CF7454转阀式动力转向器力特性曲线的优化设计

DOI ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 9 - 9 4 9 2 2 0 1 4 0 2 0 2 4 C F 7 4 5 4 转阀式动力转向器力特性曲线的优化设计 邓湘滨 ( 广东省技师学院， 广东惠州 5 1 6 1 0 0 ) 摘要：C F 7 4 5 4 转阀式动力转向器是广汽长丰汽车 ( 惠州)有限公司，根据日本K O Y O公司转向器样机 自主开发设计并制造的 循环球转阀式动力转向器 ， 力特性满足样机标准。根据猎豹汽车新车型开发配套及国产化要求，将 C F 7 4 5 4 转向器的力特性曲 线向豫 Z D Z 7 型转向器的力特性改进，以满足国产越野车手力特性的特殊要求。详细说明了该力特性曲线优化设计过程。 关键词：C F 7 4 5 4 ；动力 ； 力特性 ；曲线 优化 中图分类号：U 4 6 3 4 3 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 9 9 4 9 2 ( 2 0 1 4 ) 0 2 0 0 8 5 0 3 Op t i mi z a t i o n De s i g n o f CF 7 4 5 4 Ro t a r y Va l v e Ty p e Po we r S t e e r i n g Fo r c e Ch a r a c t e r i s t i c Cu r v e DE NG Xi a n g b i n ( G u a n g d o n g P r o v i n c e T e c h n i c i a n I n s t i t u e ，Hu i z h o u 5 1 6 1 0 0 ，C h i n a ) Abs t r a c t ：CF 7 4 5 4 v a l v e r o t a t i n g t y p e p o we r s t e e rin g g e a r i s a r e c i r e u l a t i n g b all v alv e rot a t i n g t y p e p o we r s t e e rin g d e s i g n e d a nd m a n u f a c t u r e d b y GA C C h a n g F e n g Mo t o r( H u i z h o u )C o ， L t d a c c o r d i n g t o t h e J a p a n e s e KO Y O c o mp a n y s t e e ri n g g e a r p r o t o t y p e ，i t s c h a r a c t e ris t i c s o f f o r c e c a n me e t t h e p r o t o t y p e s t a n d ard Ac c o r d i n g t o t h e r e q u i r e me n t s o f n e w c a r d e v e l o pme n t an d l o c a l i z a t i o n ，i mp r o v e d t h e c h a r a c t e ris t i c c u r v e o f CF 4 5 4 t o t h e Yu b e i ZDZ 7 t y p e s t e e rin g g e a r ，t o me e t t h e s p e c i al r e qu i r e me n t s o f d o me s t i c S UV c h a r a c t e ris t i c s o f f o r c e I n t h i s p a p e r ， a d e t a i l e d d e s c rip t i o n o f t h e f o r c e c h ara c t e r i s t i c e u i e o p t i mi z a t i o n d e s i gn p r o c e s s i s g i v e d Ke y wo r d s ：CF7 4 5 4；p o we r ；c u r v e ；f o r c e c h a r a c t e ri s t i c；o p t i mi z a t i o n 1 原理 如图 1 所示，动力转向系统由转向油罐、转 向油泵、转向管路、动力转向器组成。 