循環(huán)球動(dòng)力轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)閥特性的設(shè)計(jì)技術(shù)

1、.循環(huán)球動(dòng)力轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)閥特性的設(shè)計(jì)最新突破根據(jù)汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)專題講座的要求本講：是循環(huán)球動(dòng)力轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)，是以轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)為主的動(dòng)力轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)、工作原理、設(shè)計(jì)要求（重點(diǎn)闡述轉(zhuǎn)閥閥口對(duì)力特性的影響）、參數(shù)選擇計(jì)算；主要零件的工藝過(guò)程材料等；與整車的匹配選型等。共4小時(shí)。我想在這個(gè)時(shí)間里盡量照顧重點(diǎn)，把重點(diǎn)的講了其余沒時(shí)間講那也沒關(guān)系。因?yàn)槲覈?guó)的動(dòng)力轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)這些年來(lái)已有長(zhǎng)足的進(jìn)步，已具有較豐富的經(jīng)驗(yàn)，有些設(shè)計(jì)已是程式化了。根據(jù)整車廠的要求，或自行開發(fā)某種用戶特殊要求的動(dòng)力轉(zhuǎn)向器已不成問(wèn)題。但現(xiàn)在世界上動(dòng)力轉(zhuǎn)向器發(fā)展也相當(dāng)快，品種繁多，總的趨勢(shì)是輕量化、小型化，隨著工藝裝備、試驗(yàn)設(shè)備、材料的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)的廣

2、泛應(yīng)用，產(chǎn)品越來(lái)越合乎用戶的要求，零部件越做越精致，有的已做得像工藝品似的。這些似乎也難不到我們，在國(guó)外有的新品種出現(xiàn)不久，我們也開發(fā)出來(lái)了。從圖樣到實(shí)物乍一看都差不多，但在設(shè)計(jì)、制造上的還存在著不少的軟肋，還有些問(wèn)題我們還沒弄清楚。譬如說(shuō)那幾個(gè)尺寸是保證路感的，那個(gè)尺寸變大、變小了路感會(huì)變強(qiáng)、變?nèi)酰窟@是轉(zhuǎn)向器的重要特性之一，設(shè)計(jì)者理應(yīng)說(shuō)得清，但你沒做過(guò)這方面的試驗(yàn)、研究，是說(shuō)不清楚的，即便做過(guò)這方面的試驗(yàn)、研究，從我國(guó)目前的水平看（包括制造、試驗(yàn)等等）很多問(wèn)題也只能說(shuō)清楚一部分。因此我感到這次專題講座的組織者選題很正確，把轉(zhuǎn)閥特性設(shè)計(jì)列為重點(diǎn)。所以把時(shí)間側(cè)重放在這方面應(yīng)該說(shuō)也是對(duì)的，而且在這

3、點(diǎn)時(shí)間里還要揀最要緊的講，否則來(lái)不及。我在這幾年在轉(zhuǎn)閥特性方面做了些工作，試驗(yàn)做了不少，包括實(shí)際試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)，因?yàn)樗袔缀瘟康膯?wèn)題又有物理量的問(wèn)題。因此搞的最后結(jié)果，現(xiàn)在回過(guò)頭來(lái)看看只能說(shuō)，在沒有其它辦法時(shí)，這也算是個(gè)辦法，在建仿真程序時(shí)還是比較煩的，還需尋求更為簡(jiǎn)便的辦法。即便這樣我也愿意把這些研究介紹給大家和大家一起討論，因?yàn)槲覈?guó)在轉(zhuǎn)閥特性的設(shè)計(jì)計(jì)算方面在很多方面與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定的差距，至少在公開報(bào)道的成果和發(fā)表的論文中看到的是這樣，因此很需要集思廣益，像今天這樣的形式很好，我愿意向大家拋磚，通過(guò)大家的交流集思廣益肯定會(huì)對(duì)我國(guó)汽車轉(zhuǎn)向?qū)W會(huì)在一些學(xué)術(shù)上面的不斷提高有所幫助，這也

4、是我的心愿。1轉(zhuǎn)閥的結(jié)構(gòu)、工作原理 現(xiàn)在的汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的控制閥，幾乎全都采用轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)?；y結(jié)構(gòu)已基本被其取代。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，由一個(gè)流量為常數(shù)的油泵和一個(gè)常流式（即常開在中心點(diǎn)的）轉(zhuǎn)閥。 轉(zhuǎn)閥用來(lái)控制流量和方向?yàn)檗D(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)生轉(zhuǎn)向時(shí)所需的助力。轉(zhuǎn)閥有三個(gè)主要的零件在轉(zhuǎn)向器中的位置如圖 1、3所示。一個(gè)閥芯,一個(gè)閥套和一個(gè)扭桿。三個(gè)主要零件閥芯、閥套、扭桿在轉(zhuǎn)閥細(xì)部結(jié)構(gòu)中的位置及其具體結(jié)構(gòu)如圖 2、4所示。圖1美國(guó)trw公司hfb50型動(dòng)力轉(zhuǎn)向器閥芯、閥套、扭桿圖 2閥芯、閥套、扭桿在trw轉(zhuǎn)閥細(xì)部結(jié)構(gòu)中的位置圖 3 delphi automotive systems德爾福汽車系統(tǒng)薩基諾sagin

