鄭勇，劉科陽(yáng)

液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓沖擊異響分析及改進(jìn)

鄭勇1，劉科陽(yáng)2

（1.江鈴汽車(chē)股份有限公司，江西 南昌 330052； 2.航空工業(yè)新航豫北轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（新鄉(xiāng)）有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453003）

文章先介紹了液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理、液壓沖擊異響產(chǎn)生的機(jī)理及表現(xiàn)形式，然后提出了常見(jiàn)的解決方法及測(cè)試方法，并驗(yàn)證方法可行，為解決此類(lèi)故障提供了思路。

液壓轉(zhuǎn)向器；液壓沖擊；NVH

引言

隨著汽車(chē)整體品質(zhì)的提升，客戶(hù)對(duì)NVH性能要求也越來(lái)越高，特別是汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的NVH問(wèn)題，非常容易被駕駛員感知，引起不悅。關(guān)于液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的NVH問(wèn)題，需充分了解液壓轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、流體力學(xué)等工作原理[1]，方能從機(jī)理上充分分析液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的NVH問(wèn)題，且找到有效的改進(jìn)措施。

本文所述液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)沖擊異響是指車(chē)輛在顛簸路面上行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向器會(huì)產(chǎn)生連續(xù)的“嗒嗒嗒”異響，通過(guò)中間軸、管柱、方向盤(pán)等部件傳遞到駕駛室，引起客戶(hù)的抱怨。

1 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理

1.1 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)介紹

如圖1所示，液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向盤(pán)、轉(zhuǎn)向軸、齒輪齒條式整體動(dòng)力轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向液壓泵和轉(zhuǎn)向油罐等組成。其中，齒輪齒條式整體動(dòng)力轉(zhuǎn)向器由轉(zhuǎn)向控制閥、齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸構(gòu)成。轉(zhuǎn)向液壓泵安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上，由曲軸通過(guò)皮帶驅(qū)動(dòng)，將油從轉(zhuǎn)向油罐處吸入并向轉(zhuǎn)向控制閥供給液壓油。轉(zhuǎn)向油罐進(jìn)、出油管接頭通過(guò)油管分別與轉(zhuǎn)向液壓泵和轉(zhuǎn)向控制閥連接。轉(zhuǎn)向控制閥通過(guò)改變液壓油路來(lái)改變動(dòng)力傳遞路線(xiàn)。轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸內(nèi)由活塞分隔成左右兩個(gè)工作腔，工作腔通過(guò)油道分別與轉(zhuǎn)向控制閥連接[2]。轉(zhuǎn)向控制閥來(lái)控制車(chē)輛的直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)。

1-轉(zhuǎn)向盤(pán) 2-轉(zhuǎn)向軸 3-齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 4-轉(zhuǎn)向控制閥 5-齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 6-轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸 7-轉(zhuǎn)向油罐 8-轉(zhuǎn)向液壓泵

1.2 轉(zhuǎn)向閥工作原理

轉(zhuǎn)向控制閥如圖2 所示，主要由閥體、閥芯及扭桿組成。扭桿一端和齒輪固定，一端和轉(zhuǎn)向軸固定。當(dāng)通過(guò)方向盤(pán)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向軸旋轉(zhuǎn)式，扭桿會(huì)帶動(dòng)閥芯和閥體1發(fā)生相對(duì)角度的旋轉(zhuǎn)?？刂崎y閥體呈圓筒狀，其外圓表面有三道較寬且深的油環(huán)槽和四道較窄淺的密封環(huán)槽，各油環(huán)槽的底部均開(kāi)有與內(nèi)壁相通的油孔，中間油環(huán)槽的油孔是進(jìn)油通道，與轉(zhuǎn)向液壓泵相通；兩側(cè)油環(huán)槽的油孔，分別與轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸的左腔、右腔相通，密封環(huán)槽安裝有密封圈組件。閥芯也制成圓筒狀，其外圓表面與閥體滑動(dòng)配合，二者可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。閥芯與閥體配合間隙很小，配合精度很高，二者組成偶件。在閥體的內(nèi)表面，與左腔和右腔相通的油孔處制有六條不貫通的縱槽，形成六道槽肩。閥芯外圓表面上也有六條不貫通的縱槽，形成六道槽肩，分別與閥體的槽肩和縱槽配合形成液體流動(dòng)間隙，在閥芯的六條縱槽上均有三個(gè)等間隔的徑向通孔，此油孔通向轉(zhuǎn)向油罐，用于流通液壓油[3]。

4、11-閥體 2-轉(zhuǎn)向齒條 3-轉(zhuǎn)向齒輪 5、9-扭桿 6-轉(zhuǎn)向軸 7-閥芯 8-與轉(zhuǎn)向油罐相同 10-閥門(mén)孔