转阀式结构的特点是 ，当无转向动作时，控 制阀处于常开中间位置 ，油通过控制阀直接回到 转 向油罐。当输入轴转 向时 ，由于转 向轴 ( 阀 芯)在外力的作用下克服扭杆弹性产生一个相对 阀套的角位移 ，使转阀每个台肩一侧油路全开， 另一侧全闭 。这样有更多的压力油被转阀切换 向 油路全开的一侧油腔 ，使活塞一侧产生推力 ，实 现助力转向。 转阀式动力转向器的设计，首先要满足的是 为用户提供不同要求的转向手力特性。动力转向 手力与输出载荷 ( 用工作油压代表 )的关系曲 线。典型的转向手力特性曲线如图2 所示。表示 了动力转向器随着转向手力增加输出载荷增大的 不同情况。在低输人手力和高输人手力时，两者 输出载荷增加的速度显著是不同的。 低输人手力区在设计时要求在直线行驶位置 附近，由于转向阻力较小，希望外助力作用增加 的小些，机械转向程度相对大些，使驾驶员在此 范围小角度转向时对地面阻力变化的感觉更直接 些；高输人手力是在大角度转向时，此时转向阻 力较 大 ，希 望外 助力大些 ，是驾驶员转 向轻便 ， 即此时输 出载荷明显增加。 2 设计要求 如图3 示 ，C F 7 4 5 4 转向器根据K O Y O转向器 样机设计制造，力特性曲线低输人手力区域小， 标准为1 M P a 扭矩3 4 N In，高输人手力区要求的 力矩值大，标准为4 9 M P a 扭矩4 5 5 5 N i n 。 豫北Z D Z 7 型转向器适合国产越野车匹配，低 输入手力区大，高输人手力区要求的力矩值小 ， 收稿E l 期：2 0 1 3 0 8 2 2 圜置 圈 邓湘滨：关于C F 7 4 5 4 转阀式动力转向器力特性曲线的优化设计 研究与 f V -_一阀槽数 。 由图4 可知 ，阀口实际为长方形薄壁孔 ，其 流量公式为 ： Q = 脚 ， 3 ( 2 ) 其中：6 孔 口瞬间宽度； 孑 L 口轴向长度； P _工作油压； 液压油绝对粘度 。 ( 1 )预开隙闭合前函数曲线 如 图 4 示 ，由于加 工为长坡 口的转 阀刃 口， 其破 口深度较浅，所以可以认为主要是预开隙形 成的薄壁孔阀口对流量的变化起作用。其阀口长 度为 ，瞬间宽度为b 。 b = A 一 ( 1 T 尺 1 8 0 ) ( 3 ) 其中： 一阀芯与阀体瞬间相对转角。 转阀式动力转向器性能的计算与分析主要是 针对力特性和灵敏度特性，二者曲线相似，只是 单位不同。输出量P 都以工作油压表示，输人量 可分别用转向手力矩 和转向轴转角嗾 示 ， 正比于 ，在系统无间隙的情况下两曲线完全相 似。 将式 ( 3 )代人式 ( 2 )得 ： P = 3 2 z Q w N W 2( A ： 一 ( 叮 T 1 8 o ) ( 4 ) ( 2 )预开间隙闭合后，阀刃口全部闭合前函 数曲线 如图5 示 ，此时破 口段节流 ： 6 =R c o s ( 0 ) - R ( 5 ) 其中： = + 中位时刃口角度，如图4 示； 一 阀芯与阀体瞬间相对转角； 0 c破 口角度 ； R 破 口偏心距 ； b 图5 预开隙闭合后阀刃口示意图 B+ l l r 将式 ( 5 )代入式 ( 2 )得 ： P = 3 2 4 z Q w NW ( R c o s( )一 R ) ( 6 ) 由式 ( 4 )和式 ( 6 )可预测 得出转 阀的灵敏 度 ( P 一 )曲线。 图 6 是按 上述参数计算 的不 同破 口角度 的灵 敏度曲线。 油 图6 不同刃口角度的曲线对比 3 2 扭杆直径 扭杆尺寸的确定主要取决于它的刚度，圆截 面扭杆弹簧扭矩计算公式如下： M= G d 4 I t 3 2 L ( 7 ) 其 中 ： 扭杆 两 端 作 用 力 矩( 转 向轴 扭矩 ) ； _ 扭杆剪切模量 ； 一 扭杆本体直径 ； 广 一 扭杆计算长度； 扭杆两端相对转角。 4 验证 原 C F 7 4 5 4的设计是 ，在刃 口上加工一个长破 口，形状为平面 ，角度 8 。 ，扭杆直径 5 6 5 m m； 现经过设计计算及验证 ，阀 口角度改为5 。 ，扭杆 直径中5 6 m m