5、aw gm808動(dòng)力轉(zhuǎn)向器閥芯、閥套、扭桿圖 4 薩基諾saginaw gm動(dòng)力轉(zhuǎn)向器閥芯、閥套、扭桿的具體結(jié)構(gòu)圖56轉(zhuǎn)向器中的油缸a、油缸b的位置（右轉(zhuǎn)）圖5 轉(zhuǎn)閥的橫截面(左轉(zhuǎn))圖6 轉(zhuǎn)閥的橫截面(右轉(zhuǎn))輸入軸在外力的作用下將克服扭桿彈性產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)閥套的角位移,使轉(zhuǎn)閥每個(gè)臺(tái)肩一側(cè)油路漸開,另一側(cè)油路漸閉,這樣在轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸的a、b腔就會(huì)產(chǎn)生壓力差,從而推動(dòng)齒條活塞運(yùn)動(dòng),起到轉(zhuǎn)向助力作用。如圖 5、6所示。當(dāng)輸入軸在朝左轉(zhuǎn)方向逐漸減小的閥孔口、縫隙，使油液壓向a腔。推動(dòng)齒條活塞帶動(dòng)搖臂軸、垂臂、橫直拉桿、轉(zhuǎn)向梯形、節(jié)臂使前輪作左轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，b腔回油；當(dāng)輸入軸在朝右轉(zhuǎn)方向逐漸減小的閥孔口、縫隙，使

6、油液壓向b腔。推動(dòng)齒條活塞帶動(dòng)搖臂軸、垂臂、橫直拉桿、轉(zhuǎn)向梯形、節(jié)臂使前輪作右轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，a腔回油。 2轉(zhuǎn)閥式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)靈敏度特性曲線和手力特性曲線轉(zhuǎn)閥式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器性能計(jì)算主要是用于對(duì)助力曲線即轉(zhuǎn)向手力特性和轉(zhuǎn)向靈敏度特性兩種特性曲線的分析和預(yù)測(cè)。轉(zhuǎn)閥的助力油壓對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)向手力矩構(gòu)成為手力特性曲線；它也可對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)角構(gòu)成靈敏度性能曲線。因?yàn)榕U本身是一個(gè)線性扭簧, 所以這兩條曲線呈比例關(guān)系。但轉(zhuǎn)向手力矩?zé)o論用何種結(jié)構(gòu)、方法,都應(yīng)包括摩擦的附加變量 ,即在測(cè)試時(shí)表現(xiàn)為滯后現(xiàn)象。在研究分析轉(zhuǎn)閥性能時(shí)，應(yīng)注意兩種性能曲線的差別。轉(zhuǎn)閥式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)靈敏度特性曲線如圖7所示。轉(zhuǎn)向靈敏度曲線橫坐標(biāo)單位為轉(zhuǎn)角

7、（）；圖 7靈敏度曲線-p(1:1)轉(zhuǎn)向手力特性曲線橫坐標(biāo)的單位為(n.m)，兩特性曲線縱坐標(biāo)單位均為壓力（mpa）。圖 8手力特性曲線m-p(1:1)圖 9扭桿直徑對(duì)手力特性曲線m-p(0.7:1)的影響圖9a一臺(tái)轉(zhuǎn)向器同時(shí)打出靈敏度曲線-p(1:0.7),手力特性曲線m-p(1:0.7)試驗(yàn)曲線由于在特性曲線的分析、預(yù)測(cè)中，不可能事先把每臺(tái)機(jī)的扭桿剛度都測(cè)量過(guò)，但可由試驗(yàn)曲線上獲知，如上圖（某新臺(tái)架試驗(yàn)曲線）知實(shí)測(cè)試驗(yàn)記錄紙靈敏度曲線-p手力特性曲線m-p在相同的油壓的手力nm與度數(shù)換算系數(shù).當(dāng)p=3.0時(shí), 系數(shù) khm_ =3.5/4.75866nm=0.7355則扭桿剛度為hmk0

8、= 1 / 0.7355=1.3596193nm/度。3動(dòng)力轉(zhuǎn)向器靈敏度特性曲線和手力特性曲線的計(jì)算現(xiàn)在我們分析轉(zhuǎn)閥性能時(shí)都是采用的如下的理論計(jì)算，對(duì)于中頓位以上的商用車這種計(jì)算與實(shí)際比較接近。我們計(jì)算分析轉(zhuǎn)閥性能時(shí)都是采用的如下的理論計(jì)算:理論計(jì)算時(shí)必要的假設(shè)： (1)轉(zhuǎn)向器齒條活塞設(shè)定為不動(dòng)； (2)不考慮沿途的壓力損失； (3)不考慮轉(zhuǎn)向器的內(nèi)泄漏；(4)無(wú)加工誤差；(5)不計(jì)轉(zhuǎn)向手力。 我們從2001年就開始編程計(jì)算，如對(duì)某動(dòng)力轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)閥的靈敏度特性曲線和手力特性曲線的計(jì)算如圖 10所示。 圖 10.0某動(dòng)力轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)閥的靈敏度特性曲線的計(jì)算 某動(dòng)力轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)閥的靈敏度特性曲線的計(jì)算結(jié)果預(yù)

9、開隙：0.295；：a1坡口寬 ： 0.7375；2 坡口總角： 4.17978；1 預(yù)開隙角：1.2138；1p：0.11495 mpa2-1p角： 3.17；2-1p；0.9027mpa；2-1hm：4.7233nm2-2p角： 3.82：2-2p 6.9 mpa； 2-2hm:5.6918 nm2-3p角： 3.919：2-3p： 13.077 mpa：2-3hm:5.8393nm圖 10.1某轉(zhuǎn)閥的靈敏度特性曲線-p(1:1),手力特性曲線m-p(1:1)的計(jì)算現(xiàn)在以普遍反映較好的中等長(zhǎng)度坡口(坡口也稱其為刃口或楞邊)的轉(zhuǎn)閥為例。我們常用的計(jì)算方法是畢大寧老師1998寫的“汽車轉(zhuǎn)閥式動(dòng)

