動力轉向器轉閥結構分析與檢修

陳康　陳誠　田聰　王亮

摘 要：動力轉向器的關鍵部件轉向控制閥結構復雜，其裝配、調整的正確性與車輛行駛轉向性能關系密切。通過分析動力轉向器轉閥結構和工作原理，對與轉閥有關的轉向器故障進行分析并提出檢修措施，為轉向器的生產和維修提供了可資借鑒的經驗。關鍵詞：動力轉向器;轉閥;故障;檢修中圖分類號：U463.43 ?文獻標識碼：A? 文章編號：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球式動力轉向器在商用車上得到了廣泛的應用，通過在轉向器內部產生油液壓力差，將液體壓力能轉化為機械能，從而克服車輪轉向時來自地面的阻力。駕駛員只需要通過轉動方向盤控制轉向器轉閥的油路流向，即可實現轉向，大大減輕了轉向手力。轉向器關鍵部件是轉向控制閥，其裝配的正確性與對中精度關系著車輛行駛時的方向穩定性和轉向時的操縱輕便性，動力轉向器的故障也大多與它有著密切的關系。

1 轉閥結構

文中所述動力轉向器轉向控制閥的結構如圖1所示，其閥芯與輸入軸做成一體，扭桿兩頭鉆孔壓銷分別與輸入軸和螺桿軸相連，閥套與螺桿軸則用驅動環連接。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致內泄漏。

輸入軸外圓與閥套內孔為間隙配合，汽車轉向時可以相互轉動，螺桿軸心部鉆有深孔，將轉閥與動力轉向器后腔的油道連通。裝配時通過調整殼體上的螺栓，直至將螺桿軸、驅動環和閥套的軸向位置固定。螺桿軸的底部壓裝有經過滲碳淬火的塞塊，降低調節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，使閥套轉動輕便，降低轉向時所需的手力。

驅動環的結構如圖2所示，左右兩端面上分別有2個凸鍵，相互的垂直度要求一般為0.10。

驅動環左端面上的2個凸鍵與螺桿軸的角度限位槽口相連，右端面2個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。方向盤通過轉向傳動裝置與轉向器輸入軸以花鍵的形式連接，轉向時輸入軸相對螺桿軸轉動一定角度，轉向結束后輸入軸又會在彈性元件扭桿作用下恢復相對螺桿軸的中間位置，保持車輛直線行駛狀態。

2 轉閥工作原理

轉閥是動力轉向器液壓傳動部分的方向控制閥。如圖3所示，其主體部分由閥套和閥芯構成。閥套和閥芯的外圓上徑向加工有進油口和回油口，閥套內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通，因此將這種結構稱之為常流式轉閥。

當車輛直線行駛時，駕駛員不對方向盤施加轉矩。在此狀態下，相對于螺桿軸和閥套，輸入軸閥芯處于中間位置，扭桿不產生扭矩和角位移。由轉向油泵輸送來的液壓油從轉向器閥體上的進油孔進入閥套和閥芯，再從兩側（閥芯凸鍵與閥套油槽之間的縫隙）進入轉向器殼體油缸的下、上腔，并通過轉閥上閥套以及閥體的回油孔和回油管返回儲油罐。油液以相同的流量同時流向轉向器油缸的上、下腔，沒有壓力差，因此齒條活塞兩側的油壓相等，不產生助力和轉向，保持在中間位置，汽車保持直線行駛狀態。

轉動方向盤時，輸入軸相對于螺桿軸轉動，也就是閥芯相對于閥套產生角位移。閥芯凸鍵與閥套油槽一側的間隙逐漸變大，油液過流面積也逐漸增大;同時另外一側的間隙將逐漸變小，相應地，過流面積也逐漸減小，直至完全關閉。通過齒條活塞兩端的上、下油腔壓力差轉向助力，推動齒條活塞在殼體油缸里做直線運動并通過齒條齒扇傳動副帶動搖臂軸旋轉，從而實現轉向。

當駕駛員已將車輛轉向至一定角度后停止對方向盤繼續施加轉矩時，與轉向傳動裝置相連的輸入軸將同步停止轉動。而齒條活塞在上、下兩腔油液壓力差的作用下繼續在殼體油缸里作直線運動，通過螺桿螺母副使螺桿軸帶動閥套繼續轉動，直到閥套與輸入軸閥芯的相對位置從轉彎時存在角位移的狀態恢復到車輛直線行駛時的狀態。此時閥芯凸鍵和閥套油槽重新處于中間位置，兩側縫隙和過流面積相等，轉向器油缸上、下兩腔壓力差消失，齒條活塞失去助力，便穩定在某一位置，車輛在既定轉彎角度上繼續轉彎。當駕駛員將方向盤打正后改為直線行駛時，閥套與閥芯的相對位置在短時間內與車輛反向轉彎時相同，產生一定的角位移，然后恢復為車輛直線行駛狀態。

3 故障分析與檢修

雖然轉向器的各個零件在加工、檢測過程中都會嚴格控制質量，但是在轉向控制閥或轉向器總成臺架試驗時還是會出現部分檢測項目不合格的情況，另外動力轉向器在使用過程中出現的很多故障也跟轉閥有關，具體故障原因與檢修措施分析如下。

