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1、.循环球动力转向器转阀特性的设计最新突破根据汽车转向技术专题讲座的要求本讲：是循环球动力转向器设计，是以转阀结构为主的动力转向器结构、工作原理、设计要求（重点阐述转阀阀口对力特性的影响）、参数选择计算；主要零件的工艺过程材料等；与整车的匹配选型等。共4小时。我想在这个时间里尽量照顾重点，把重点的讲了其余没时间讲那也没关系。因为我国的动力转向器设计这些年来已有长足的进步，已具有较丰富的经验，有些设计已是程式化了。根据整车厂的要求，或自行开发某种用户特殊要求的动力转向器已不成问题。但现在世界上动力转向器发展也相当快，品种繁多，总的趋势是轻量化、小型化，随着工艺装备、试验设备、材料的进步和计算机的广
2、泛应用，产品越来越合乎用户的要求，零部件越做越精致，有的已做得像工艺品似的。这些似乎也难不到我们，在国外有的新品种出现不久，我们也开发出来了。从图样到实物乍一看都差不多，但在设计、制造上的还存在着不少的软肋，还有些问题我们还没弄清楚。譬如说那几个尺寸是保证路感的，那个尺寸变大、变小了路感会变强、变弱？这是转向器的重要特性之一，设计者理应说得清，但你没做过这方面的试验、研究，是说不清楚的，即便做过这方面的试验、研究，从我国目前的水平看（包括制造、试验等等）很多问题也只能说清楚一部分。因此我感到这次专题讲座的组织者选题很正确，把转阀特性设计列为重点。所以把时间侧重放在这方面应该说也是对的，而且在这
3、点时间里还要拣最要紧的讲，否则来不及。我在这几年在转阀特性方面做了些工作，试验做了不少，包括实际试验和计算机模拟试验，因为它有几何量的问题又有物理量的问题。因此搞的最后结果，现在回过头来看看只能说，在没有其它办法时，这也算是个办法，在建仿真程序时还是比较烦的，还需寻求更为简便的办法。即便这样我也愿意把这些研究介绍给大家和大家一起讨论，因为我国在转阀特性的设计计算方面在很多方面与发达国家相比还有一定的差距，至少在公开报道的成果和发表的论文中看到的是这样，因此很需要集思广益，像今天这样的形式很好，我愿意向大家抛砖，通过大家的交流集思广益肯定会对我国汽车转向学会在一些学术上面的不断提高有所帮助，这也
4、是我的心愿。1转阀的结构、工作原理 现在的汽车动力转向器的控制阀，几乎全都采用转阀结构。滑阀结构已基本被其取代。动力转向系统，由一个流量为常数的油泵和一个常流式（即常开在中心点的）转阀。 转阀用来控制流量和方向为转向系统产生转向时所需的助力。转阀有三个主要的零件在转向器中的位置如图 1、3所示。一个阀芯,一个阀套和一个扭杆。三个主要零件阀芯、阀套、扭杆在转阀细部结构中的位置及其具体结构如图 2、4所示。图1美国TRW公司HFB50型动力转向器阀芯、阀套、扭杆图 2阀芯、阀套、扭杆在TRW转阀细部结构中的位置图 3 Delphi Automotive Systems德尔福汽车系统萨基诺Sagin
5、aw Gm808动力转向器阀芯、阀套、扭杆图 4 萨基诺Saginaw Gm动力转向器阀芯、阀套、扭杆的具体结构图56转向器中的油缸a、油缸b的位置（右转）图5 转阀的横截面(左转)图6 转阀的横截面(右转)输入轴在外力的作用下将克服扭杆弹性产生一个相对阀套的角位移,使转阀每个台肩一侧油路渐开,另一侧油路渐闭,这样在转向动力缸的a、b腔就会产生压力差,从而推动齿条活塞运动,起到转向助力作用。如图 5、6所示。当输入轴在朝左转方向逐渐减小的阀孔口、缝隙，使油液压向a腔。推动齿条活塞带动摇臂轴、垂臂、横直拉杆、转向梯形、节臂使前轮作左转运动，b腔回油；当输入轴在朝右转方向逐渐减小的阀孔口、缝隙，使