10、力轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用”一書中的“性能計(jì)算與預(yù)測(cè)”那章節(jié)里的公式來(lái)計(jì)算的。 以此為數(shù)學(xué)模型編成程序來(lái)計(jì)算。如中等長(zhǎng)度坡口轉(zhuǎn)閥如圖11所示，坡口(刃口) 的橫截面如圖12所示。 設(shè)閥芯半徑為r,預(yù)開隙寬度為a2 ,其軸向長(zhǎng)度為w2, 中等長(zhǎng)度坡口軸向長(zhǎng)度w為w2的6545%，坡口楞邊，為一段很窄的圓弧，其圓弧半徑為r2 。轉(zhuǎn)閥的預(yù)開隙或坡口形成的截面形狀均為長(zhǎng)方形；長(zhǎng)方形薄壁孔的流量公式，可從圓管流量公式導(dǎo)得，只是將長(zhǎng)方形的水力直徑代替了圓管直徑。由于長(zhǎng)方形的長(zhǎng)寬比很大，所以長(zhǎng)方形的水力直徑可取近似， 圖11中等長(zhǎng)度坡口(刃口)圖12坡口(刃口) 的橫截面圖13坡口楞邊的幾何計(jì)算圖中：r為閥芯半徑

11、；r2為坡口楞邊（刃口）半徑；a1為坡口楞邊寬度；a2為預(yù)開隙寬度；l2為偏心距；為閥槽邊角；v為楞邊寬角；1為預(yù)開隙夾角；2為預(yù)開隙角1與楞邊寬角v之和；c 為閥槽寬半角；v閥臺(tái)肩寬半角；jxv為偏心圓與閥芯圓間隙;qe=q/n （mm3/s） （1）式中q通過(guò)轉(zhuǎn)閥的總流量（mm3/s）；n同時(shí)工作的閥口數(shù)以上是單個(gè)預(yù)開隙全開時(shí)的流量。單個(gè)預(yù)開隙形成的長(zhǎng)方形薄壁孔即單個(gè)閥口的流量qe公式為： （mm3/s） (2)式中a2預(yù)開隙寬度(mm)；（a2 w2 ）w2預(yù)開隙長(zhǎng)度(mm)；p工作油壓（mpa）;液壓油絕對(duì)粘度(pas) = 式中運(yùn)動(dòng)粘度,30d液壓油為302 /s 液體密度,30d

12、液 壓 油 為900kg/m3 所以： =0.027 ps 。預(yù)開隙孔口瞬間寬度 = a 2 r /180 其中:為閥芯與閥體瞬間相對(duì)轉(zhuǎn)角 轉(zhuǎn)閥從中性位置到一側(cè)間隙閉合經(jīng)過(guò)兩個(gè)階段：（一），當(dāng)轉(zhuǎn)向器輸入軸即轉(zhuǎn)閥的閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)預(yù)開隙由全開到變小到接近閉合，即輸入軸轉(zhuǎn)角為時(shí)（見圖11）。此時(shí)可認(rèn)為由預(yù)開隙閉合程度形成閥口的大小，對(duì)流量變化起作用。此時(shí)閥口的的瞬間寬度為b () (3)式中a2預(yù)開隙寬度；輸入軸的轉(zhuǎn)角（度）；r閥芯半徑；將（2）、（3）代入（1）得 () (4)（二），當(dāng)閥芯繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)預(yù)開隙閉合后，在坡口楞邊閉合前即輸入軸的轉(zhuǎn)角范圍為12時(shí)。b為閥口的的瞬間寬度(當(dāng)轉(zhuǎn)角為時(shí))。 在o1o

13、c 由余弦定理cbv2= ( r2 +b) 2= l 2 2+r2-2 l2 r cos(+) 所以 (5)將上式代入得 (12) (6)n同時(shí)工作的閥口數(shù)上式就是我們用來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)向靈敏度特性-p的常用的計(jì)算公式。4我們?yōu)槭裁匆獙?duì)轉(zhuǎn)閥特性進(jìn)行研究 從德爾福公司（delphi）的技術(shù)資料中知，當(dāng)時(shí)他們?yōu)榱藴p少轉(zhuǎn)閥的噓叫噪聲，在改進(jìn)轉(zhuǎn)閥中采用了現(xiàn)在廣為采用的坡口楞邊的這種結(jié)構(gòu)要素。而在消除了轉(zhuǎn)閥噓叫噪聲的同時(shí)并獲得了更好的柔和特性。我們今天對(duì)它性進(jìn)行研究，主要是為了在設(shè)計(jì)時(shí)能預(yù)知是否滿足設(shè)計(jì)要求，如能否達(dá)到國(guó)家、行業(yè)規(guī)定的一些標(biāo)準(zhǔn)如qc/t3051999汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制閥總成技術(shù)條件中，如規(guī)定路感強(qiáng)

14、度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，即路感強(qiáng)度是由生產(chǎn)廠的設(shè)計(jì)要求中加以規(guī)定，如某專業(yè)生產(chǎn)廠的設(shè)計(jì)要求為路感強(qiáng)度 e=10.33（用斜率表示）;或4515（用角度表示）。預(yù)計(jì)我們所設(shè)計(jì)圖樣上的參數(shù)能否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。在汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制閥總成技術(shù)條件中，有些要求是對(duì)制造方面的要求如曲線的對(duì)稱性、內(nèi)泄漏等。有些要求是對(duì)設(shè)計(jì)要求的如路感強(qiáng)度、最大油壓的轉(zhuǎn)角（手力）等。像路感強(qiáng)度以往主要在設(shè)計(jì)制造之后靠試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)改進(jìn)控制閥。如果計(jì)算能提供比較正確的路感強(qiáng)度等，那就可把正確的尺寸要素確立在轉(zhuǎn)閥制造之前。但這些年來(lái)大家一直在研究如何把這預(yù)知能夠更準(zhǔn)確些而在努力。因?yàn)橹两裎覀儗?duì)這些問(wèn)題的預(yù)知并不精確也沒充分的掌握。如我們搞電液

