汽車液壓助力轉向器手力轉向單向閥設計*

金洪陽 ，陳 誠 ，項佳雯

（湖北汽車工業學院機械工程學院，湖北 十堰 442002）

載重汽車普遍裝有液壓助力轉向器（以下簡稱動力轉向器），在汽車轉向時為汽車提供助力。轉向油泵把發動機的機械能轉換為液壓能，動力轉向器再把液壓能轉換成機械能作用在轉向輪上幫助駕駛員進行轉向[1-2]。如果出現發動機熄火或轉向油泵損壞等異常情況時，轉向系統失去助力，完全依靠駕駛員作用在方向盤上的手力來實現轉向。由于轉向油泵不能正常工作，轉向系統回油管路不通暢，回油阻力很大，使得手力轉向異常困難。在極端情況下，如果出現回油管路堵塞問題，將無法進行手力轉向，增加了汽車行駛的風險。因此，需要設計一種動力轉向器手力轉向單向閥，保證油路出現故障時將進、回油路導通，使轉向器在轉向油泵失效時仍具有機械轉向的能力。

1 動力轉向系統工作原理分析

如圖1 所示，典型動力轉向液壓系統由油壺、吸油管、油泵、壓力油管、動力轉向器總成和回油管等組成。

圖1 典型動力轉向液壓系統

油泵不停頓地隨著發動機轉動而工作，把油液從油壺吸出后，通過壓力油管向動力轉向器供油。無需轉向時，轉向器控制閥處于常開中間位置，油液通過控制閥及回油管直接回到油壺。動力轉向系統采用的轉向油泵的類型很多，有齒輪泵、葉片泵、柱塞泵，也有少量車型采用滾子油泵，其中葉片泵得到越來越廣泛的應用，因為葉片泵在不轉動或損壞時容易形成自然通道[3]。

在轉向系統安全性中必須考慮液壓助力轉向系統中助力系統失效的情況。法規要求在助力失效的情況下仍然可以機械性地轉動方向盤來轉向，而且這個轉向盤力要足夠小。另外，還要保證在車輛助力失效下，駕駛人在真實的路況中還能足夠安全地駕駛車輛[4-6]。因此，為了安全起見，還是需要在液壓系統里另加單向閥配置成小循環回路，以解決在油泵不工作時可能出現的阻撓活塞運動的液壓自鎖現象[7-9]。

2 總體設計方案

殼體是動力轉向器的裝配基礎件，動力轉向器控制油路流向和流量的核心部件為轉閥，轉閥裝配在如圖2 所示的閥體里，而閥體裝配在殼體上，動力轉向系統進油管和回油管分別與閥體上的進油口和回油口相連。

圖2 動力轉向器閥體

如圖3、圖4 所示，閥體進油口與閥體內部進油道直接相通，閥體回油口則通過斜油孔與閥體內部回油道相通。

圖3 閥體K向視圖

圖4 閥體G-G剖視圖

在動力轉向器閥體進油道和回油道之間設置一個手力轉向單向閥，轉向系統正常工作時，進油道壓力遠大于回油道，在壓力差的作用下單向閥關閉，油路不通。當發動機熄火或轉向油泵出現故障時，進油道壓力降低，回油阻力增大，一旦回油管路上的壓力高于進油管路壓力，該單向閥開啟，將轉向器進、回油路導通，油液不返回油壺和油泵，在轉向器內部形成小循環，此時依靠駕駛員的手力驅動方向盤，即可實現手力轉向[10]。

3 基于單向閥的小循環回路設計

以某型號動力轉向器為例，如圖5、圖6 所示，在閥體與轉向器殼體的結合面鉆出直徑為的封鉚孔和Φ4.8±0.10 的單向閥孔，并在鉆單向閥孔的同時，用麻花鉆鉆出頂角為118°的錐面，用于實現單向閥鋼球的密封。

圖5 閥體單向閥封鉚孔位置示意圖

圖6 閥體J-J局部剖視圖

裝配閥體總成時，如圖7 所示，將單向閥鋼球從閥體封鉚孔裝入，落到單向閥密封錐面上，再將彈性圓柱銷從封鉚孔裝入，最后在油壓機上將封鉚鋼球壓入封鉚孔，封鉚鋼球直徑略大于封鉚孔內徑，保證封鉚的可靠性和密封性。封鉚后鋼球頂部略低于閥體端面，且與彈性圓柱銷具有一定的初始壓力，使單向閥鋼球可靠地貼合在單向閥密封錐面上。所采用的彈性圓柱銷又稱彈簧銷，是一種無頭中空的柱形體，軸向開槽，兩頭端部有倒角，用于零件之間的定位、連接、固定等。

圖7 閥體總成局部剖視圖

正常工作狀態下，進油道油液壓力遠高于回油道，壓力差將單向閥鋼球4 可靠地壓緊到單向閥密封錐面上實現密封，進、回油道不導通。當發動機熄火或轉向油泵出現故障時，動力轉向器閥體進油口和進油道里的油液壓力急劇下降，而回油口和回油道里的回油阻力上升，當如圖6 所示的回油道3 處的壓力大于進油道2 處的壓力時，單向閥鋼球在壓力差的作用下克服彈性圓柱銷的初始壓力反向上浮，回油道的油液不再返回油壺和油泵，而是通過單向閥孔直接回到進油道，形成內部液壓小循環回路。回油道油液壓力降低，大大減小回油阻力，實現手力轉向。以某型號動力轉向器為例，其采用的彈性圓柱銷型號為Q5280622；參考GB/T 308.1—2013《滾動軸承 球 第1 部分：鋼球》，單向閥鋼球材料為GCr15，單向閥鋼球硬度為HRC 62～66，單向閥鋼球公稱直徑為9/32"，封鉚鋼球公稱直徑為7/32"。

4 總結

在動力轉向器閥體進油道與回油道之間安裝單向閥，液壓助力轉向系統正常工作時利用壓差實現密封。當發動機熄火或轉向油泵出現故障時，回油管壓力增加，反向推動單向閥，將進油道與回油道導通，在轉向器內部實現液壓小循環回路，減小轉向系統回油阻力，實現手力轉向，可靠地保證了行車安全。