6、油液压向b腔。推动齿条活塞带动摇臂轴、垂臂、横直拉杆、转向梯形、节臂使前轮作右转运动，a腔回油。 2转阀式动力转向器转灵敏度特性曲线和手力特性曲线转阀式动力转向器性能计算主要是用于对助力曲线即转向手力特性和转向灵敏度特性两种特性曲线的分析和预测。转阀的助力油压对应于转向手力矩构成为手力特性曲线；它也可对应于转阀转角构成灵敏度性能曲线。因为扭杆本身是一个线性扭簧, 所以这两条曲线呈比例关系。但转向手力矩无论用何种结构、方法,都应包括摩擦的附加变量 ,即在测试时表现为滞后现象。在研究分析转阀性能时，应注意两种性能曲线的差别。转阀式动力转向器转灵敏度特性曲线如图7所示。转向灵敏度曲线横坐标单位为转角
7、（）；图 7灵敏度曲线-P(1:1)转向手力特性曲线横坐标的单位为(N.m)，两特性曲线纵坐标单位均为压力（MPa）。图 8手力特性曲线M-P(1:1)图 9扭杆直径对手力特性曲线M-P(0.7:1)的影响图9a一台转向器同时打出灵敏度曲线-P(1:0.7),手力特性曲线M-P(1:0.7)试验曲线由于在特性曲线的分析、预测中，不可能事先把每台机的扭杆刚度都测量过，但可由试验曲线上获知，如上图（某新台架试验曲线）知实测试验记录纸灵敏度曲线-P手力特性曲线M-P在相同的油压的手力Nm与度数换算系数.当p=3.0时, 系数 khm_ =3.5/4.75866Nm=0.7355则扭杆刚度为hmk0
8、= 1 / 0.7355=1.3596193Nm/度。3动力转向器灵敏度特性曲线和手力特性曲线的计算现在我们分析转阀性能时都是采用的如下的理论计算，对于中顿位以上的商用车这种计算与实际比较接近。我们计算分析转阀性能时都是采用的如下的理论计算:理论计算时必要的假设： (1)转向器齿条活塞设定为不动； (2)不考虑沿途的压力损失； (3)不考虑转向器的内泄漏；(4)无加工误差；(5)不计转向手力。 我们从2001年就开始编程计算，如对某动力转向器转阀的灵敏度特性曲线和手力特性曲线的计算如图 10所示。 图 10.0某动力转向器转阀的灵敏度特性曲线的计算 某动力转向器转阀的灵敏度特性曲线的计算结果预
9、开隙：0.295；：a1坡口宽 ： 0.7375；2 坡口总角： 4.17978；1 预开隙角：1.2138；1p：0.11495 MPa2-1p角： 3.17；2-1p；0.9027MPa；2-1hm：4.7233Nm2-2p角： 3.82：2-2p 6.9 MPa； 2-2hm:5.6918 Nm2-3p角： 3.919：2-3p： 13.077 MPa：2-3hm:5.8393Nm图 10.1某转阀的灵敏度特性曲线-P(1:1),手力特性曲线M-P(1:1)的计算现在以普遍反映较好的中等长度坡口(坡口也称其为刃口或楞边)的转阀为例。我们常用的计算方法是毕大宁老师1998写的“汽车转阀式动
10、力转向器的设计与应用”一书中的“性能计算与预测”那章节里的公式来计算的。 以此为数学模型编成程序来计算。如中等长度坡口转阀如图11所示，坡口(刃口) 的横截面如图12所示。 设阀芯半径为r,预开隙宽度为A2 ,其轴向长度为W2, 中等长度坡口轴向长度W为W2的6545%，坡口楞边，为一段很窄的圆弧，其圆弧半径为r2 。转阀的预开隙或坡口形成的截面形状均为长方形；长方形薄壁孔的流量公式，可从圆管流量公式导得，只是将长方形的水力直径代替了圆管直径。由于长方形的长宽比很大，所以长方形的水力直径可取近似， 图11中等长度坡口(刃口)图12坡口(刃口) 的横截面图13坡口楞边的几何计算图中：r为阀芯半径