15、轉(zhuǎn)向（echps）,譬如電磁閥與轉(zhuǎn)閥匹配要求轉(zhuǎn)閥特性能滿足如下圖14的曲線具有的性能。圖14在電磁閥參與下高車速和零車速的手力特性曲線即高車速的最大手力為8nm和到零車速的最大手力為6.5nm，這些要求是對(duì)轉(zhuǎn)閥的要求，因此可以說(shuō)電液轉(zhuǎn)向的良好性能也必需建立在轉(zhuǎn)閥具有良好的手力特性基礎(chǔ)上。5轉(zhuǎn)閥在制造方面的相關(guān)問(wèn)題要研究轉(zhuǎn)閥的特性，必需對(duì)轉(zhuǎn)閥在制造方面的相關(guān)問(wèn)題，如磨削、測(cè)量的問(wèn)題有所了解，如在設(shè)計(jì)圖樣上是以圖13上的坡口楞邊的幾何尺寸來(lái)標(biāo)定圖樣的，如坡口楞邊的尺寸寬度a1、長(zhǎng)度w是可測(cè)量的，它的正確充分條件至少是r、r2、l2也要正確，但后面這些尺寸在制造中除了閥芯半徑r是可測(cè)量之外，其余兩個(gè)

16、尺寸如坡口楞邊（刃口）半徑r2、偏心距l(xiāng)2是沒法測(cè)量的，這些尺寸是由凸輪磨床上的靠模輪的幾何形狀精度、尺寸精度來(lái)保證的，一般把r2為坡口楞邊（刃口）半徑做成定數(shù)，把偏心距l(xiāng)2在磨削過(guò)程中它是變數(shù)它還包括進(jìn)刀深淺的因素。當(dāng)閥芯半徑r一定時(shí)，偏心距l(xiāng)2小，坡口楞邊的尺寸寬度a1就短；偏心距l(xiāng)2大；坡口楞邊的尺寸寬度a1就長(zhǎng)。靠模輪的外形一般在大徑約130180左右，而閥芯直徑一般在1828左右，采用以靠模的外形大徑幾何相似原理來(lái)確保閥芯上小徑的精準(zhǔn)，如果說(shuō)r、r2、l2是正確的，當(dāng)凸輪磨床加工的坡口楞邊的寬度尺寸a1才會(huì)附合要求，應(yīng)該說(shuō)此時(shí)的坡口楞邊的幾何形狀也是正確的。如果說(shuō)r、r2、l2不是正

17、確，即閥芯半徑r不正確或靠模輪不能保證；凸輪磨床在磨削進(jìn)刀上進(jìn)行控制也能使寬度尺寸a1可以在要求范圍內(nèi)但其坡口楞邊的幾何形狀就不符合要求。在實(shí)際生產(chǎn)中閥芯半徑r，因?yàn)樗c閥套要選配的所以精度等級(jí)高，公差帶一般都在左右，在實(shí)際生產(chǎn)上還都能控制在范圍內(nèi)。所以靠模輪很重要是保證坡口楞邊的幾何尺寸、幾何形狀的關(guān)鍵。一般廠家在實(shí)際生產(chǎn)中轉(zhuǎn)閥的幾個(gè)最終尺寸都設(shè)有管理點(diǎn)，如果你要做幾組坡口楞邊尺寸寬度a1、長(zhǎng)度w的閥芯做試驗(yàn)是很容易做到的。但目前由于在生產(chǎn)中楞邊寬度難以精確檢測(cè)、控制，因此目前轉(zhuǎn)閥性能曲線的離散比較大。6在已知坡口楞邊尺寸寬度a1反算偏心距變量_l2因?yàn)樘峁┑囊慌嚇?，是各種不同坡口楞邊的尺

18、寸寬度a1、長(zhǎng)度w組合。除了每個(gè)樣件都組裝進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)評(píng)價(jià)分析外，還要在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。因?yàn)橛芍圃焐闲纬善驴诶氵叺某叽鐚挾萢1是反映的是偏心距l(xiāng)2 的函數(shù)，所以要從已知a1來(lái)求它相應(yīng)的的偏心距l(xiāng)2或偏心距變量_l2，其主要構(gòu)成成分就是磨削進(jìn)給量。采用編程反算偏心距l(xiāng)2，已是我們作分析試驗(yàn)的常用方法，如對(duì)某動(dòng)力轉(zhuǎn)向器反算其轉(zhuǎn)閥的坡口程序計(jì)算數(shù)據(jù)記錄，在實(shí)測(cè)到的坡口寬度a1=0.6940.988，的偏心距變量_l2（包含磨削進(jìn)給量）都在數(shù)據(jù)記錄可查。 -gm擬坡口程序計(jì)算數(shù)據(jù)記錄- 提供擬合坡口寬程序軟件 ;版本號(hào):gm擬坡口寬2/2005-11-27/08-10-13/17:

19、40 版本特征:為3401gm試驗(yàn)樣號(hào)051009001-051009013楞邊寬度0.694.988 輸入基本參數(shù) 閥徑d=28.5 槽數(shù)n=6輸出計(jì)算參數(shù)：序號(hào), 偏心距變量_l2, 楞邊寬a11 -.0060874 .98801631.25 -.0061124 .98786371.5 -.0061424 .98768061.75 -.0061774 .98746682 -.0062174 .9872226 2.25 -.0062624 .9869482.5 -.0063124 .98664262.75 -.0063674 .98630683 -.0064274 .9859404 序號(hào),

20、偏心距變量_l2, 楞邊寬a1 21 -.0448874 .745356121.25 -4.584365e-02 .739222221.5 -4.681115e-02 .733008121.75 -.0477899 .726713822 -.0487799 .720338822.25 -4.978115e-02 .713882822.5 -5.079365e-02 .707345622.75 -.0518174 .7007267 23 -.0528524 .6940259 如沒有計(jì)算機(jī)作這一步選擇，往下就很難進(jìn)行。7在幾組坡口楞邊尺寸寬度a1、長(zhǎng)度w的閥芯做臺(tái)架試驗(yàn)與計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)篩選 通過(guò)一

