精度决定了阀套和阀芯油口两侧的“预开隙”的大小，也直接影响曲线对称度。对中夹具的制造精度以及使用过程中定位元件的磨损都是影响因素。对于少量对称度超差不太严重的转阀，可以由台架试验操作人员直接用砂条在相应刃口部位手工修磨，然后重新试验，直至合格为止。而采用机械对中的转阀，经试验不合格的转阀必须压出销子重新对中后
12、再次钻孔压销，不仅返修工序比较繁琐，还不能保证再次试验一定能合格。图2所示的驱动环有相隔90的两组定位凸台，用于连接阀套和阀芯。可以订制几种不同规格的驱动环，以左端凸键为基准，将右端凸键设计制造成不同的倾斜角度，在顺逆两个方向上按一定落差分组。如果出现曲线对称度超差，可以通过更换驱动环来返修。螺杆轴与输入轴阀芯的相对角度通过扭杆压销后已经固定，通过更换不同组别的驱动环可以改变阀套与螺杆轴的相对角度，因此改变了阀套和阀芯的相对角度，从而提高曲线对称度。另外还可以改变工艺路线，将机械对中改为液压对中，主要工艺过程为：手动上料对中并性能测试钻、铰孔压销再次性能试验手动下料。上下料外的全部过程可以设计
13、成自动完成，从而提高精度和效率。3.1.3 扭矩超差驾驶员对汽车转向手感的轻重由转向器在某个压力下输入扭力值决定。如果扭力值过大会使驾驶员感到转向沉重，扭力值过小会造成驾驶员的“路感”不明显。扭力过大可能是转阀出现卡滞造成，另外扭杆的尺寸和形状精度是非常重要的，在加工过程中要严格控制外圆尺寸，热处理工序也非常关键。另外，转阀“预开隙”的大小也影响到扭力值，过小的阀芯凸棱宽度会增大转向扭矩。3.1.4 内泄漏台架试验中出现内泄漏，可能是阀套与阀芯分组选配时的配合间隙过大、阀套和输入轴外圆上的密封槽尺寸误差过大、密封圈在装配过程中被划伤，这些失效的可能性应该一一予以排查。3.2 转向器使用过程中出
14、现故障3.2.1 动力转向器漏油主要原因是阀体内孔与输入轴外圆之间的密封圈磨损，应在拆解转向器阀体后进行更换。3.2.2 转向沉重输入轴外圆与螺杆轴内孔油道之间的密封圈、螺杆轴尾部外圆与齿条活塞内孔之间的密封圈或者阀套外圆上的O型圈磨损或者被油液里的杂质划伤都会导致转向沉重，应在拆解转向器后更换O型密封圈。另外，阀芯与阀套因为油液杂质卡滞，阀套与阀体之间的平面滚针轴承如果损坏，能导致左、右转向操纵沉重，排除故障后应更换新油。3.3 车轮自动跑偏该故障与转阀有关的原因是扭杆受到外力作用后发生了塑性变形，也就是扭杆两头产生了不可恢复的角位移，导致在车辆直线行驶状态下，输入轴阀芯与阀套的相对位置处于
15、类似于车辆转弯时的位置。转发装配时通过扭杆来确定阀芯和阀套对中的位置，一旦出现变形，不仅方向会跑偏，左右转向扭矩也不对称，手感也会变差。拆解转向器和转向控制阀后对扭杆进行校正的方法其实并不可行，因为用扳手将扭杆反方向变形并通过目测来重新校正扭杆的方法，精度远远达不到转阀对中的要求，而且转阀有角度限位装置，一般最多只能相对转动7，因此可能也无法使扭杆产生足够的塑性变形。应该将转阀总成拆解后更换扭杆，重新对中压销并通过台架试验才能再次使用。4 结论作为动力转向器的关键部件，转向控制阀结构复杂，与车辆行驶转向性能关系密切。通过分析动力转向器转阀结构和工作原理，并对转向器总成台架试验和装车使用过程中出
16、现的与转阀有关的故障进行分析并提出检修措施，为转向器的生产和维修提供可资借鉴的经验。参考文献1 王望予.汽车设计M.北京：机械工业出版社，2004.2 陈诚，顾晋.动力转向器转阀力特性对称度分析与改善J.机床与液压，2019，47（10）：177-178+183.3 陈诚，顾晋.动力转向器转阀外圆跳动对静特性的影响J.机床与液压，2013（17）：8890.4 李向东，申孝忠.汽车转向沉重故障分析J.润滑与密封，2006，31 （11）：208.5 王秀萍，姚春艳.动力转向系统常见故障分析与排除J.农机使用与维修，2013（07）：44.6 QCT 529-2013.中华人民共和国汽车行业标准汽车动力转向阀总成台架试验方法S.北京：中国计划出版社，2013. -全文完-
