動(dòng)力轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)分析與檢修

陳康　陳誠(chéng)　田聰　王亮

摘 要：動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的關(guān)鍵部件轉(zhuǎn)向控制閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其裝配、調(diào)整的正確性與車(chē)輛行駛轉(zhuǎn)向性能關(guān)系密切。通過(guò)分析動(dòng)力轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)和工作原理，對(duì)與轉(zhuǎn)閥有關(guān)的轉(zhuǎn)向器故障進(jìn)行分析并提出檢修措施，為轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)和維修提供了可資借鑒的經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞：動(dòng)力轉(zhuǎn)向器;轉(zhuǎn)閥;故障;檢修中圖分類(lèi)號(hào)：U463.43 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）02-185-03

Abstract：?The steering control valve is the key part of power steering gear and its structure is complex. The 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 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

整體式液壓助力循環(huán)球式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器在商用車(chē)上得到了廣泛的應(yīng)用，通過(guò)在轉(zhuǎn)向器內(nèi)部產(chǎn)生油液壓力差，將液體壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而克服車(chē)輪轉(zhuǎn)向時(shí)來(lái)自地面的阻力。駕駛員只需要通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)控制轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)閥的油路流向，即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，大大減輕了轉(zhuǎn)向手力。轉(zhuǎn)向器關(guān)鍵部件是轉(zhuǎn)向控制閥，其裝配的正確性與對(duì)中精度關(guān)系著車(chē)輛行駛時(shí)的方向穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向時(shí)的操縱輕便性，動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的故障也大多與它有著密切的關(guān)系。

1 轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)

文中所述動(dòng)力轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向控制閥的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其閥芯與輸入軸做成一體，扭桿兩頭鉆孔壓銷(xiāo)分別與輸入軸和螺桿軸相連，閥套與螺桿軸則用驅(qū)動(dòng)環(huán)連接。輸入軸與閥套外圓上均裝有O型密封圈，避免不同油道之間竄油導(dǎo)致內(nèi)泄漏。

輸入軸外圓與閥套內(nèi)孔為間隙配合，汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)可以相互轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿軸心部鉆有深孔，將轉(zhuǎn)閥與動(dòng)力轉(zhuǎn)向器后腔的油道連通。裝配時(shí)通過(guò)調(diào)整殼體上的螺栓，直至將螺桿軸、驅(qū)動(dòng)環(huán)和閥套的軸向位置固定。螺桿軸的底部壓裝有經(jīng)過(guò)滲碳淬火的塞塊，降低調(diào)節(jié)螺栓頭部與塞塊之間的摩擦力并增加耐磨性，提高使用壽命;閥套與閥體之間裝有平面滾針軸承，能夠承受軸向力，使閥套轉(zhuǎn)動(dòng)輕便，降低轉(zhuǎn)向時(shí)所需的手力。

驅(qū)動(dòng)環(huán)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，左右兩端面上分別有2個(gè)凸鍵，相互的垂直度要求一般為0.10。

驅(qū)動(dòng)環(huán)左端面上的2個(gè)凸鍵與螺桿軸的角度限位槽口相連，右端面2個(gè)凸鍵則與閥套的槽口相連，從而使閥套和螺桿軸形成剛性連接。方向盤(pán)通過(guò)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)裝置與轉(zhuǎn)向器輸入軸以花鍵的形式連接，轉(zhuǎn)向時(shí)輸入軸相對(duì)螺桿軸轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，轉(zhuǎn)向結(jié)束后輸入軸又會(huì)在彈性元件扭桿作用下恢復(fù)相對(duì)螺桿軸的中間位置，保持車(chē)輛直線行駛狀態(tài)。

2 轉(zhuǎn)閥工作原理

轉(zhuǎn)閥是動(dòng)力轉(zhuǎn)向器液壓傳動(dòng)部分的方向控制閥。如圖3所示，其主體部分由閥套和閥芯構(gòu)成。閥套和閥芯的外圓上徑向加工有進(jìn)油口和回油口，閥套內(nèi)孔粉末冶金成型的軸向油槽與輸入軸外圓銑削加工并磨削出棱邊刃口的凸鍵配合，油槽比凸鍵稍寬，留有間隙，以保證中間位置上下腔油路相互導(dǎo)通，因此將這種結(jié)構(gòu)稱(chēng)之為常流式轉(zhuǎn)閥。

