液压助力转向机异响原理

石磊

一、前言

液压助力转向机介绍。动力转向系统按传递力的介质分主要有气压助力式、液压助力式及电动助力式。

液压助力式转向机主要结构形式是齿轮齿条式，分为两端输出式和中间输出式。其中齿轮和齿条配合间隙通过压块和压紧弹簧进行调节，调节压紧弹簧的预紧力不仅能够调节齿轮齿条的间隙，还可以吸收部分振动能量，缓和冲击。

液压助力转向机异响在用户使用过程中越来越多地被用户关注和抱怨，并且随着使用里程数增加，异响会越来越严重，甚至影响用户使用对安全的担忧，本文主要对液压助力转向机异响的原理和解决作一些探讨。

液压动力转向系统主要噪声源是动力转向泵，动力转向机及液压系统油压脉冲。以下主要对液压动力转向机和液压系统噪音原理进行讨论。

二、液压助力转向机异响原理

（一）液压助力转向机异响分为机械部分和液压部分异响

异响主要发生在颠簸路面车辆上下振动时，零件配合间隙之间产生振动或者共振，以及液压系统液流异响或者液流冲击异响通过车身传递到驾驶仓或者方向盘，使用户有明显感知零件松旷感觉。

机械部分异响：液压助力转向机由内部机械零件配合之间产生的振动异响，此间隙是提供机械运动和滑动要求所必需的设计间隙，同时提供润滑油道和油膜增加机械零件磨损寿命。以下是异响主要影响零件和产生异响的零件主要参数。

转向横拉杆球销。转向横拉杆球销作用：方向盘自由转动的扭矩通过转向管柱传递到转向机，转向机通过齿轮齿条的传动，将方向盘的圆周运动转化为左右直线运动，并通过转向横拉杆球销将力和运动传递到转向节，最终使二侧转向轮偏转以实现汽车转向。轮胎与地面的振动能量也通过横拉杆传递给转向机。

启动扭矩反映球头内部零件配合间隙状态和润滑状态，良好的球销配合间隙和润滑状态能够有效降低转向机的噪音。

横拉杆还可以用于调节前轮前束的作用。

转向机内球头。通过调整内外球头的间隙和润滑性能，控制启动扭矩主要参数，达到兼顾控制球头异响和提高零件使用寿命。间隙过大，容易产生振动异响，间隙太小，球头磨损严重，寿命降低。

球头销内部有机构保证零件磨损后能够消除间隙，机构有弹簧或楔形块二种。

齿条与衬套配合。齿条与衬套配合间隙设计是为了提供齿条的左右移动支撑和良好的润滑。较大的配合间隙将造成转向机的振动噪音。

齿轮传动压块配合。齿轮传动压块的间隙设计是保证转向机左右移动正常工作主要参数，转向机出厂前需要严格控制和测量的主要参数，主要测量配合间隙和齿条移动力，也是用户使用过程中作用在方向盘上扭力感知质量的主要参数。间隙过大，移动力小，易产生振动异响，同时造成转向自由行程过大；间隙太小，移动力大，不易产生异响。转向最大自由行程控制在左右转动各不得超过15度。

转向机的齿轮啮合间隙控制机构由补偿弹簧和压块组成，当齿轮和齿条有磨损，或者齿条轴与衬套间隙过大，必然产生较大的齿轮间隙，通过补偿弹簧的预紧力压块，以保证齿轮齿条始终处于最佳啮合状态。从而使方向盘无明显的自由行程，提高转向操控灵敏度，以降低机械振动异响。

转向控制阀。转阀由阀体、阀套、阀芯、扭力杆及密封圈等组成。转阀功用是根据驾驶员的转向动作控制液流方向，从而不产生转向助力或产生正确方向的转向助力。此外，转向控制阀还具有转向维持功能，即当驾驶员转动方向盘并保持在某一角度时产生与转向回正力矩相适应的转向助力。转阀性能不良，会造成异响。

（二）液压部分异响

液压系统缺油或者空气混入。液压系统缺油或者空气混入均会造成转向泵工作异常，产生气阻，从而产生异响。所以发现异响首先需要检查液位和液压系统排除空气。

液压冲击。液压冲击转向进出油管。油管分高压油管和回油低压油管，由硬管和柔性软管组成，良好的材料设计使其具有消除噪声、吸振等功能。制作材料一般采用强化合成橡胶，高压油管耐压力应达到15MPa。油管耐高温达到480度，允许有少许膨胀以吸收油压脉动压力变化。

回油管通过小内径限制回油流量，使油泵背压保持恒定，降低噪音。

当动力转向系统发出呻吟（MOAN）噪声和颤抖（SHUDDER）噪声时，采取调谐压力油管方法有效降低这种噪声。

液压系统回油压力。回油压力过高将引起液压系统油压压力脉动幅度增大，从而使机械部件共振产生共振异响。

三、转向机异响解决

（一）机械部分

某款车型用户行驶在碎石路，发现发动机舱前下部位类似机械松动振动异响，首先检查底盘零件连接螺栓扭矩，及横拉杆是否松动，必要时更换横拉杆球头。横拉杆球头启动扭矩控制在5～7NM。

如果振动异响来源于转向机本体，通过调节齿轮传动压块调整螺丝，使间隙控制在0.01～0.06mm左右。

以上措施无法改善异响问题，可以调整齿条与衬套间隙配合，控制间隙在0.03mm左右，异响有所改善。

（二）液压部分

某款车型转向机异响通过改进机械配合间隙，仍然无法彻底解决问题，需要对液压系统作进一步分析。

第一步，调查转向液壶中的液位保持正常，转向液壶过滤网和通气孔没有堵塞，转向液没有混入空气产生乳状泡沫。

第二步，检查回油管内油压。在回油管中外接一个三通接头，装配一个压力传感器，测量油压，发现异响车辆回油压力大于30bar，对比正常车辆油压测量结果低于10bar。

通过传感器数据分析油压波动和异响之间的关联，发现油压异常波动时，异响的数据也发生突变。

接下来改进方案是如何降低回油管压力，首先采用回油软管代替硬管，降低回油压力脉冲，有一定改善效果。其次，在回油管内加入节流阀，降低回油压力。通过压力测量和噪音测量结果，彻底改善了噪音性能。

为选择最佳的节流阀尺寸，挑选不同规格零件进行试验和检测，选择四种节流阀尺寸，直径2.5mm，3.0mm，3.5mm和4.0mm，直径偏小，容易产生节流噪声，并使油温升高，直径偏大，效果不明显。最后经多次试验，选定直径3.5mm的节流阀。

液压助力转向机异响问题是一个综合性问题，可以定义三种不同噪声，即空气传播的噪声（ABN）；第二种是机械结构振动产生的噪音（SBN），往往是ABN的直接原因；第三种是液体传播的噪声（FBN），即液压油中的压力波动，往往是SBN的主要原因，而SBN又引起ABN。所以解决异响问题既可以调整机械配合间隙。同时调整液压系统压力，使二方面都控制在最佳状态，才能彻底解决振动噪声问题。