21、系例臺(tái)架試驗(yàn)與計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)篩選，以下列舉優(yōu)秀的某實(shí)樣：某實(shí)樣臺(tái)架試驗(yàn)手力特性曲線如圖15所示?？v橫坐標(biāo)比例為2：1。圖15 某實(shí)樣臺(tái)架試驗(yàn)手力特性曲線m-p (1:2)（路感計(jì)算時(shí)在1:1的條件下，即按數(shù)據(jù)計(jì)算）圖16 某實(shí)樣計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)手力特性曲線m-p (1:2) （黑）靈敏度曲線-p(1:1) （紅） 計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)手力特性曲線（黑）靈敏度曲線（紅）數(shù)據(jù)如下：-程序計(jì)算數(shù)據(jù)記錄報(bào)告- 程序名稱/編制日期/修改日期:原型曲線評(píng)價(jià)02/2005-11-27/08-10-15;20:10 程序摘要:轉(zhuǎn)閥試驗(yàn)樣號(hào): 002,單側(cè)楞邊平均寬度0.768、楞邊長(zhǎng)度9 (紅)曲線為靈敏度曲線;(黑

22、)曲線為手力特性曲線 先導(dǎo)程序:漸變阻尼07,gm擬坡口寬2程序, -基本參數(shù)計(jì)算- (a01)楞邊(軸槽坡口)長(zhǎng) w=9 (a02)偏心距變量_l2 =-.0464314 (a1)偏心距l(xiāng)2=9.9535686 (a2)偏心圓間隙jxv= .4035686 (a3)閥半徑r=14.25 (a4)楞邊半徑r2=23.8 (1)幾何預(yù)開隙a2 =.21 (4)預(yù)開隙角1=.8639265 (5)1+v之和2= 3.944504 (6)楞邊寬角v= 3.080578 (7)楞邊寬a1=.7660764 (8)r2+bm=cbv= 23.90806 (9)中間過(guò)程間隙bm= .1080563 扭桿剛

23、度hmk=1.304058 按實(shí)計(jì)算值,路感特性最佳角=45 (載荷以油泵最大輸出油壓載荷13mpa)路感特性的1/4載荷lgps = 3.25 回正力,8%載荷hzp=.033865 -評(píng)價(jià)要求- 1，當(dāng)接近(載荷以油泵最大輸出油壓載荷)路感特性的1/4載荷lgps3.25 路感特性角gd=4515 2，最大輸出載荷13mpa時(shí),手力hm不大于52nm -轉(zhuǎn)閥手力特性的計(jì)算- 楞邊寬a1 =.7660764 楞邊長(zhǎng)w = 9 , 油壓p, 手力hm, 間隙b, 路感g(shù)d .01 .0375997 1.304058e-02 .2375676 gd=26.11972 .11 4.556867e-

24、02 .1434464 .2157974 gd=5.932883 .21 5.595234e-02 .2738522 .1947468 gd=7.711465 3.073925 2.043414 4.008576 3.222562e-02 gd=30.51674 3.083925 2.090189 4.021616 .031863 gd=31.38225 3.093925 2.138612 4.034657 3.150021e-02 gd=32.27096 3.103925 2.188762 4.047698 3.113725e-02 gd=33.18392 3.113925 2.240723

25、 4.060738 .0307741 gd=34.1216 3.123924 2.294583 4.073779 3.041078e-02 gd=35.08286 3.133924 2.350436 4.086819 3.004729e-02 gd=36.06799 3.143924 2.408381 4.09986 2.968362e-02 gd=37.07637 3.153924 2.468525 4.1129 2.931978e-02 gd=38.10729 3.163924 2.530982 4.125941 2.895576e-02 gd=39.16201 3.173924 2.59

26、5871 4.138981 2.859156e-02 gd=40.23776 3.183924 2.663322 4.152022 2.822719e-02 gd=41.33466 3.193924 2.733469 4.165062 2.786265e-02 gd=42.45087 3.203924 2.806461 4.178103 2.749792e-02 gd=43.58723 3.213924 2.882454 4.191144 2.713303e-02 gd=44.74073 3.223924 2.961614 4.204184 2.676795e-02 gd=45.91049 3

27、.233924 3.044122 4.217225 .0264027 gd=47.09519 3.243924 3.130166 4.230266 2.603729e-02 gd=48.29204 3.253924 3.219956 4.243306 2.567169e-02 gd=49.50173 3.263924 3.313713 4.256347 2.530591e-02 gd=50.72008 3.273924 3.411672 4.269387 2.493996e-02 gd=51.94573 3.283924 3.514088 4.282428 2.457385e-02 gd=53

28、.17607 3.293924 3.621241 4.295468 2.420754e-02 gd=54.41076 3.303924 3.733425 4.308509 2.384107e-02 gd=55.64534 3.313924 3.850962 4.321549 2.347442e-02 gd=56.87875 3.323924 3.974199 4.33459 2.310759e-02 gd=58.10821 3.333924 4.103508 4.347631 2.274059e-02 gd=59.33086 3.343924 4.239301 4.360671 2.23734

29、2e-02 gd=60.54617 3.353924 4.382018 4.373712 2.200606e-02 gd=61.75026 3.573924 11.01491 4.660604 1.387998e-02 gd=82.28907 3.583924 11.62889 4.673645 .0135086 gd=82.88085 3.593924 12.29599 4.686685 1.313705e-02 gd=83.44256 3.603924 13.02257 4.699726 .0127653 gd=83.97526 3.613924 13.81586 4.712766 .01

