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动力转向器输入轴的结构优化分析

范文

徐静

摘要汽车的动力转向器是通过旋转输入轴，使其与阀套之间的油槽形成油槽开合造成输入轴两侧油腔压力差，来实现转向助力过程的。本文依据输入轴在转向系统中的工作原理，结合其转动限位结构的两种不同组合方式，对比分析不同键连接结构对输入轴系统转向时的助力影响，达到对输入轴结构进行优化分析的目的。

关键词转向器输入轴结构优化分析

中图分类号：U463.4 文献标识码：A

1转向器的结构分析及工作原理介绍

汽车的动力转向器是由动力系统和转向系统两部分组成。其中，动力系统是由输入轴和阀套零件装配形成，并通过油管将其两端分别与液压泵和转向系统连接。转向系统则是通过转向齿轮和齿条零件形成装配关系，并在动力驱动的作用下实现转向动作。动力转向器具体结构组成如下图所示：

在发动机的带动作用下，转向液压泵不间断地将油从转向油罐输送至流量控制阀，当汽车无转向需求时，输入轴与阀套之间无相对转动，油液流经控制阀最终回到转向油罐，其左右油腔无压力差。当汽车转向时，输入轴会接收到来自方向盘转动的转向指令，但因地面阻力的存在，需克服扭杆弹性才能转动。输入轴转动时，它和阀套之间会产生一个相对角位移，使一侧油腔慢慢打开而另一侧油腔仍处于关闭状态，油液流向油腔打开的一侧。输入轴的转动打开了油路产生压力差，当压力增大到能够克服地面阻力时就会推动齿条活塞带动车轮实完成转向动作。当输入轴转动停止时，在扭杆的弹性恢复力及油压作用下，阀套与输入轴回到中间常开位置，油泵供油流至转向油罐，直至方向盘再次转动时，重复上述过程。

2输入轴的转动限位结构对比分析

从上述分析中，可以看出：转向器的转向动作的完成主要取决于输入轴和阀套在克服地面阻力情况下产生的相对角位移。而输入轴能够完成转动动作以及在转动停止时回到常开位置则是依靠它与阀套的装配结合处所设计的有一定转动角度的转动限位结构。传统的加工工艺中，对输入轴的转动限位结构采用的是平键装配总成，即主要是依靠键与键槽侧面的挤压来传递输入轴的转矩。本次设计中，改为采用花键联接来进行转阀对中转配，并选择四齿矩形花键与阀套组合形成转动限位结构。现将这两种不同联接方式的转动限位结构的各项性能对比分析展现如下。

从理论分析中，不難看出，采用花键联接的转动限位结构在各方面性能上都要优于平键联接。

3输入轴的限位结构受力优化分析

为了进一步验证理论分析的合理性，选用三维设计软件Solidworks分别对两种键位配合方式进行简单的受力分析。在受力大小、受力方向和材料相同的条件下，得到的受力结果如图2、图3所示。

从三维软件的受力分析结果也能够证实花键联接的限位结构在各项性能上更稳定。

4结论

综上，作为汽车动力转向器的关键转阀部件，输入轴和阀套的转动限位结构采用花键联接的方式在加工工艺、强度和使用场合等方面都能够更好的促进转向功能的实现。

参考文献

[1] 毕大宁.汽车转阀式动力转向器的设计与应用[M].北京：人民交通出版社，1998.

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[4] 谭本忠.汽车转向系统设计技术[M].北京：机械工业出版社，2010.

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