杨佩钊，范起飞，严慈磊（长安大学 汽车学院，陕西 西安 710064）



转阀式动力转向器的构造及助力原理

杨佩钊，范起飞，严慈磊
（长安大学 汽车学院，陕西 西安 710064）

汽车行业的迅猛发展，带动了转向器的发展。转向器的质量对于汽车主动安全性来说非常重要，它不仅影响到汽车的转向轻便性和操纵稳定性，而且关乎到驾驶员的生命安全问题。设计优良的转向器在减少交通事故方面起着重要作用。转阀式的动力转向器是一种非常典型的转向传动机构，它在降低驾驶员工作强度的同时更加提高了驾驶的安全性。文章介绍了转阀式动力转向器的构造，并分析了其助力原理。

转阀式；构造；助力原理

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.043

CLC NO.: U463.4Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-132-03

引言

动力转向器，从实质上来讲，是在机械式转向器的基础上发展来的。动力转向传动装置的加入，使得驾驶员的转向操纵力减轻了很多。驾驶员的负担很轻，只需要一小部分力就能完成转向，转向的大部分则是由发动机驱动油泵来提供。本文通过德国ZF公司生产的8098型动力转向器来介绍其动力转向机构的构造，并且通过液压油流向来说明其工作原理。

1、构造

图1是德国ZF公司生产的8098系列动力转向器。它由三大部分组成，其中第一部分是机械式转向器；第二部分是动力缸；第三部分是分配阀。油罐中储存着系统工作所需的油，在发动机驱动下的转向泵向动力转向器供油，油液便从油罐进入到转向器。从转向器流出的压力油流回油罐，油液一直循环流动。

动力缸的移动能量来自两端腔室的油压差所产生的能量。动力缸由壳体和活塞构成。活塞的内部和螺杆的外部开有断面近似半圆形的螺旋槽，两者配合形成的管状通道中放有很多钢球。通常情况下，会将转向轴和阀芯做成一个部分，螺杆和阀套则做成一个部分。转向轴在转动的过程中，钢球会在通道上循环往复的滚动，这一过程完成了螺杆的旋转运动向活塞的直线运动的转换，并且也带动了摇臂齿扇轴做转动动作。通过销使扭杆得到固定，并且与转阀连接在一起。整个过程中，安全阀所起到的作用是降低转向器内油压，以免过高的油压对转向器造成破坏。充油阀的作用是在转向泵处于非工作状态时，及时向转向器补油。分配阀是一个关键的部件，阀套与阀芯之间的相对转动量直接决定了液体流量的大小，同时也决定了助力的大小。

2、助力原理

2.1直线行驶工况

当汽车直线行驶时，即方向盘位置不动时，扭杆不发生转动，分配阀处在中间位置。图2示出了压力油在动力转向传动机构中流动的过程。通常在转向器壳体上开有油道，正常工作时，油液通过该油道进入开孔的阀套。分配阀是由阀套和转阀构成的，阀套内部开有6个沟槽，阀芯的外表也开有6个沟槽。阀套的构槽与阀芯的沟槽两者之间错开，彼此对应，通过槽之间的间隙，油液到达活塞内。由于汽车直线行驶时分配阀处在中间位置，油液流向了活塞的左右两腔，最后经过阀芯上的回油槽流回油罐。

2.2转向行驶工况

汽车右转向行驶，转向盘需要右转,这使得转向轴(阀芯)通过扭杆的作用向螺杆（阀套）传递扭矩，阀套偏离了初始的中间位置。此时阀套和阀芯产生相对移动，阀芯相对阀套右转，产生一个角位移量，如图3所示。这一角位移量，使得6个阀芯台肩右侧与阀套槽的间隙关闭，同时加大了6个阀芯台肩左侧与阀套槽之间的间隙，油液则从间隙流过。因此，压力油得以流进阀套上的轴向槽内，再通过管状的通道，进入活塞的左腔。当左腔中的压力油量逐步加大时，右腔的压力油则是以回油缝以及回油槽作为通道，进入油罐。整个过程中，动力缸左右腔中都产生了一定的压差，这也使得活塞向右移动，液压助力右转向得以实现。

汽车左转向行驶，同理，阀芯相对阀套左转，产生一个角位移量，如图4所示。该角位移量使6个阀芯台肩左侧与阀套槽的间隙关闭，而相应6个阀芯台肩右侧与阀套槽之间的间隙增大，即进油缝增加开度，油液流过。因此，压力油得以流进阀套上的轴向槽内，再通过管状的通道，进入活塞的右腔。此时，动力缸右腔的压力油增加，活塞左腔的压力油经过回油缝和回油槽返回油罐。这一过程使得液压助力右转向得以实现。