30、23934 gd=84.47865 符合電液轉(zhuǎn)向（echps）,電磁閥與轉(zhuǎn)閥匹配要求，零車速的最大手力小于6.5nm的要求。8計(jì)算的曲線與實(shí)測(cè)的曲線差別8.1實(shí)測(cè)的曲線存有系統(tǒng)的背壓由圖15中看出實(shí)測(cè)的手力特性曲線和圖16中計(jì)算的曲線，一開始就存在很大的差別。這是因?yàn)閷?shí)測(cè)的手力特性曲線一開始階段就存有背壓，因?yàn)檗D(zhuǎn)閥是一個(gè)具有多層次節(jié)流作用的閥，如進(jìn)、出油孔和預(yù)開隙、坡口縫隙等，在眾多環(huán)節(jié)中那個(gè)節(jié)流作用最大，（不僅流通的面積對(duì)其有影響而且流通的幾何形狀對(duì)其也有很大的影響）所以即便輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使預(yù)開隙略有關(guān)小，如果此時(shí)略微關(guān)小了的閥口液流面積但其節(jié)流作用還沒有進(jìn)、出油孔節(jié)流作用大時(shí)。（在閥套上進(jìn)、

31、出油孔通往前、后兩油缸的；因閉合側(cè)變更而使進(jìn)、出油孔的進(jìn)入油缸或從油缸中出來(lái)的進(jìn)、出油作用互為交替）。只要閥口節(jié)流作用還沒進(jìn)、出油孔的節(jié)流作用大時(shí)，在此時(shí)轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)的一個(gè)區(qū)域乃為不靈敏區(qū)。在qc/t3061999汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制閥總成臺(tái)架試驗(yàn)方法和qc/t5292000汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向器總成臺(tái)架試驗(yàn)方法都有規(guī)定：即測(cè)出兩個(gè)方向進(jìn)油口增加0.1mpa的輸入端轉(zhuǎn)過(guò)的角度。稱此角度為自由間隙或不靈敏區(qū)。（以往的5噸車動(dòng)力轉(zhuǎn)向器不靈敏區(qū)約在這范圍）在qc/t3051999汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制閥總成技術(shù)條件和qc/t5302000汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向器總成技術(shù)條件中規(guī)定自由間隙應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。即符合專業(yè)制造廠的設(shè)計(jì)要求

32、，并沒有統(tǒng)一的要求。而現(xiàn)在的動(dòng)力轉(zhuǎn)向器都在往縮小體積方向努力；因此轉(zhuǎn)閥也越來(lái)越小，有的出油孔直徑只有2.53.5mm。在預(yù)開隙的開始閉合時(shí)正處于低雷諾數(shù)層流流動(dòng)狀態(tài)，由圖17知當(dāng)雷諾數(shù)在= 10附近，流量系數(shù)cd的變化是較大的。出油孔的液流面積和管狀通道對(duì)油液的實(shí)際的節(jié)流作用比預(yù)開隙處大，所以即使當(dāng)預(yù)開隙略有關(guān)小，當(dāng)還沒出油孔的節(jié)流作用大時(shí)時(shí)，預(yù)開隙的關(guān)小并不對(duì)系統(tǒng)的油壓有何變化，便形成不靈敏區(qū)，這也造成常流式系統(tǒng)存有一定的背壓約在0.8mpa左右，使不靈敏區(qū)角度也變得較明顯，本例在0.650.73范圍內(nèi)。雖然符合專業(yè)生產(chǎn)廠的設(shè)計(jì)要求。但與常規(guī)計(jì)算手力特性曲線就有差別。因?yàn)槌Ｒ?guī)計(jì)算不考慮系統(tǒng)背

33、壓。應(yīng)該說(shuō)不考慮系統(tǒng)背壓是不符合現(xiàn)在中、小、輕型商用車的動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的實(shí)際，所以擬合曲線時(shí)就要對(duì)此作修正。而某些重、中型商用車的動(dòng)力轉(zhuǎn)向器出油孔直徑較大，雖然不靈敏區(qū)角度也不小，只是系統(tǒng)背壓較低，手力特性曲線線起點(diǎn)在0.2mpa左右，起勢(shì)平緩呈平鍋底狀，這種形狀與常規(guī)計(jì)算的曲線較符合。另外應(yīng)指出不靈敏區(qū)角度的大小也受試驗(yàn)臺(tái)架的壓力傳感器在低壓時(shí)靈敏度的影響。8.2 實(shí)測(cè)的曲線沒有起勢(shì)平緩呈平鍋底狀的曲線部分 由圖16可看到用公式計(jì)算的手力特性曲線和圖15實(shí)測(cè)的手力特性曲線相差較大的地方，計(jì)算的手力特性曲線為起勢(shì)平緩，而實(shí)測(cè)的手力特性曲線比較陡峭，為了改善這一情況，進(jìn)行了多種修正方案試驗(yàn)，其中以實(shí)

34、際的節(jié)流作用較大的閥口實(shí)際過(guò)流面積，比我們幾何計(jì)算的過(guò)流面積要小，我們稱它為液流面積，其間隙稱它為液流間隙，這些我們都可通過(guò)從實(shí)測(cè)的流量系數(shù)中反算求得?，F(xiàn)在我們用液流間隙減量對(duì)常規(guī)計(jì)算中的幾何間隙作修正（即用假定的實(shí)際液流間隙比幾何間隙減小的量來(lái)修正）。這樣比較可以說(shuō)明計(jì)算的曲線與實(shí)測(cè)的曲線差別方面的一些問(wèn)題。由式(7)知液流通過(guò)閥口的雷諾數(shù)在閥口閉合過(guò)程中也在不斷變化。 雷諾數(shù) (7)式中：d閥口實(shí)際面積的水力直徑(m)； 壓力油密度(kg/m3)： 壓力油運(yùn)動(dòng)粘度 (m2/s)；p閥口兩端的壓差(pa)雷諾數(shù)表示作用于流體微團(tuán)的慣性力與粘性力之比。兩個(gè)幾何相似流場(chǎng)的雷諾數(shù)相等。雷諾數(shù)越小意