當(dāng)車(chē)輛直線行駛時(shí)，駕駛員不對(duì)方向盤(pán)施加轉(zhuǎn)矩。在此狀態(tài)下，相對(duì)于螺桿軸和閥套，輸入軸閥芯處于中間位置，扭桿不產(chǎn)生扭矩和角位移。由轉(zhuǎn)向油泵輸送來(lái)的液壓油從轉(zhuǎn)向器閥體上的進(jìn)油孔進(jìn)入閥套和閥芯，再?gòu)膬蓚?cè)（閥芯凸鍵與閥套油槽之間的縫隙）進(jìn)入轉(zhuǎn)向器殼體油缸的下、上腔，并通過(guò)轉(zhuǎn)閥上閥套以及閥體的回油孔和回油管返回儲(chǔ)油罐。油液以相同的流量同時(shí)流向轉(zhuǎn)向器油缸的上、下腔，沒(méi)有壓力差，因此齒條活塞兩側(cè)的油壓相等，不產(chǎn)生助力和轉(zhuǎn)向，保持在中間位置，汽車(chē)保持直線行駛狀態(tài)。

轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)時(shí)，輸入軸相對(duì)于螺桿軸轉(zhuǎn)動(dòng)，也就是閥芯相對(duì)于閥套產(chǎn)生角位移。閥芯凸鍵與閥套油槽一側(cè)的間隙逐漸變大，油液過(guò)流面積也逐漸增大;同時(shí)另外一側(cè)的間隙將逐漸變小，相應(yīng)地，過(guò)流面積也逐漸減小，直至完全關(guān)閉。通過(guò)齒條活塞兩端的上、下油腔壓力差轉(zhuǎn)向助力，推動(dòng)齒條活塞在殼體油缸里做直線運(yùn)動(dòng)并通過(guò)齒條齒扇傳動(dòng)副帶動(dòng)搖臂軸旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。

當(dāng)駕駛員已將車(chē)輛轉(zhuǎn)向至一定角度后停止對(duì)方向盤(pán)繼續(xù)施加轉(zhuǎn)矩時(shí)，與轉(zhuǎn)向傳動(dòng)裝置相連的輸入軸將同步停止轉(zhuǎn)動(dòng)。而齒條活塞在上、下兩腔油液壓力差的作用下繼續(xù)在殼體油缸里作直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)螺桿螺母副使螺桿軸帶動(dòng)閥套繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，直到閥套與輸入軸閥芯的相對(duì)位置從轉(zhuǎn)彎時(shí)存在角位移的狀態(tài)恢復(fù)到車(chē)輛直線行駛時(shí)的狀態(tài)。此時(shí)閥芯凸鍵和閥套油槽重新處于中間位置，兩側(cè)縫隙和過(guò)流面積相等，轉(zhuǎn)向器油缸上、下兩腔壓力差消失，齒條活塞失去助力，便穩(wěn)定在某一位置，車(chē)輛在既定轉(zhuǎn)彎角度上繼續(xù)轉(zhuǎn)彎。當(dāng)駕駛員將方向盤(pán)打正后改為直線行駛時(shí)，閥套與閥芯的相對(duì)位置在短時(shí)間內(nèi)與車(chē)輛反向轉(zhuǎn)彎時(shí)相同，產(chǎn)生一定的角位移，然后恢復(fù)為車(chē)輛直線行駛狀態(tài)。

3 故障分析與檢修

雖然轉(zhuǎn)向器的各個(gè)零件在加工、檢測(cè)過(guò)程中都會(huì)嚴(yán)格控制質(zhì)量，但是在轉(zhuǎn)向控制閥或轉(zhuǎn)向器總成臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)還是會(huì)出現(xiàn)部分檢測(cè)項(xiàng)目不合格的情況，另外動(dòng)力轉(zhuǎn)向器在使用過(guò)程中出現(xiàn)的很多故障也跟轉(zhuǎn)閥有關(guān)，具體故障原因與檢修措施分析如下。

