循环球转向器卸荷阀的改进设计

王庆涛,周顺波,叶金军,刘健(南京东华汽车转向器有限公司，江苏南京 211106)

循环球转向器卸荷阀的改进设计

王庆涛,周顺波,叶金军,刘健
(南京东华汽车转向器有限公司，江苏南京 211106)

分析现有卸荷阀结构存在的技术缺陷，提出一种新型转向器卸荷阀结构，通过调整卸荷阀安装位置和设计球面密封，有效地解决了卸荷阀维修困难和转向器内泄漏大的问题，从而提高转向器卸荷阀维修效率的同时，也降低了废品和售后的损失费用。

转向器;卸荷阀;球面密封

0 引言

汽车动力转向器在没有安装行程卸荷阀时，在汽车转向过程中，当前轮上的限位凸台与转向节上的限位螺栓相碰时，前轮被刚性限位，转向阻力无限大，液压系统压力升到最高，液压泵会大量发热，液压系统工作性能将加速恶化，同时转向杆系将承受最大负荷。这些会降低转向系统的工作寿命。所以目前常在转向器中设置行程卸荷阀来解决上述问题。

现有的卸荷阀行程不能调整，且卸荷阀中的卸荷阀座锥面和卸荷阀芯球面接触不理想导致转向器内泄漏大。循环球液压助力转向器出厂需100%进行性能试验，按3‰不合格率，6‰市场故障，以年产3万台转向器为例，则每年有近270台转向器由于此结构导致的转向器三包索赔。

针对现有转向器技术存在的缺点，本文作者提出一种新型的循环球液压助力转向器卸荷阀，有效地解决卸荷阀维修困难和内泄漏风险高的难题，提高了转向器装配效率，降低了转向器质量损失费用。

1 现有卸荷阀的结构及存在的问题

1.1 结构

现有的卸荷阀由2个卸荷阀座，2个并紧螺母，2个卸荷阀芯和1个弹簧共7个零件组成，如图1所示。

1.2 装配过程

首先将卸荷阀座3压入并紧螺母4中，其次将一组合成好的卸荷阀座3和并紧螺母4旋入转向螺母螺纹7中，控制好深度(目前设计值为10 mm)，再从转向螺母7的另外一端依次装入卸荷阀芯5、弹簧6和卸荷阀芯5，最后再将一组合成好的卸荷阀座5和并紧螺母4旋入，整个卸荷阀装配完成。

1.3 存在的技术缺陷

现有转向器主要存在以下技术缺陷：

(1)卸荷阀维修困难。使用当中，如果出现行程误调造成卸荷阀压入过深的情形，必须将转向器从整车上拆下，再将转向器拆散，取出卸荷阀维修。整个过程很繁琐，且一般这样的转向器必须返回制造厂维修，因为涉及许多装配和试验检测。

(2)内泄漏风险高。从现有结构的卸荷阀密封部位可发现，卸荷阀座3呈90°锥面，卸荷阀芯5呈SR3.5球面，二者接触属于线与面接触，密封效果不好，如图2所示。

2 卸荷阀结构的改进

2.1 改进后的结构

改进后卸荷阀的结构由2个顶针，1个卸荷阀座B，2个φ6.35 mm钢球，2个弹簧，1个卸荷阀体，1个螺母堵塞，1个导杆，1个限位杆和1个卸荷阀座A共12个零件组成，如图3所示。

2.2 装配过程

首先将卸荷阀体5压入螺母堵塞6中，将导杆7压入限位杆8中，其次将顶针1、弹簧4、φ6.35 mm钢球3和卸荷阀座B 2装入卸荷阀体5中，再次将合成好的螺母堵塞6装入转向螺母12中，同时将φ6.35 mm钢球3、弹簧4、顶针1和卸荷阀座A 9装入转向螺母12中，最后将合成好的导杆7、限位杆8以及六角头螺栓10装入转向器壳体11，整个卸荷阀装配完成。

2.3 改进后卸荷阀的优点

改进后卸荷阀存在以下优点：

(1)卸荷阀维修方便。使用当中，如果出行程误调造成卸荷阀压入过深的情形，改进结构的卸荷阀很方便维修。首先，将转向器从整车上拆下，再拆下导杆7、限位杆8和六角头螺栓10。