11、；r2为坡口楞边（刃口）半径；A1为坡口楞边宽度；A2为预开隙宽度；L2为偏心距；为阀槽边角；v为楞边宽角；1为预开隙夹角；2为预开隙角1与楞边宽角v之和；c 为阀槽宽半角；v阀台肩宽半角；jxv为偏心圆与阀芯圆间隙;QE=Q/n （mm3/s） （1）式中Q通过转阀的总流量（mm3/s）；n同时工作的阀口数以上是单个预开隙全开时的流量。单个预开隙形成的长方形薄壁孔即单个阀口的流量QE公式为： （mm3/s） (2)式中A2预开隙宽度(mm)；（A2 w2 ）W2预开隙长度(mm)；p工作油压（MPa）;液压油绝对粘度(Pas) = 式中运动粘度,30D液压油为302 /s 液体密度,30D
12、液 压 油 为900kg/m3 所以： =0.027 Ps 。预开隙孔口瞬间宽度 = A 2 R /180 其中:为阀芯与阀体瞬间相对转角 转阀从中性位置到一侧间隙闭合经过两个阶段：（一），当转向器输入轴即转阀的阀芯转动时预开隙由全开到变小到接近闭合，即输入轴转角为时（见图11）。此时可认为由预开隙闭合程度形成阀口的大小，对流量变化起作用。此时阀口的的瞬间宽度为b () (3)式中A2预开隙宽度；输入轴的转角（度）；r阀芯半径；将（2）、（3）代入（1）得 () (4)（二），当阀芯继续转动预开隙闭合后，在坡口楞边闭合前即输入轴的转角范围为12时。b为阀口的的瞬间宽度(当转角为时)。 在O1O
13、C 由余弦定理CBV2= ( r2 +b) 2= L 2 2+r2-2 L2 r cos(+) 所以 (5)将上式代入得 (12) (6)N同时工作的阀口数上式就是我们用来计算转向灵敏度特性-P的常用的计算公式。4我们为什么要对转阀特性进行研究 从德尔福公司（Delphi）的技术资料中知，当时他们为了减少转阀的嘘叫噪声，在改进转阀中采用了现在广为采用的坡口楞边的这种结构要素。而在消除了转阀嘘叫噪声的同时并获得了更好的柔和特性。我们今天对它性进行研究，主要是为了在设计时能预知是否满足设计要求，如能否达到国家、行业规定的一些标准如QC/T3051999汽车动力转向控制阀总成技术条件中，如规定路感强
14、度应符合设计要求，即路感强度是由生产厂的设计要求中加以规定，如某专业生产厂的设计要求为路感强度 E=10.33（用斜率表示）;或4515（用角度表示）。预计我们所设计图样上的参数能否达到标准要求。在汽车动力转向控制阀总成技术条件中，有些要求是对制造方面的要求如曲线的对称性、内泄漏等。有些要求是对设计要求的如路感强度、最大油压的转角（手力）等。像路感强度以往主要在设计制造之后靠试验数据来改进控制阀。如果计算能提供比较正确的路感强度等，那就可把正确的尺寸要素确立在转阀制造之前。但这些年来大家一直在研究如何把这预知能够更准确些而在努力。因为至今我们对这些问题的预知并不精确也没充分的掌握。如我们搞电液转向（ECHPS）,譬如电磁阀与转阀匹配要求转阀特性能满足如下图14的曲线具有的性能。图14在电磁阀参与下高车速和零车速的手力特性曲线即高车速的最大手力为8Nm和到零车速的最大手力为6.5Nm，这些要求是对转阀的要求，因此可以说电液转向的良好性能也必需建立在转阀具有良好的手力特性基础上。5转阀在制造方面的相关问题要研究转阀的特性，必需对转阀在制造方面的相关问题，如磨削、测量的问题有所了解，如在设计图样上是以图13上的坡口楞边的几何尺寸来标定图样的，如坡口楞边的尺寸宽度A1、长度w是可测量的，它的正确