35、味著粘性力影響越顯著，越大則慣性力影響越顯著。雷諾數(shù)很小的流動(dòng)（如潤(rùn)滑膜內(nèi)的流動(dòng)），其粘性影響遍及全流場(chǎng)。雷諾數(shù)很大的流動(dòng)，其粘性影響僅在物面附近的邊界層才是重要的。雷諾數(shù)小，意味著流體流動(dòng)時(shí)各質(zhì)點(diǎn)間的粘性力占主要地位，流體各質(zhì)點(diǎn)平行于管路內(nèi)壁有規(guī)則地流動(dòng)，呈層流流動(dòng)狀態(tài)。雷諾數(shù)大，意味著慣性力占主要地位，流體呈紊流流動(dòng)狀態(tài)，一般管道中雷諾數(shù)re2000（= 44.721359）為層流狀態(tài)，re4000（= 63.2455）為紊流狀態(tài)，re20004000為過(guò)渡狀態(tài)。則此時(shí)液流通過(guò)閥口的流量系數(shù)cd、收縮系數(shù)cc也隨之變動(dòng)。如圖17所示。cd流量系數(shù)，實(shí)際流量q與理論流量q t之比，（計(jì)算理論

36、流量見公式1、2）；cc收縮系數(shù)，由液流收縮斷面積ac與原斷面積ao之比，cc=ac/ao。在轉(zhuǎn)閥閉合過(guò)程中，雷諾數(shù)和流量系數(shù)有一定的變動(dòng)范圍。由孔板流動(dòng)中知液流通過(guò)閥口的流量系數(shù)cd、收縮系數(shù)cc隨雷諾數(shù)的變大而變小，如圖17所示。而常規(guī)計(jì)算中沒有考慮流量系數(shù)cd等影響因素，因此與實(shí)測(cè)的曲線有所不同是必然的，這也是實(shí)測(cè)的與計(jì)算的曲線產(chǎn)生差別的原因之一。圖17流量系數(shù)cd隨閥口的雷諾數(shù)的變化而變動(dòng)摘自雷天覺：液壓工程手冊(cè) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社1990，現(xiàn)在有雷天覺新編液壓工程手冊(cè)(上下) 北京理工大學(xué)出版社1998-12-1流量系數(shù)cd隨閥口的雷諾數(shù)與上相仿，但也沒轉(zhuǎn)閥的相關(guān)數(shù)據(jù)、更沒轉(zhuǎn)閥的雷

37、諾數(shù)相關(guān)數(shù)據(jù)。圖18手力特性曲線分幾段擬合修正方案0實(shí)測(cè)的手力特性曲線(最左面的曲線)；1未修正的計(jì)算的手力特性曲線（最右面的曲線）；2修正的計(jì)算的手力特性曲線（中間的）。8.3對(duì)常規(guī)計(jì)算的修正針對(duì)上述原因，對(duì)常規(guī)計(jì)算公式(3)、(5)計(jì)算中閥口的的瞬間寬度為b應(yīng)適當(dāng)減去一修正量b。其具體方法是：(1)先對(duì)被選擇做試驗(yàn)的動(dòng)力轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)閥零件凡與性能計(jì)算有關(guān)的幾何尺寸要素測(cè)量準(zhǔn)確并記錄；(2)按技術(shù)要求組裝、調(diào)整、試驗(yàn)取得該試樣實(shí)測(cè)的手力特性曲線如圖18曲線0；(3)通過(guò)編程在計(jì)算機(jī)上用常規(guī)計(jì)算公式計(jì)算并繪制該試樣的計(jì)算的手力特性曲線如圖18曲線1；(4)通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)實(shí)測(cè)的曲線0作直接擬合仿真，其

38、步驟如下： 選擇實(shí)測(cè)的手力特性曲線的nj個(gè)轉(zhuǎn)角點(diǎn)（稱其為選定角）以圖18例nj=6，取轉(zhuǎn)角點(diǎn)為1 = 0.5799；2 = 0.7283；3 = 1.5954；4 = 2.13；5 = 3.1529；6 = 3.9126；相當(dāng)于手力:hm1=11.359619（轉(zhuǎn)角扭桿剛度）=0.788443nmhm2=0.99;hm3=2.169136;hm4=2.895988;hm5=4.2867427;hm6=5.31964529從實(shí)測(cè)的手力特性曲線上摘取與選定轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的壓力值，作為擬合曲線的目標(biāo)值；編制計(jì)算機(jī)程序?qū)τ?jì)算并繪制該試樣的計(jì)算的手力特性曲線如圖18曲線1的程序進(jìn)行修正，修正方法即對(duì)常規(guī)計(jì)算公

39、式(3)、(5)計(jì)算中閥口的的瞬間寬度為b應(yīng)適當(dāng)減去一修正量b。使得擬合后產(chǎn)生的新曲線，在其選擇的選定轉(zhuǎn)角點(diǎn)上的壓力值，基本上符合目標(biāo)值：p1=0.52217； p2=1.0177； p3= 2.001；p4= 3.0155； p5= 5.91268；p6= 10.125mpa。如圖18曲線2。這樣擬合的新曲線基本上與實(shí)測(cè)的曲線相差無(wú)幾。如果選擇的選定角多一些，則擬合構(gòu)成的曲線更接近實(shí)測(cè)的曲線。（本例選定角數(shù)為nj=6）。9計(jì)算機(jī)編程分段擬合手力特性曲線9.1擬合手力特性曲線由以上可看出在對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)閥的性能計(jì)算與預(yù)測(cè)中采用計(jì)算機(jī)編程計(jì)算也是為了探索問(wèn)題一步步逼出來(lái)的。（說(shuō)到這里我想了解一

