1、1第 4 章 动 力 转 向 系 统4.1 概述 动力转向系统是利用发动机的动力来帮助驾驶员进行转向操纵的装置，它把 发 动 机 的 能 量 转 换 成 液 压 能 （ 电 能 或 气 压 能 ） ， 再 把 液 压 能 （ 电 能 或 气 压能 ） 转 换 成 机 械 能 作 用 在 转 向 轮 上 帮 助 驾 驶 员 进 行 转 向 ， 故应称之为动力助力转向系统。它最初主要是为了减小驾驶员施加到转向盘上的转向力而装到汽车上的。从本世纪 30 年代开始在汽车上应用动力转向系统。当时，主要是在重型汽车上安装，采用的动力源包括气压和液压。到目前为止，气压动力转向已被淘汰，最广泛应用的是液压动力
2、转向，另外还有刚开始推广应用的电动动力转向。目前在国外不但重型车装用动力转向系统，而且在轻型车和轿车上也极普遍地应用。从 50 年 代 起 ， 各 汽 车 工 业 发 达 国 家 就 竞 相 发 展 动 力 转 向 装 置 。 出 现 了许 多 生 产 动 力 转 向 器 和 转 向 油 泵 的 专 业 厂 家 ， 并 且 已 将 产 品 系 列 化 。本章主要介绍在现代汽车上得到最广泛应用的液压动力转向系统，它具有如下一些优点：具有固定的自润滑特性。压力高、输出扭矩大。液体的不可压缩性使得可以精确的控制运动。它是一种封闭的系统，可以防止异物侵入。容易在整车上布置。4.2 动力转向系统的优点：
3、1.减轻转向盘上的转向力，特 别 是 在 原 地 转 向 和 低 速 大 转 角 转 向 时 减 小转 向 力 。2.提 高 了 转 向 灵 敏 性 。 从 汽 车 转 向 系 统 设 计 的 两 个 主 要 要 求 即 转 向 轻 便与 转 向 灵 敏 这 一 矛 盾 出 发 ， 现 在 动 力 转 向 解 决 了 转 向 轻 便 问 题 ， 从 而 使 得 转向 器 设 计 可 以 根 据 整 车 布 置 的 不 同 要 求 ， 选 择 更 为 合 适 的 转 向 器 速 比 以 提 高转 向 系 统 的 灵 敏 性 ， 也 即 是 可 以 更 合 理 地 选 择 转 向 盘 的 圈 数
4、。 这 一 点 对 于 经常 在 山 区 多 弯 (尤 其 是 多 急 弯 )公 路 上 行 驶 的 汽 车 ， 效 果 更 为 明 显 。3.减小了地面反冲对方向盘的影响。4.在某个车轮爆破的情况下，可以更好地阻止车轮的突然转向，从而改善安全性。5.转向车轮的允许负荷较大，可以增加总布置的自由度。4.3.对动力转向系统的要求 1.安全性：要有足够的使用寿命。即使在动力转向系统失效的情况下，车辆仍然具有转向的能力。2.敏感性：除了在各种行驶情况下都能提供足够的动力助力外，还应该在方向盘上保持足够的路感。3.维修保养性：维修保养性要好。4.3 转 向 器 结 构 与 性 能 的 分 析 比 较
5、和 选 型1.动 力 转 向 按 其 动 力 源 可 分 为 三 类 ：(1)气 压 式(2)液 压 式(3)电 动 式目 前 气 压 式 已 经 淘 汰 ， 电 动 式 在 国 外 刚 开 始 发 展 ， 而 使 用 最 多 的 是2液 压 式 。2.液 压 式 动 力 转 向 系 统 结 构 分 类 与 选 型典型的液 压 式 动 力 转 向 系 统 的 组 成 有 六 大 部 分 ：(1)机 械 转 向 机(2)控 制 阀(3)助 力 缸(4)转 向 油 泵(5)转 向 油 罐(6)转 向 油 管3.液 压 式 动 力 转 向 系 统 按 其 布 置 型 式 分 为 ： (1)整体式-机
6、械转向器、控制阀、助力缸包含在一个总成内。(2)分置式-机械转向器与助力缸分开。现 在 中 等 吨 位 车 多 采 用 整 体 式 。4.动 力 转 向 控 制 阀 型 式 可 分 为 滑 阀 与 转 阀 两 类 。4.5.转 阀 概 述4.5.1.优 点 : 灵 敏 性 高 ； 结 构 简 单 、 紧 凑 ； 零 件 数 目 少 。4.5.2.工 作 原 理 。1.中 间 位 置 :在 阀 不 工 作 时 (转 向 盘 不 动 )， 油 泵 来 油 从 进 油 口 进 入 ， 经 过 阀 的 预 开 间 隙 后 ， 从 回 油 口 回 到 油 罐 ， 此 时 转 向 器 两 个 工 作 腔