扭杆是一个具有较好的旋转弹性能力的元件。当扭杆发生形变时，由于力的相互作用传给方向盘反作用，而驾驶员可以感受到作用力的变化情况，即所谓的“路感”。汽车在运行过程中，若是一直向一个方向转向，转向盘就保持某个角度不变，扭杆也保持相应的状态，所以阀芯和阀套保持着一个固定开度，动力缸油液差产生的力矩和回正力矩平衡，车轮转角便保持一定。

2.3转向回正性能

当驾驶员对转向盘的控制状态改变时，由于扭杆的弹性特征，会使分配阀的位置回到中间状态，关闭了分配阀阀套和阀芯间的间隙，动力缸左右腔压力油压力相当，不存在压差，也就不存在液压助力作用了。不过，考虑到主销后倾以及主销内倾的问题后，其所产生的回正力矩，会保证车轮回正而不需要驾驶员进行相应的操作。

2.4转向器的随动作用

汽车在形式过程中，扭杆的扭转速度是与转向盘的转动速度相关的，转向盘转动得加快，也带动了一系列的元件运动。最先是阀套和阀芯产生的角位移量的增加，然后动力缸内的油压差逐步增大，引起转向轮的偏转速度逐渐加快。由此可见，转向盘转动，前轮转动，转向盘加快转动，前轮也加快转动。当失去转向操纵力的时候，扭杆就会返回自由初始状态，分配阀回到初始状态，动力缸停止工作。这种动力缸随转向盘转动时动力存在，转向盘停止转动动力消失的作用叫做转向器的随动作用。

3、限制保护功能

通常在动力转向器上安装限制器，它的作用是减压排油，防止在较大工作压力下破坏转向器和转向泵。图5所示的是双作用限位器，其组成包含两个带有弹簧的阀芯，分布在动力缸活塞两端。

动力缸活塞在向右运动的过程中，右侧阀芯会逐渐向右侧调节螺钉靠近。移动范围到达极限时，右侧阀芯被推入到活塞，引起左腔压力增大，进而导致左侧阀芯被顶入活塞，这样，就使得动力缸左腔的压力油通过限位器阀孔，进入活塞右腔，最后流到油罐中。当动力缸活塞向左移动到极限位置时情况与之相反，原理相同。当限位器处于工作状态时，转向器仍然可以摆动，但是由于动力缸两腔压差降低，液压助力作用便大大下降，同时，转向操纵力增大，直至极限位置。

4、助力失效

当助力装置发生故障时，液压式助力转向器就变成机械式，驾驶员依然能够通过转向器的机械部分使汽车转向，但是液压助力装置已经失效，所以驾驶员在转向时感觉到有沉重感。

5、结束语

本文对于转阀式动力转向器的构造进行了比较系统的介绍，对其助力原理进行了比较详细的描述。此转向器性能优异，结构先进，最大的特点是灵敏度比较高、密封件数量比较少而且轴向尺寸短。虽然现在技术发展越来越迅速，出现了诸如线控转向系统（SBW）、四轮转向系统（4WS）等先进的新转向技术，但是它们在可靠性以及应用技术方面，还是存在很多缺陷的。目前的主流应用还是转阀式动力转向器，它依然具有良好的应用前景。

[1]陈家瑞.汽车构造（第五版）（下册）[M].北京：人民交通出版社，2010.

[2]刘惟信.汽车设计[M].北京：清华大学出版社，2001.

[3]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，1997.

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[5]陆涛.斯太尔载货汽车转向系统的检查调整及故障排除[J].汽车诊所，2008.

The structure of the rotary valve type power steering gear and power principle

Yang Peizhao,Fan Qifei,Yan Cilei
(university of changan automobile institute,Shaanxi Xi'an 710064)

The rapid development of automobile industry lead to the development of steering gear.Steering gear quality is very important for automotive active safety,because it not only affects the steering portability and handling stability,but also relates to the life safety of the driver.Excellent design of steering device plays an important role in reducing traffic accidents.Rotary valve type power steering gear is very typical in steering linkage,which reduces the work intensity of the driver and at the same time improves the driving safety.This paper introduces the steering structure of rotary valve type power steering gear and analyzes its power principle.

Rotary valve; Structure; Power principle

U463.4

A

1671-7988（2016）08-132-03

杨佩钊（1991—），男，硕士研究生，就读于长安大学汽车学院，车辆工程专业。