40、下在坐的是否除了用計(jì)算機(jī)畫圖外還用不用計(jì)算機(jī)編程計(jì)算？應(yīng)該說(shuō)這編程計(jì)算也和計(jì)算機(jī)畫圖一樣重要，是一個(gè)主管工程師所必須具備的技能，學(xué)會(huì)了受益終身。你們?cè)诰幊讨杏胢atlab、vc還是vb我想了解一下。以便今后有的放矢地討論問(wèn)題。）我們?cè)谟?jì)算機(jī)上模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)是按照轉(zhuǎn)向器每轉(zhuǎn)過(guò)一單位轉(zhuǎn)角,插值計(jì)算手力hm，不考慮實(shí)際液流間隙減量因素的閥口瞬間幾何間隙b,考慮實(shí)際液流間隙減量因素的閥口瞬間液流間隙減量b_，不考慮實(shí)際液流間隙減量因素的閥口瞬間液流間隙所形成的油壓p_，圖19每一轉(zhuǎn)角,同時(shí)插值計(jì)算8個(gè)參數(shù)程序結(jié)果。每一轉(zhuǎn)角,同時(shí)插值計(jì)算手力hm、幾何間隙b、液流間隙b_、擬合壓力p_、擬合流量系數(shù)qc

41、_、雷諾數(shù)re、液流間隙等參數(shù)所形成的路感特性角gd、幾何間隙所形成的路感特性角gd_等8個(gè)參數(shù)程序結(jié)果。由計(jì)算機(jī)作模擬試驗(yàn)，對(duì)于在已知的數(shù)學(xué)模型里進(jìn)行參數(shù)的調(diào)優(yōu)是很方便的。程序?qū)嵗鐖D19所示。即是圖18手力特性曲線分幾段擬合修正方案的源程序。插值計(jì)算8參數(shù)的程序運(yùn)行后自動(dòng)記錄了所有數(shù)據(jù)如下： （看演示程序）-轉(zhuǎn)閥程序計(jì)算數(shù)據(jù)記錄- 程序名稱:3qc_5/06-9-19/擬合力特性曲線/2008-10-15/9:40 程序摘要:單側(cè)楞邊平均寬度0.768、楞邊長(zhǎng)度9 程序特征:用漸變實(shí)際液流間隙減量因素法擬合實(shí)際試驗(yàn)特性曲線數(shù)據(jù);尋求流量系數(shù)qc曲線 3槽求壓力，預(yù)開隙角1前的規(guī)范計(jì)算,用壓

42、差求雷諾數(shù) 選擇間隙擬合曲線,用計(jì)算;繪制柔和曲線(六段曲線)-基本參數(shù)計(jì)算- (a01)楞邊(軸槽坡口)長(zhǎng) w=9 (a1)偏心距l(xiāng)2=10 (a2)偏心圓間隙jxv= .405 (a4)楞邊半徑r2=23.8403 (1)幾何預(yù)開隙a2 =.295 (4)預(yù)開隙角1=1.21386 (5)1+v之和2= 4.303416 (6)楞邊寬角v= 3.089556 (7)楞邊寬a1=.7683086 因新臺(tái)架度與手力比例系數(shù)khm_ =.7355 扭桿剛度hmk0 =1.359619nm/度 按實(shí)計(jì)算值,路感特性最佳角=45 楞邊寬a1 =.7683086 楞邊長(zhǎng)w = 9 幾何預(yù)開隙a2 =.

43、295 預(yù)開隙角1=1.21386 預(yù)開隙角1+楞邊寬角v之和2 =4.303416-評(píng)價(jià)要求- 1，當(dāng)接近路感特性的1/4載荷時(shí)度轉(zhuǎn)角時(shí)3.25，路感特性角=gd=4515 2，最大輸出載荷10mpa,手力hm不大于5+1.5nm(轉(zhuǎn)角,同時(shí)插值計(jì)算手力hm、幾何間隙b、液流間隙b_、擬合壓力p_)(擬合流量系數(shù)qc_、雷諾數(shù)re、液流間隙等參數(shù)所形成的路感特性角gd、幾何間隙所形成的路感特性角gd_) , hm, b, b_, p_ .01 1.359619e-02 .042 .2910129 2.505731e-02 qc_.994872 re10.44691 gd_ -1.549996

44、 gd 0 .02 2.719238e-02 .042 .2870258 2.575829e-02 qc_.9896561 re10.47441 gd_ 1.776814 gd 0 .03 4.078858e-02 .042 .2830387 .0264891 qc_.9843499 re10.5026 gd_ 5.177743 gd 0 .5599998 .7613865 .042 7.172281e-02 .4125194 qc_.4605801 re15.35391 gd_ 83.2893 gd 0 .5699998 .7749826 .042 6.773572e-02 .4625124

45、 qc_.4420362 re15.67266 gd_ 83.58076 gd 0 .5799997 .7885788 .042 6.374863e-02 .5221763 qc_.4228804 re16.0237 gd_ 83.8608 gd 0 .5884 .8 .045 5.962799e-02 .5968409 qc_.4011048 re16.45291 gd_ 19.76657 gd 0 .5984 .8135962 .045 .0586304 .6173239 qc_.4011048 re16.45291 gd_ 24.13481 gd 0 .7183999 .9767503

46、.045 4.665939e-02 .9747221 qc_.4011048 re16.45291 gd_ 41.45349 gd 0 .7283999 .9903465 .045 .0456618 1.017777 qc_.4011048 re16.45291 gd_ 43.28323 gd 0 .7355 .9999999 3.246648e-02 4.199686e-02 1.203165 qc_.3365342 re17.9621 gd_ -75.01622 gd 87.72807 .7455 1.013596 3.246648e-02 4.188971e-02 1.209328 qc

47、_.3365342 re17.9621 gd_ 5.421216 gd 39.96132 1.475499 2.006117 3.246648e-02 3.390723e-02 1.845755 qc_.3365342 re17.9621 gd_ 10.53594 gd 58.66143 1.575499 2.142079 3.246648e-02 3.278895e-02 1.973804 qc_.3365342 re17.9621 gd_ 11.68 gd 61.28391 1.585499 2.155675 3.246648e-02 .0326768 1.987374 qc_.3365342 re17.9621 gd_ 11.80329 gd 61.54371 1.595499 2.169271 3.246648e-02 .0325646 2.001093 q