7、油 压 相 同 。见 图 4-5-1a。2.转 向 过 程 :当 转 动 转 向 盘 时 ， 由 于 车 轮 阻 力 的 作 用 ， 起 初 活 塞 不 动 ，则 螺 杆 (阀 体 )也 不 动 。 这 样 阀 芯 与 阀 体 之 间 将 出 现 相 对 转 动 ， 阀 口 的 间 隙 发生 了 变 化 ， 从 而 使 得 流 向 对 应 工 作 腔 的 油 产 生 与 转 向 阻 力 相 应 的 油 压 。 该 油压 作 用 在 活 塞 上 推 动 其 克 服 转 向 阻 力 而 产 生 位 移 ， 带 动 臂 轴 转 动 从 而 实 现 前轮 转 向 。图 4-5-1b 和 图 4-5-1
8、c 分 别 表 示 了 左 转 和 右 转 时 阀 的 作 用 过 程 ，3.回 位 过 程 : 转 向 完 成 后 ， 转 向 盘 上 的 力 消 失 ， 则 由 于 扭 杆 的 作 用 将使 得 阀 芯 回 到 相 对 螺 杆 (阀 体 ) 的 平 衡 位 置 ， 转 向 器 两 个 工 作 腔 的 油 压 差 随之 消 失 。 之 后 汽 车 前 轮 自 动 回 正 力 矩 的 作 用 下 ， 活 塞 和 转 向 螺 杆 将 向 汽 车 直线 行 驶 位 置 运 动 ， 而 芯 阀 在 扭 杆 的 对 中 作 用 下 随 着 转 向 螺 杆 一 起 回 转 ， 直 至回 到 汽 车 直
9、行 位 置 为 止 。4.5.3.阀 的 随 动 作 用在 转 向 盘 转 动 过 程 中 ， 若 油 压 过 高 ， 则 液 压 助 力 会 使 活 塞 加 速 运 动 ， 这样 阀 口 开 隙 加 大 ， 减 小 了 油 压 而 与 外 载 荷 平 衡 。 反 之 当 油 压 不 足 时 ， 外 载 荷会 使 阀 口 开 隙 减 小 ， 加 大 了 油 压 而 与 之 平 衡 。即 在 某 一 位 置 ， 阀 会 自 动 调 节 其 开 隙 的 大 小 使 油 压 作 用 力 能 与 外 载 荷 相平 衡 。4.5.4.扭 杆 的 作 用1.路 感 效 应 : 扭 杆 通 过 销 钉 联
10、接 在 转 向 螺 杆 (阀 体 )与 阀 芯 (与 转 向 盘 相联 )之 间 。 当 驾 驶 员 将 转 向 力 施 于 转 向 盘 上 时 ， 也 就 同 时 作 用 于 扭 杆 上 使 之 产生 扭 转 变 形 。 而 此 变 形 量 取 决 于 外 界 载 荷 。 当 外 界 载 荷 大 时 ， 则 要 求 此 变 形量 大 ， 才 能 使 阀 口 间 隙 变 小 到 能 产 生 与 外 界 载 荷 相 平 衡 的 油 压 的 程 度 。 因 此驾 驶 员 可 以 根 据 他 加 在 转 向 盘 上 的 转 向 力 (与 扭 杆 的 扭 转 变 形 成 正 比 )的 大小 来 判 断
11、 转 向 阻 力 的 变 化 。3归 纳 起 来 即 :扭 杆 扭 转 变 形 的 大 小 决 定 了 阀 口 开 隙 的 大 小 ， 而 阀 口 开 隙的 大 小 决 定 了 油 压 ， 油 压 又 是 与 转 向 阻 力 正 比 ， 所 以 驾 驶 员 靠 扭 杆 的 弹 性 变形 量 能 够 获 得 “路 感 ”效 应 。2.回 正 作 用 ： 转 向 完 成 后 ， 使 阀 芯 相 对 于 转 向 螺 杆 (阀 体 ) 回 到 平 衡位 置 。 并 且 当 车 轮 在 其 回 正 力 矩 作 别 用 下 回 正 时 ， 保 证 阀 不 发 生 反 接 现 象 。3.对 中 作 用 ：
12、保 证 当 方 向 盘 上 无 作 用 力 时 ， 阀 能 保 持 在 汽 车 直 行 的 中间 位 置 不 动 。汽 车 回 正 和 直 线 稳 定 性回 正 和 直 线 稳 定 性 产 生 的 根 本 原 因 -前 轮 定 位回 正 性 ： 动 力 转 向 回 正 较 机 械 转 向 差 ， 因 为 它 内 部 的 油 阻 ， 油 封 的 摩 擦 力 以及 各 个 间 隙 的 摩 擦 力 都 较 大 。直 稳 ： 不 “打 手 ”-液 体 阻 尼不 “偏 离 ”-对 中 弹 簧 的 定 中 作 用液 压 油：常采用矿物油，因植、动物油中有酸碱杂质、腐蚀性大、化学稳定性差。工 作 用 油 的