3.1 臺(tái)架試驗(yàn)不合格

3.1.1 力特性曲線不平滑

轉(zhuǎn)閥在裝配到轉(zhuǎn)向器總成之前，必須依據(jù)汽車(chē)動(dòng)力轉(zhuǎn)向閥總成臺(tái)架試驗(yàn)方法進(jìn)行性能測(cè)試。在檢測(cè)力特性曲線時(shí)，常常出現(xiàn)曲線不平滑的現(xiàn)象。這樣的轉(zhuǎn)閥會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)向時(shí)扭矩有突變，手感發(fā)抖、不柔和，影響駕駛員的路感。測(cè)試過(guò)程扭力突變會(huì)產(chǎn)生力特性曲線不平滑的情況，一般情況下是由于閥芯與閥套在相互轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生了干涉，這種干涉可能是兩者之間配合間隙過(guò)小或圓度超差導(dǎo)致的摩擦力過(guò)大，也有可能是閥體總成中的平面滾針軸承因?yàn)檠b配不當(dāng)而損壞，造成閥套滾動(dòng)不靈活。解決方法是注意檢測(cè)閥套內(nèi)孔與外圓的同軸度，提高閥芯外圓表面與閥套內(nèi)孔的表面質(zhì)量和圓度，對(duì)閥套閥芯分組選配時(shí)選擇合適的配合間隙，以免產(chǎn)生干涉。另外螺桿軸與輸入軸裝配后應(yīng)保證較高的同軸度，使閥體底部的平面軸承與閥套端面接觸緊密均勻并轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。

3.1.2 曲線對(duì)稱(chēng)度超差

曲線對(duì)稱(chēng)度是轉(zhuǎn)閥臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)非常重要的一個(gè)檢測(cè)指標(biāo)。試驗(yàn)證明當(dāng)曲線的對(duì)稱(chēng)度低于90%時(shí)，駕駛員操縱方向盤(pán)時(shí)就能感覺(jué)到左右兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)向力大小有差異。曲線的對(duì)稱(chēng)度由閥芯凸鍵與閥套油槽的均分性質(zhì)量以及閥總成對(duì)中的準(zhǔn)確性兩個(gè)方面決定。閥套油槽的均分性質(zhì)量由粉末冶金成型的工裝來(lái)保證，閥芯凸鍵由帶分度頭的銑床或有分度功能的數(shù)控銑床加工，分度精度是主要影響因素。輸入軸閥芯凸鍵兩側(cè)的刃口由專(zhuān)用凸輪磨床或數(shù)控磨床磨削加工而成，凸鍵刃口的形狀和寬度的一致性對(duì)于曲線對(duì)稱(chēng)度影響最大。轉(zhuǎn)閥裝配時(shí)首先在對(duì)中機(jī)上利用專(zhuān)用對(duì)中夾具將輸入軸閥芯和閥套夾緊，確定其相對(duì)角度位置后再鉆孔壓銷(xiāo)。對(duì)中的精度決定了閥套和閥芯油口兩側(cè)的“預(yù)開(kāi)隙”的大小，也直接影響曲線對(duì)稱(chēng)度。對(duì)中夾具的制造精度以及使用過(guò)程中定位元件的磨損都是影響因素。

對(duì)于少量對(duì)稱(chēng)度超差不太嚴(yán)重的轉(zhuǎn)閥，可以由臺(tái)架試驗(yàn)操作人員直接用砂條在相應(yīng)刃口部位手工修磨，然后重新試驗(yàn)，直至合格為止。而采用機(jī)械對(duì)中的轉(zhuǎn)閥，經(jīng)試驗(yàn)不合格的轉(zhuǎn)閥必須壓出銷(xiāo)子重新對(duì)中后再次鉆孔壓銷(xiāo)，不僅返修工序比較繁瑣，還不能保證再次試驗(yàn)一定能合格。圖2所示的驅(qū)動(dòng)環(huán)有相隔90°的兩組定位凸臺(tái)，用于連接閥套和閥芯?？梢杂喼茙追N不同規(guī)格的驅(qū)動(dòng)環(huán)，以左端凸鍵為基準(zhǔn)，將右端凸鍵設(shè)計(jì)制造成不同的傾斜角度，在順逆兩個(gè)方向上按一定落差分組。如果出現(xiàn)曲線對(duì)稱(chēng)度超差，可以通過(guò)更換驅(qū)動(dòng)環(huán)來(lái)返修。螺桿軸與輸入軸閥芯的相對(duì)角度通過(guò)扭桿壓銷(xiāo)后已經(jīng)固定，通過(guò)更換不同組別的驅(qū)動(dòng)環(huán)可以改變閥套與螺桿軸的相對(duì)角度，因此改變了閥套和閥芯的相對(duì)角度，從而提高曲線對(duì)稱(chēng)度。另外還可以改變工藝路線，將機(jī)械對(duì)中改為液壓對(duì)中，主要工藝過(guò)程為：手動(dòng)上料——對(duì)中并性能測(cè)試——鉆、鉸孔——壓銷(xiāo)——再次性能試驗(yàn)——手動(dòng)下料。上下料外的全部過(guò)程可以設(shè)計(jì)成自動(dòng)完成，從而提高精度和效率。