3.1 臺架試驗不合格

3.1.1 力特性曲線不平滑

轉閥在裝配到轉向器總成之前，必須依據汽車動力轉向閥總成臺架試驗方法進行性能測試。在檢測力特性曲線時，常常出現曲線不平滑的現象。這樣的轉閥會導致轉向時扭矩有突變，手感發抖、不柔和，影響駕駛員的路感。測試過程扭力突變會產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動過程中發生了干涉，這種干涉可能是兩者之間配合間隙過小或圓度超差導致的摩擦力過大，也有可能是閥體總成中的平面滾針軸承因為裝配不當而損壞，造成閥套滾動不靈活。解決方法是注意檢測閥套內孔與外圓的同軸度，提高閥芯外圓表面與閥套內孔的表面質量和圓度，對閥套閥芯分組選配時選擇合適的配合間隙，以免產生干涉。另外螺桿軸與輸入軸裝配后應保證較高的同軸度，使閥體底部的平面軸承與閥套端面接觸緊密均勻并轉動靈活。

3.1.2 曲線對稱度超差

曲線對稱度是轉閥臺架試驗時非常重要的一個檢測指標。試驗證明當曲線的對稱度低于90%時，駕駛員操縱方向盤時就能感覺到左右兩個方向的轉向力大小有差異。曲線的對稱度由閥芯凸鍵與閥套油槽的均分性質量以及閥總成對中的準確性兩個方面決定。閥套油槽的均分性質量由粉末冶金成型的工裝來保證，閥芯凸鍵由帶分度頭的銑床或有分度功能的數控銑床加工，分度精度是主要影響因素。輸入軸閥芯凸鍵兩側的刃口由專用凸輪磨床或數控磨床磨削加工而成，凸鍵刃口的形狀和寬度的一致性對于曲線對稱度影響最大。轉閥裝配時首先在對中機上利用專用對中夾具將輸入軸閥芯和閥套夾緊，確定其相對角度位置后再鉆孔壓銷。對中的精度決定了閥套和閥芯油口兩側的“預開隙”的大小，也直接影響曲線對稱度。對中夾具的制造精度以及使用過程中定位元件的磨損都是影響因素。

對于少量對稱度超差不太嚴重的轉閥，可以由臺架試驗操作人員直接用砂條在相應刃口部位手工修磨，然后重新試驗，直至合格為止。而采用機械對中的轉閥，經試驗不合格的轉閥必須壓出銷子重新對中后再次鉆孔壓銷，不僅返修工序比較繁瑣，還不能保證再次試驗一定能合格。圖2所示的驅動環有相隔90°的兩組定位凸臺，用于連接閥套和閥芯。可以訂制幾種不同規格的驅動環，以左端凸鍵為基準，將右端凸鍵設計制造成不同的傾斜角度，在順逆兩個方向上按一定落差分組。如果出現曲線對稱度超差，可以通過更換驅動環來返修。螺桿軸與輸入軸閥芯的相對角度通過扭桿壓銷后已經固定，通過更換不同組別的驅動環可以改變閥套與螺桿軸的相對角度，因此改變了閥套和閥芯的相對角度，從而提高曲線對稱度。另外還可以改變工藝路線，將機械對中改為液壓對中，主要工藝過程為：手動上料——對中并性能測試——鉆、鉸孔——壓銷——再次性能試驗——手動下料。上下料外的全部過程可以設計成自動完成，從而提高精度和效率。

3.1.3 扭矩超差

駕駛員對汽車轉向手感的輕重由轉向器在某個壓力下輸入扭力值決定。如果扭力值過大會使駕駛員感到轉向沉重，扭力值過小會造成駕駛員的“路感”不明顯。扭力過大可能是轉閥出現卡滯造成，另外扭桿的尺寸和形狀精度是非常重要的，在加工過程中要嚴格控制外圓尺寸，熱處理工序也非常關鍵。另外，轉閥“預開隙”的大小也影響到扭力值，過小的閥芯凸棱寬度會增大轉向扭矩。

3.1.4 內泄漏

臺架試驗中出現內泄漏，可能是閥套與閥芯分組選配時的配合間隙過大、閥套和輸入軸外圓上的密封槽尺寸誤差過大、密封圈在裝配過程中被劃傷，這些失效的可能性應該一一予以排查。

3.2 轉向器使用過程中出現故障

3.2.1 動力轉向器漏油

主要原因是閥體內孔與輸入軸外圓之間的密封圈磨損，應在拆解轉向器閥體后進行更換。

3.2.2 轉向沉重

輸入軸外圓與螺桿軸內孔油道之間的密封圈、螺桿軸尾部外圓與齒條活塞內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劃傷都會導致轉向沉重，應在拆解轉向器后更換O型密封圈。

另外，閥芯與閥套因為油液雜質卡滯，閥套與閥體之間的平面滾針軸承如果損壞，能導致左、右轉向操縱沉重，排除故障后應更換新油。

3.3 車輪自動跑偏

該故障與轉閥有關的原因是扭桿受到外力作用后發生了塑性變形，也就是扭桿兩頭產生了不可恢復的角位移，導致在車輛直線行駛狀態下，輸入軸閥芯與閥套的相對位置處于類似于車輛轉彎時的位置。轉發裝配時通過扭桿來確定閥芯和閥套對中的位置，一旦出現變形，不僅方向會跑偏，左右轉向扭矩也不對稱，手感也會變差。拆解轉向器和轉向控制閥后對扭桿進行校正的方法其實并不可行，因為用扳手將扭桿反方向變形并通過目測來重新校正扭桿的方法，精度遠遠達不到轉閥對中的要求，而且轉閥有角度限位裝置，一般最多只能相對轉動7°，因此可能也無法使扭桿產生足夠的塑性變形。應該將轉閥總成拆解后更換扭桿，重新對中壓銷并通過臺架試驗才能再次使用。

4 結論

作為動力轉向器的關鍵部件，轉向控制閥結構復雜，與車輛行駛轉向性能關系密切。通過分析動力轉向器轉閥結構和工作原理，并對轉向器總成臺架試驗和裝車使用過程中出現的與轉閥有關的故障進行分析并提出檢修措施，為轉向器的生產和維修提供可資借鑒的經驗。

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