徐靜

摘 要 汽車的動力轉(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)動限位結(jié)構(gòu)的兩種不同組合方式，對比分析不同鍵連接結(jié)構(gòu)對輸入軸系統(tǒng)轉(zhuǎn)向時的助力影響，達到對輸入軸結(jié)構(gòu)進行優(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：U463.4 文獻標識碼：A

1轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)分析及工作原理介紹

汽車的動力轉(zhuǎn)向器是由動力系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩部分組成。其中，動力系統(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，并在動力驅(qū)動的作用下實現(xiàn)轉(zhuǎn)向動作。動力轉(zhuǎn)向器具體結(jié)構(gòu)組成如下圖所示：

在發(fā)動機的帶動作用下，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，當汽車無轉(zhuǎn)向需求時，輸入軸與閥套之間無相對轉(zhuǎn)動，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。當汽車轉(zhuǎn)向時，輸入軸會接收到來自方向盤轉(zhuǎn)動的轉(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。輸入軸轉(zhuǎn)動時，它和閥套之間會產(chǎn)生一個相對角位移，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)動打開了油路產(chǎn)生壓力差，當壓力增大到能夠克服地面阻力時就會推動齒條活塞帶動車輪實完成轉(zhuǎn)向動作。當輸入軸轉(zhuǎn)動停止時，在扭桿的彈性恢復力及油壓作用下，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)動時，重復上述過程。

2輸入軸的轉(zhuǎn)動限位結(jié)構(gòu)對比分析

從上述分析中，可以看出：轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向動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)生的相對角位移。而輸入軸能夠完成轉(zhuǎn)動動作以及在轉(zhuǎn)動停止時回到常開位置則是依靠它與閥套的裝配結(jié)合處所設計的有一定轉(zhuǎn)動角度的轉(zhuǎn)動限位結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的加工工藝中，對輸入軸的轉(zhuǎn)動限位結(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。本次設計中，改為采用花鍵聯(lián)接來進行轉(zhuǎn)閥對中轉(zhuǎn)配，并選擇四齒矩形花鍵與閥套組合形成轉(zhuǎn)動限位結(jié)構(gòu)。現(xiàn)將這兩種不同聯(lián)接方式的轉(zhuǎn)動限位結(jié)構(gòu)的各項性能對比分析展現(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

為了進一步驗證理論分析的合理性，選用三維設計軟件Solidworks分別對兩種鍵位配合方式進行簡單的受力分析。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)果也能夠證實花鍵聯(lián)接的限位結(jié)構(gòu)在各項性能上更穩(wěn)定。

4結(jié)論

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

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