徐靜

摘 要 汽車的動(dòng)力轉(zhuǎn)向器是通過旋轉(zhuǎn)輸入軸，使其與閥套之間的油槽形成油槽開合造成輸入軸兩側(cè)油腔壓力差，來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力過程的。本文依據(jù)輸入軸在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的工作原理，結(jié)合其轉(zhuǎn)動(dòng)限位結(jié)構(gòu)的兩種不同組合方式，對(duì)比分析不同鍵連接結(jié)構(gòu)對(duì)輸入軸系統(tǒng)轉(zhuǎn)向時(shí)的助力影響，達(dá)到對(duì)輸入軸結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化分析的目的。

關(guān)鍵詞 轉(zhuǎn)向器 輸入軸 結(jié)構(gòu) 優(yōu)化分析

中圖分類號(hào)：U463.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)分析及工作原理介紹

汽車的動(dòng)力轉(zhuǎn)向器是由動(dòng)力系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩部分組成。其中，動(dòng)力系統(tǒng)是由輸入軸和閥套零件裝配形成，并通過油管將其兩端分別與液壓泵和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)連接。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)則是通過轉(zhuǎn)向齒輪和齒條零件形成裝配關(guān)系，并在動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的作用下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向動(dòng)作。動(dòng)力轉(zhuǎn)向器具體結(jié)構(gòu)組成如下圖所示：

在發(fā)動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)作用下，轉(zhuǎn)向液壓泵不間斷地將油從轉(zhuǎn)向油罐輸送至流量控制閥，當(dāng)汽車無轉(zhuǎn)向需求時(shí)，輸入軸與閥套之間無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，油液流經(jīng)控制閥最終回到轉(zhuǎn)向油罐，其左右油腔無壓力差。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，輸入軸會(huì)接收到來自方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向指令，但因地面阻力的存在，需克服扭桿彈性才能轉(zhuǎn)動(dòng)。輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它和閥套之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)角位移，使一側(cè)油腔慢慢打開而另一側(cè)油腔仍處于關(guān)閉狀態(tài)，油液流向油腔打開的一側(cè)。輸入軸的轉(zhuǎn)動(dòng)打開了油路產(chǎn)生壓力差，當(dāng)壓力增大到能夠克服地面阻力時(shí)就會(huì)推動(dòng)齒條活塞帶動(dòng)車輪實(shí)完成轉(zhuǎn)向動(dòng)作。當(dāng)輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)停止時(shí)，在扭桿的彈性恢復(fù)力及油壓作用下，閥套與輸入軸回到中間常開位置，油泵供油流至轉(zhuǎn)向油罐，直至方向盤再次轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，重復(fù)上述過程。

2輸入軸的轉(zhuǎn)動(dòng)限位結(jié)構(gòu)對(duì)比分析

從上述分析中，可以看出：轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向動(dòng)作的完成主要取決于輸入軸和閥套在克服地面阻力情況下產(chǎn)生的相對(duì)角位移。而輸入軸能夠完成轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作以及在轉(zhuǎn)動(dòng)停止時(shí)回到常開位置則是依靠它與閥套的裝配結(jié)合處所設(shè)計(jì)的有一定轉(zhuǎn)動(dòng)角度的轉(zhuǎn)動(dòng)限位結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的加工工藝中，對(duì)輸入軸的轉(zhuǎn)動(dòng)限位結(jié)構(gòu)采用的是平鍵裝配總成，即主要是依靠鍵與鍵槽側(cè)面的擠壓來傳遞輸入軸的轉(zhuǎn)矩。本次設(shè)計(jì)中，改為采用花鍵聯(lián)接來進(jìn)行轉(zhuǎn)閥對(duì)中轉(zhuǎn)配，并選擇四齒矩形花鍵與閥套組合形成轉(zhuǎn)動(dòng)限位結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)將這兩種不同聯(lián)接方式的轉(zhuǎn)動(dòng)限位結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能對(duì)比分析展現(xiàn)如下。

從理論分析中，不難看出，采用花鍵聯(lián)接的轉(zhuǎn)動(dòng)限位結(jié)構(gòu)在各方面性能上都要優(yōu)于平鍵聯(lián)接。

3輸入軸的限位結(jié)構(gòu)受力優(yōu)化分析

為了進(jìn)一步驗(yàn)證理論分析的合理性，選用三維設(shè)計(jì)軟件Solidworks分別對(duì)兩種鍵位配合方式進(jìn)行簡(jiǎn)單的受力分析。在受力大小、受力方向和材料相同的條件下，得到的受力結(jié)果如圖2、圖3所示。

從三維軟件的受力分析結(jié)果也能夠證實(shí)花鍵聯(lián)接的限位結(jié)構(gòu)在各項(xiàng)性能上更穩(wěn)定。

4結(jié)論

綜上，作為汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的關(guān)鍵轉(zhuǎn)閥部件，輸入軸和閥套的轉(zhuǎn)動(dòng)限位結(jié)構(gòu)采用花鍵聯(lián)接的方式在加工工藝、強(qiáng)度和使用場(chǎng)合等方面都能夠更好的促進(jìn)轉(zhuǎn)向功能的實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 畢大寧.汽車轉(zhuǎn)閥式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：人民交通出版社，1998.

[2] 劉惟信.機(jī)械最優(yōu)化設(shè)計(jì)（第二版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，1994：262-265.

[3] 張敏中.與齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器配用的轉(zhuǎn)向，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].汽車技術(shù)，1994（06）：11.

[4] 譚本忠.汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[5] 孫靖民.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)（第三版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.