動力轉向器輸入軸的結構優化分析

徐靜

摘 要 汽車的動力轉向器是通過旋轉輸入軸，使其與閥套之間的油槽形成油槽開合造成輸入軸兩側油腔壓力差，來實現轉向助力過程的。本文依據輸入軸在轉向系統中的工作原理，結合其轉動限位結構的兩種不同組合方式，對比分析不同鍵連接結構對輸入軸系統轉向時的助力影響，達到對輸入軸結構進行優化分析的目的。

關鍵詞 轉向器 輸入軸 結構 優化分析

中圖分類號：U463.4 文獻標識碼：A

1轉向器的結構分析及工作原理介紹

汽車的動力轉向器是由動力系統和轉向系統兩部分組成。其中，動力系統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向系統連接。轉向系統則是通過轉向齒輪和齒條零件形成裝配關系，并在動力驅動的作用下實現轉向動作。動力轉向器具體結構組成如下圖所示：

在發動機的帶動作用下，轉向液壓泵不間斷地將油從轉向油罐輸送至流量控制閥，當汽車無轉向需求時，輸入軸與閥套之間無相對轉動，油液流經控制閥最終回到轉向油罐，其左右油腔無壓力差。當汽車轉向時，輸入軸會接收到來自方向盤轉動的轉向指令，但因地面阻力的存在，需克服扭桿彈性才能轉動。輸入軸轉動時，它和閥套之間會產生一個相對角位移，使一側油腔慢慢打開而另一側油腔仍處于關閉狀態，油液流向油腔打開的一側。輸入軸的轉動打開了油路產生壓力差，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向動作。當輸入軸轉動停止時，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，油泵供油流至轉向油罐，直至方向盤再次轉動時，重復上述過程。

2輸入軸的轉動限位結構對比分析

從上述分析中，可以看出：轉向器的轉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生的相對角位移。而輸入軸能夠完成轉動動作以及在轉動停止時回到常開位置則是依靠它與閥套的裝配結合處所設計的有一定轉動角度的轉動限位結構。傳統的加工工藝中，對輸入軸的轉動限位結構采用的是平鍵裝配總成，即主要是依靠鍵與鍵槽側面的擠壓來傳遞輸入軸的轉矩。本次設計中，改為采用花鍵聯接來進行轉閥對中轉配，并選擇四齒矩形花鍵與閥套組合形成轉動限位結構。現將這兩種不同聯接方式的轉動限位結構的各項性能對比分析展現如下。

從理論分析中，不難看出，采用花鍵聯接的轉動限位結構在各方面性能上都要優于平鍵聯接。

3輸入軸的限位結構受力優化分析

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，得到的受力結果如圖2、圖3所示。

從三維軟件的受力分析結果也能夠證實花鍵聯接的限位結構在各項性能上更穩定。

4結論

綜上，作為汽車動力轉向器的關鍵轉閥部件，輸入軸和閥套的轉動限位結構采用花鍵聯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向功能的實現。

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