2 液壓沖擊異響產(chǎn)生的機(jī)理及改進(jìn)方案

2.1 液壓沖擊異響沉故障產(chǎn)生的機(jī)理

車(chē)輛在顛簸路面行駛時(shí)，輪胎會(huì)受到來(lái)自路面的沖擊力，輪胎通過(guò)轉(zhuǎn)向拉桿把沖擊力傳遞到齒條上，齒條帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但是因?yàn)榉较虮P(pán)自身慣性以及駕駛員對(duì)方向盤(pán)的作用力，轉(zhuǎn)向軸存在繼續(xù)保持靜止的慣性，這個(gè)時(shí)候閥芯和閥體會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度，扭桿發(fā)生便信息給，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)會(huì)通過(guò)油泵輸出動(dòng)力來(lái)克服地面?zhèn)鬟f過(guò)來(lái)的沖擊力，因?yàn)轭嶔ぢ访鎮(zhèn)鬟f過(guò)來(lái)的沖擊力是快速連續(xù)的（圖3），所以油泵輸出的動(dòng)力也是快速連續(xù)的，就產(chǎn)生了液壓沖擊，在路面沖擊力和液壓系統(tǒng)油泵輸出力的兩個(gè)力的共同作用下，齒條會(huì)帶動(dòng)齒輪做快速沿齒條軸向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生齒輪齒條嚙合異響。此故障還有一個(gè)典型特征，溫度越高越容易出現(xiàn)異響，因?yàn)橛鸵赫硿靥匦缘木壒?，油液在高溫下粘度降低，阻尼效果下降?/p>

圖3 轉(zhuǎn)向器拉桿力曲線(xiàn)

2.2 改進(jìn)方案

解決液壓沖擊異響的出發(fā)點(diǎn)就是降低液壓沖擊，常見(jiàn)的方法有增加回油管軟管長(zhǎng)度（圖4）或者增加節(jié)流閥（圖5）。因?yàn)橄鹉z吸振的緣故，增加回油管軟管長(zhǎng)度可以有效降低液壓沖擊。節(jié)流閥分三段圓柱形，兩頭粗中間細(xì)，方便用卡箍固定在油管內(nèi)部，內(nèi)部是一個(gè)φ3mm左右的通孔，用來(lái)消減液壓沖擊。

圖4 油管比對(duì)

圖5 節(jié)流閥

3 整車(chē)測(cè)試

3.1 測(cè)試設(shè)備信息

表1 主要測(cè)試設(shè)備信息表

實(shí)車(chē)測(cè)試試驗(yàn)采用了LMS數(shù)采設(shè)備（16通道），表1所列為主要測(cè)試設(shè)備信息。

3.2 傳感器的連接

因?yàn)楫愴懯且驗(yàn)辇X輪齒條嚙合產(chǎn)生的，而嚙合處的振動(dòng)直接傳遞到調(diào)整體部件。因此采用加速度傳感器對(duì)調(diào)整體的振動(dòng)情況進(jìn)行測(cè)試。（見(jiàn)圖6）。

圖6 調(diào)整體部位加速度測(cè)試

4 測(cè)試結(jié)果分析

從圖7可以看出，車(chē)輛原始狀態(tài)下，調(diào)整體處加速度達(dá)到40g，主觀(guān)評(píng)價(jià)異響明顯；更換為改進(jìn)后油管加節(jié)流閥狀態(tài)時(shí)，調(diào)整體處加速度降低為6g，主觀(guān)評(píng)價(jià)無(wú)異響?？陀^(guān)測(cè)試結(jié)果與主觀(guān)評(píng)價(jià)相吻合。一方面證明通過(guò)增加回油管軟管長(zhǎng)度和節(jié)流閥可以有效抑制液壓沖擊異響，另一方面證明異響來(lái)自于嚙合部位，通過(guò)測(cè)試調(diào)整體振動(dòng)情況的測(cè)試方法有效。

圖7 加速度測(cè)試曲線(xiàn)

5 結(jié)論

綜上可知，通過(guò)增加回油管軟管長(zhǎng)度和節(jié)流閥可以有效消除液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)異響，此改進(jìn)方案具有周期短、成本低、對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能影響小等優(yōu)點(diǎn)。

[1] 王伯雄.測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)[M].清華大學(xué)出版社,2012.

[2] 肖生發(fā),趙樹(shù)朋.汽車(chē)構(gòu)造[M].中國(guó)林業(yè)出版社,2006.

[3] 陳奎生.液壓與氣壓傳動(dòng)[M].武漢理工大學(xué)出版社,2002.

Analysis and improvement of abnormal sound of hydraulic shock in hydraulic steering system

Zheng Yong1, Liu Keyang2

( 1.Jiangling Motors Co., Ltd., Jiangxi Nanchang 330052;2.Yubei (Xin Xiang) Power Steering System Co., Ltd, Henan Xinxiang 453003 )

This paper first introduces the working principle of hydraulic steering system, the mechanism and expression of hydraulic shock abnormal noise, then proposes common solutions and test methods, and verifies that the method is feasible, and provides ideas for solving such failures.

Hydraulic steering gear; Hydraulic shock; NVH

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.04.024

U463.4

B

1671-7988(2021)04-78-03

U463.4

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1671-7988(2021)04-78-03

鄭勇，就職于江鈴汽車(chē)股份有限公司。