3.1.3 扭矩超差

駕駛員對(duì)汽車(chē)轉(zhuǎn)向手感的輕重由轉(zhuǎn)向器在某個(gè)壓力下輸入扭力值決定。如果扭力值過(guò)大會(huì)使駕駛員感到轉(zhuǎn)向沉重，扭力值過(guò)小會(huì)造成駕駛員的“路感”不明顯。扭力過(guò)大可能是轉(zhuǎn)閥出現(xiàn)卡滯造成，另外扭桿的尺寸和形狀精度是非常重要的，在加工過(guò)程中要嚴(yán)格控制外圓尺寸，熱處理工序也非常關(guān)鍵。另外，轉(zhuǎn)閥“預(yù)開(kāi)隙”的大小也影響到扭力值，過(guò)小的閥芯凸棱寬度會(huì)增大轉(zhuǎn)向扭矩。

3.1.4 內(nèi)泄漏

臺(tái)架試驗(yàn)中出現(xiàn)內(nèi)泄漏，可能是閥套與閥芯分組選配時(shí)的配合間隙過(guò)大、閥套和輸入軸外圓上的密封槽尺寸誤差過(guò)大、密封圈在裝配過(guò)程中被劃傷，這些失效的可能性應(yīng)該一一予以排查。

3.2 轉(zhuǎn)向器使用過(guò)程中出現(xiàn)故障

3.2.1 動(dòng)力轉(zhuǎn)向器漏油

主要原因是閥體內(nèi)孔與輸入軸外圓之間的密封圈磨損，應(yīng)在拆解轉(zhuǎn)向器閥體后進(jìn)行更換。

3.2.2 轉(zhuǎn)向沉重

輸入軸外圓與螺桿軸內(nèi)孔油道之間的密封圈、螺桿軸尾部外圓與齒條活塞內(nèi)孔之間的密封圈或者閥套外圓上的O型圈磨損或者被油液里的雜質(zhì)劃傷都會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)向沉重，應(yīng)在拆解轉(zhuǎn)向器后更換O型密封圈。

另外，閥芯與閥套因?yàn)橛鸵弘s質(zhì)卡滯，閥套與閥體之間的平面滾針軸承如果損壞，能導(dǎo)致左、右轉(zhuǎn)向操縱沉重，排除故障后應(yīng)更換新油。

3.3 車(chē)輪自動(dòng)跑偏

該故障與轉(zhuǎn)閥有關(guān)的原因是扭桿受到外力作用后發(fā)生了塑性變形，也就是扭桿兩頭產(chǎn)生了不可恢復(fù)的角位移，導(dǎo)致在車(chē)輛直線行駛狀態(tài)下，輸入軸閥芯與閥套的相對(duì)位置處于類(lèi)似于車(chē)輛轉(zhuǎn)彎時(shí)的位置。轉(zhuǎn)發(fā)裝配時(shí)通過(guò)扭桿來(lái)確定閥芯和閥套對(duì)中的位置，一旦出現(xiàn)變形，不僅方向會(huì)跑偏，左右轉(zhuǎn)向扭矩也不對(duì)稱(chēng)，手感也會(huì)變差。拆解轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向控制閥后對(duì)扭桿進(jìn)行校正的方法其實(shí)并不可行，因?yàn)橛冒馐謱⑴U反方向變形并通過(guò)目測(cè)來(lái)重新校正扭桿的方法，精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到轉(zhuǎn)閥對(duì)中的要求，而且轉(zhuǎn)閥有角度限位裝置，一般最多只能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)7°，因此可能也無(wú)法使扭桿產(chǎn)生足夠的塑性變形。應(yīng)該將轉(zhuǎn)閥總成拆解后更換扭桿，重新對(duì)中壓銷(xiāo)并通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)才能再次使用。

4 結(jié)論

作為動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的關(guān)鍵部件，轉(zhuǎn)向控制閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，與車(chē)輛行駛轉(zhuǎn)向性能關(guān)系密切。通過(guò)分析動(dòng)力轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)和工作原理，并對(duì)轉(zhuǎn)向器總成臺(tái)架試驗(yàn)和裝車(chē)使用過(guò)程中出現(xiàn)的與轉(zhuǎn)閥有關(guān)的故障進(jìn)行分析并提出檢修措施，為轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)和維修提供可資借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

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