商用车辆动力转向器的仿真装配

摘要：本文简要介绍了一种商用车转阀式动力转向的工作原理，采用了PRO/E对转向器总成所有零件进行了建模，并对模型进行了仿真装配，最后可以体现出模型的机械运动关系。

关键词：商用车;转向器;仿真;装配

1商用车轉阀式动力转向器工作原理

目前的市场环境下，基于多方面的因素，乘用车主要选用齿轮齿条式转向器，助力形式有无助力的，液压助力，电控液压助力，和电子助力几种。商用车尤其是卡车，主要使用循环球式动力转向器，而循环器式转向器的助力形式主要是整体阀式液压助力，对于多前桥一般会布置若干随动器，或者布置若干转向油缸来辅助转向。

本文主要分析图示中a）例中的整体式动力转向器，这也是应用最广泛的动力转向器形式。

如上图，转向油泵6安装在发动机上，由曲轴通过皮带驱动并向外输出液压油。转向油罐5有进、出油管接头，通过油管分别与转向油泵和转向控制阀2联接。转向控制阀用以改变油路。机械转向器和缸体形成左右两个工作腔，它们分别通过油道和转向控制阀联接。

当汽车直线行驶时，转向控制阀2将转向油泵6泵出来的工作液与油罐相通，转向油泵处于卸荷状态，动力转向器不起助力作用。当汽车需要向右转向时，驾驶员向右转动转向盘，转向控制阀将转向油泵泵出来的工作液与R腔接通，将L腔与油罐接通，在油压的作用下，活塞向下移动，通过传动结构使左、右轮向右偏转，从而实现右转向。向左转向时，情况与上述相反。

2动力转向器机械运动原理分析

动力转向器本身的机械运动是一个角转向器。从输入到输出的运动件和传动关系我们可以做如下分析。

在图示1处，输入轴是一个旋转的输入运动。在图示2处，扭杆刚性固定了输入轴和螺杆轴，输入轴的旋转带动了螺杆轴的旋转。在图示3处，扭杆在运动过程中发生弹性形变，在本文中不讨论扭杆的弹性形变，视扭杆为刚性传动件。在图示4处螺杆轴和齿条活塞之间通过滚道和钢球传递运动，是一个典型的滚珠丝杠，把旋转运动变成往复运动，可以简化为螺纹运动。在图示5处，齿条活塞和摇臂轴之间，通过齿条和扇齿传递运动。图示6处和图示7处是两个安全阀，弹性阀门在极限位置开启，保护转向器总成不受高压破坏，本文中暂不讨论。

3动力转向器零件建模

首先，我们需要对动力转向器总成进行建模。动力转向器主要由三个分总成组成。壳体总成是动力转向器和车架之间的连接件，也是动力转向器的主要工作腔。阀活塞总成是动力转向器的大脑和心脏，控制转向器的力特性和功能特性。摇臂轴侧盖总成是动力转向器的动力输入机构。

壳体总成的主要零件包括壳体（图3-1）、轴承（图3-2）、密封螺母、油封、垫片等其他附件。

阀活塞总成构造复杂，零件繁多，主要包括输入轴（图3-3）、阀套（图3-4）、扭杆（图3-5）、螺杆轴（图3-6）、活塞（图3-7）、阀体（图3-8），以及多种销子、密封件、锁母、轴承等。

摇臂轴侧盖总成的主要零件包括摇臂轴（图3-9）、侧盖（图3 10）、轴承、密封螺母、油封、垫片等其他附件。

4动力转向器装配与运动关系布置

在进行动力转向器运动装配之前，我们了解到PRO/E组件装配里面可以进行操作的几种运动关系（图4-1），以及PRO/E机构模式下可以操作的几种机构关系（图4-2）。结合我们做的机械运动机构分析，我们开始进行动力转向器的运动装配。

我们按照理论上的装配关系来进行仿真装配，这个过程中间我们可以检验装配中间是否发送干涉或者无法装配等的问题。首先我们进行简单的刚性关系总成装配，以壳体总成为例，其中，轴承我们视其为刚性元件，之考虑摇臂轴相对壳体的运动，不考虑轴承内滚针或滚珠对应轴承保持架的运动。

在刚性装配下，我们需要用到的几个主要刚性关系匹配、对齐、插入、相切、线上点等，如图4-5所示。我们要确保刚性关系不存在约束不完整或者约束过多失效的现象发生。

运动关系装配过程对与转向器的仿真和后续在整车上的运动仿真至关重要。我们就一个比较复杂的活塞相对于螺杆轴的滚珠丝杠运动来做一个装配，这个装配里面涉及多种PRO/E里面多种运动关系的综合运用。

在这个运动关系之前，螺杆轴和阀体之间是有一个销钉关系的，也就是阀芯总成相对于阀体有轴向的旋转运动。活塞和阀总成运动关系由三个运动关系叠加形成，首先活塞沿着螺杆轴的轴向是有旋转运动和往复运动的，这个运动可以由圆柱关系来描述。其次，我们定义活塞的沿轴线方向（图示红色箭头）的往复运动。然后，我们定义活塞的沿轴线方向（图示红色箭头）的旋转运动。

活塞并不是毫无规律的在螺杆轴轴线上做圆柱运动，而是沿着螺杆轴螺旋滚道运动，那么我们需要给它附加一个槽运动关系。约束活塞上一点沿着螺杆轴滚道运动。

由于阀总成和阀体之间是旋转的，而且活塞要和摇臂轴扇齿啮合，所以，活塞运动时和阀体要有一个相对固定的角度。据此，我们再给活塞施加一个平面关系来约束活塞相对于阀体的运动。

活塞阀总成是一个十分重要的运动件总成，它的运动关系装配，需要我们十分熟悉转向器总成内部的运动关系和相互之间的约束关系。经过复杂的装配过程，我们得到完整的运动关系模型。

5动力转向器模型运动装配结论及展望

动力转向器模型的运动装配过程是一个在设计工作中进行是一个对于设计工作很好的验证和辅助过程。对于生产中间的装配验证，干涉分析，有着十分重要的指导意义。而在于工作交流中，尤其和整车设计部门的交流中，提供一个带运动关系的三维模型，也极大的方便了设计人员对于整车的运动校核。

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