转向螺母12上端卸荷的维修：将限位杆8固定，在一定压力下压导杆7使得导杆7与限位杆8分离至设计距离即可。

件12转向螺母下端卸荷的维修：将转向器竖直固定，用直径小于六角头螺栓10直径的钢棒插入转向器壳体11中，在一定的压力向下压使得卸荷阀座B2与螺母堵塞6相切即可。

最后，将导杆7、限位杆8和六角头螺栓10装入转向器壳体11，整个卸荷阀维修完成。

(2)内泄漏风险低。从改进结构的卸荷阀密封部位可发现，卸荷阀座B2与φ6.35 mm钢球3形状完全相同，二者接触属于面与面接触，密封效果很好，如图4所示。

3 改进卸荷阀的应用

3.1 中间位置

转向器处于中间位置时，液压油通过阀体14上的进油孔进入转向螺杆13，再经过输入轴16分流一部分经过转向螺杆13斜孔进入A腔、B腔和D腔，另一部分经过阀体14斜孔和转向器壳体11深孔进入C腔，还有一部分直接从输入轴16孔流向阀体14回油孔出去。因为中间位置转阀处于常开状态，A腔、B腔、C腔和D腔压力完全相同，这样就使得卸荷阀均打开，E腔和F腔被液压油充满，油压与其他腔相同，转向器属于充油阶段，如图5所示。

3.2 左极限位置

当顺时针旋转输入轴16时，转阀处于半开半闭状态，液压油通过阀体14上的进油孔进入转向螺杆13，再经过输入轴16、阀体14斜孔和转向器壳体11深孔进入C腔，此时液压油推动转向螺母12向左移动，同时打开转向螺母上、下端右边的卸荷阀，液压油进入E、F腔中。原A腔、B腔和D腔的液压油经过转向螺杆13斜孔流出。当转向螺母12移动到一定位置时，顶针1与转向螺杆13端面相碰，转向螺母12下端左边的卸荷阀打开，C腔和F腔的液压油开始往A腔、B腔和D腔流，一起进入回油系统，这样就实现了转向螺母下端卸荷的作用。为了使车轮能继续转到极限位置，转向器卸荷后还需要保持一定的残余压力(3～5 MPa)，以帮助完成转向动作，如图6所示。

3.3 右极限位置

当逆时针旋转输入轴16时，转阀处于半开半闭状态，液压油通过阀体14上的进油孔进入转向螺杆13，再经过输入轴16和转向螺杆13斜孔进入A腔、B腔和D腔，此时液压油推动转向螺母12向右移动，同时打开左边转向螺母上、下端左边的卸荷阀，液压油进入E、F腔中。原C腔中的液压油经过转向器壳体11深孔和阀体14斜孔流出。当转向螺母12移动到一定位置时，顶针1与限位杆8相碰，转向螺母12上端右边的卸荷阀打开，A腔、B腔、D腔和E腔的液压油开始往C腔流，一起进入回油系统，这样就实现了转向螺母上端卸荷的作用，如图7所示。

4 效果验证

4.1 维修耗时

表1示出了改进前后卸荷阀的维修耗时。可看出，改进后的卸荷阀维修耗时比改进前减少了35 min。

表1 卸荷阀维修耗时对比 min

4.2 产品质量分析

4.2.1 生产不合格率

表2示出了改进后卸荷阀2012年每月生产的不合格率。可看出，改进后的卸荷阀生产不合格率比改进前(按3‰计算)降低了1.8‰。

表2 卸荷阀生产不合格率 ‰

4.2.2 售后故障率

表3示出了改进后缷荷阀的卸荷阀售后故障率。可看出，改进后的卸荷阀售后故障率比改进前(按6‰计算)降低了2.7‰。

表3 卸荷阀售后故障率 ‰

5 结束语

通过调整卸荷阀安装位置，使得卸荷阀维修效率提高(减少了35 min)；通过将卸荷阀中的卸荷阀座和卸荷阀芯球面接触由线接触密封改为面接触密封，使产品不合格率和售后故障率降低了4.5‰。

【1】 余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社,2000.

【2】 邹慧君.机械原理[M].北京：高等教育出版社,1999.

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Improvement on Recirculating Ball Steering Gear Unloading Valve

WANG Qingtao,ZHOU Shunbo，YE Jinjun,LIU Jian
(Nanjing Donghua Auto Steering Gear Co.Ltd.,Nanjing Jiangsu 211106,China)

The technical defects of the existing unloading valve structure were analyzed,a new steering unloading valve structure was presented.By adjusting the unloading valve mounting location and designing the spherical sealing,the difficulties on unloading valve repair and the big internal leakage problems of steering were solved.The repair efficiency of steering unloading valve was improved,and the cost of waste and loss of sales was reduced.

Steering;Unloading valve;Spherical sealing

2013-11-26

王庆涛(1982—),男,工学学士，工程师，研究方向为循环球、齿式转向器设计与开发。E-mail:whitebird_420@163.com。