循環(huán)球式動力轉(zhuǎn)向器加載測試仿真系統(tǒng)實現(xiàn)

魏利博，游專

（淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程學(xué)院，江蘇 淮安 223003）

前言

循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器是目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式之一，一般有兩級傳動副，第一級是螺桿螺母傳動副，第二級是齒條齒扇傳動副。主要有螺桿、螺母、鋼球、轉(zhuǎn)向器殼體等組成，具有較高的傳動效率，操縱輕便，磨損較小，使用壽命長，主要應(yīng)用在一些大型車輛上。如圖1所示。

循環(huán)球電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實驗臺（如圖2所示），該系統(tǒng)選用伺服電機驅(qū)動轉(zhuǎn)向器的輸入端，電動伺服液壓擺動缸，對輸出端加載模擬阻力，通過VB編程調(diào)取采集卡相關(guān)驅(qū)動函數(shù)進行實驗臺的數(shù)據(jù)采集.系統(tǒng)能實時監(jiān)控數(shù)據(jù)，實時繪制曲線，并依據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn)對測試結(jié)果作出合格與否判斷。

圖1 循環(huán)球轉(zhuǎn)向器

通過試驗臺，完成以下實驗項目：空載力矩實驗、功能實驗、轉(zhuǎn)向力特性實驗、內(nèi)泄漏實驗。實驗的方法參考QC/T529-2000。

圖2 循環(huán)球電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗臺

1 空載力矩實驗

將總成安裝在試驗臺架上，連接輸入軸，輸出端懸空，助力油泵關(guān)閉。驅(qū)動輸入軸以10rpm±5%的速度轉(zhuǎn)到右轉(zhuǎn)極端位置，再轉(zhuǎn)回到左轉(zhuǎn)極端位置。在此過程中，記錄輸入端輸入轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系。測試結(jié)果如圖3所示。（橫坐標(biāo)表示方向盤轉(zhuǎn)角，縱坐標(biāo)表示系統(tǒng)輸入軸轉(zhuǎn)動力矩）

圖3 正向空載實驗

從圖中可以看出，輸入轉(zhuǎn)矩會略有波動，是由于裝置機械部分之間存在摩擦阻力，當(dāng)超過一定范圍時，轉(zhuǎn)向時會感覺到方向盤卡頓、慣性延遲，實際中會使得駕駛員在轉(zhuǎn)向過程中感到方向盤抖動。在EHPS無助力/有助力時，輸入軸轉(zhuǎn)動扭矩的范圍介于1到2N·m之間。在無助力時，輸入力矩為2N·m左右，說明系統(tǒng)存在的機械阻力大概在2N·m左右。圖中的試驗曲線表明性能測試加載系統(tǒng)能夠滿足試驗要求。

2 功能實驗

圖4 功能實驗

將總成安裝在試驗臺架上，在有動力情況下，在輸出端施加相當(dāng)于總成最大工作壓力三分之一時的阻力矩或阻力，以10～15rpm的速度分別向正反兩個方向轉(zhuǎn)動輸入軸，記錄輸入角度和輸入轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。測試結(jié)果如圖4所示（橫坐標(biāo)為輸入角度，縱坐標(biāo)為輸出轉(zhuǎn)矩）。

從圖中可以看出，在 EHPS正程/回程時，最大扭矩值為6N·m左右，滿足方向盤輕便性要求。功能試驗是試驗臺操作員根據(jù)經(jīng)驗對試驗曲線的平滑與否來進行判斷，圖中扭矩曲線不是很光滑，主要是因為由于裝置機械部分之間存在摩擦阻力。

3 轉(zhuǎn)向力特性試驗

將總成安裝在試驗臺架上，把輸出端剛性地固定在直線行駛位置，分別向兩個方向轉(zhuǎn)動輸入端，做到油壓大總成最大工作壓力時為止，同時記錄輸入端輸入轉(zhuǎn)矩與工作油壓之間的關(guān)系。如圖5所示。

圖5 轉(zhuǎn)向力特性曲線

從圖中可以看出。在EHPS正程/回程時，試驗圖像均對稱，滿足對稱度要求。由圖可知，輸入力矩小于2N·m時，助力泵油壓比0略大，即輸入力矩不能克服系統(tǒng)機械阻力產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，此時EHPS不工作。當(dāng)輸入力矩大于2N·m時，隨著輸入力矩增大，助力泵油壓也隨之增大，EHPS產(chǎn)生助力效果，以保證轉(zhuǎn)向輕便；而在輸入力矩大于7N·m左右時，扭矩增大，曲線趨于平穩(wěn)，油壓基本維持不變，以保證駕駛員有足夠的路感。

4 內(nèi)泄漏實驗

將總成安裝在試驗臺架上，把輸出端剛性地固定在直線行駛位置，在輸入端施加2倍總成最大工作壓力下轉(zhuǎn)向力矩，測量從高壓腔流向低壓腔的泄漏量。測定時間為 20s，記錄兩個方向的泄漏量。如圖6所示（橫坐標(biāo)表示時間，縱坐標(biāo)表示高壓腔流向低壓腔的泄漏量）。

圖6 內(nèi)泄漏實驗

從圖中可以看出：在10s的時間內(nèi)，正向和反向的泄漏量在0.15L/min～0.2L/min之間，這與國產(chǎn)轉(zhuǎn)向器的實際泄漏量基本吻合。

5 總結(jié)

通過對轉(zhuǎn)向器的空載力矩實驗、功能實驗、轉(zhuǎn)向力特性實驗、內(nèi)泄漏實驗進行仿真，從結(jié)果可以看出，該轉(zhuǎn)向臺與實際測試數(shù)據(jù)及曲線走向基本吻合，可以進行循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的相關(guān)實驗，這將有助于提高循環(huán)球轉(zhuǎn)向器研發(fā)效率。

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