13、 选 择一 般 来 说 ， 工 作 用 油 应 符 合 下 述 要 求 :1 不 得 含 有 蒸 气 、 空 气 及 其 它 容 易 气 化 和 产 生 气 体 的 杂 质 ， 否 则 会 起气 泡 ， 使 转 向 机 发 生 震 颤 而 影 响 其 工 作 平 稳 性 。2 不 得 含 有 水 溶 性 酸 及 碱 类 以 防 侵 蚀 机 件 和 破 坏 密 封 装 置 。3 具 有 良 好 的 润 滑 性4 有 高 度 的 化 学 稳 定 性 。 即 当 系 统 内 温 度 、 压 力 、 流 量 、 流 速 等 有 变化 时 ， 仍 保 持 原 有 性 质 。5 适 宜 的 粘 度 和 良
14、 好 的 粘 温 性 能 。如 一 汽 CA1120PK2L2 车 选 定 工 作 油 为 8 号 液 力 传 动 油 (上 炼 、 兰 炼 )。它 具 有 以 下 主 要 特 点 :1、 凝 固 点 低 。 其 值 不 高 于 -40 ， 可 用 于 低 温 地 区 。2、 氧 化 安 定 性 好 。3、 防 锈 、 润 滑 、 粘 温 性 能 好 。4、 工 作 时 泡 沫 少 、 声 响 小 。几种油的指标：1、ATF Dexron 15时，比重 0.878;40运粘 32 厘池；100-7.25mm/s 2.粘指 202;倾点：-42，凝点：-452、 （上炼）8 号液力传动油：运动粘
15、度（100）时，7.5-9.0mm 2/s,粘指不小于200,凝点不高于-25、 ZF 对液压油的要求：50粘度最高为 25 mm2/-35Dexron Automibile Transmission Fluid管路的设计1、液压系统中，推荐管支架间距管外径 10 14 18 22 28支架最大间距 400 450 500 600 7002、在管子的直角拐弯处，两端必须加一个固定支架，以免引起管子振动43、软管的安装 应避免急弯，R（9-10）D，软管接头至开始弯曲处的最短距离 L=6D软管受压时，长度和直径均有变化，一般长度变化约4,因此长度需有余量。、 油箱的回油管需回到其油面以下，以免引
16、起气泡和飞溅。、 清洗管路安装后，必须对油箱及管路进行清洗，清洗油一般用 38时粘度 20厘池的透平油，并在油箱回油口安装 80-100 网目的附设滤清器，清洗油一般对橡胶有溶蚀能力，若加热到 50-80时，则管内的橡胶煤渣易除去。不能用水、煤油、蒸气、酒精等清洗，以免留有残余。、 软管过长或急剧振动的情况下，宜用夹子夹牢，但在高压下使用的软管应尽量少用夹子，因为软管受压变形，在夹子处发生磨损。、 油箱的吸入侧及回油側要用隔板隔开，以清洗气泡。油 泵 的 设 计 和 选 择 要 点动力转向油泵是整个动力转向系统的动力源。其作用是把发动机的机械能变为液压能。液压油经动力转向泵供给动力转向器后，由
17、动力转向机再将液压能转换为机械能作用于转向车轮上，帮助驾驶员进行汽车的转向操纵。转向油泵一般安置在发动机上由发动机直接驱动（有齿轮驱动和皮带驱动等驱动方式） 。目前汽车上主要应用常流式液压转向泵。对于常见的常流式动力转向系统，是不允许发动机熄火滑行的。因为这样会由于油泵停止工作而使方向盘上的转向力变得很大，其原因主要如下：1为提高汽车的转向灵敏性，动力转向系统的机械传动比较小。2动力转向系统内的油液和密封件的运动阻力较大。尤其对于重型汽车，此时驾驶员靠手力已很难操纵汽车。动力转向泵的特点目前的动力转向泵结构本身都带有流量控制阀和压力限制阀。流量控制阀作用：当油泵转速（与发动机转速相应）超过一定
18、值后，保证动力转向泵输出的油的流量基本为一恒定值。其目的是使汽车高速行驶时方向盘不发飘。压力限制阀作用：当动力转向系统油压超过其限定值时，压力限制阀即卸压，将动力转向系统的最高压力限制在设计要求的范围内。对动力转向泵的要求1在发动机怠速时提供足够的流量和压力。2工作效率高，能耗小。3低噪声。4工作可靠、耐久。5工作温度在希望的范围之内。一般控制在-40C120C。56带有限压阀，以保证动力转向系统的最高压力限制在设计要求的范围内。7带有流量控制阀，以处理发动机高速时带来的过多流量，保证汽车转向盘不“发飘 ”。8尺寸小、重量轻。9低成本。油 泵 的 选 择转 向 油 泵 必 须 有 足 够 的
19、流 量 以 保 证 汽 车 有 较 快 的 转 向 速 度 。 据 对 国 外 主要 动 力 转 向 器 生 产 厂 家 (如 Burman 公 司 、 TRW 公 司 等 )关 于 转 向 速 度 的 统计 ， 汽 车 转 向 盘 的 最 快 转 速 一 般 要 求 在 1.5-2.0 转 /秒 。 如 取 为 2 转 /秒 ，即 120 转 /分 ， 则 动 力 转 向 系 统 设 计 时 要 求 油 泵 在 发 动 机 怠 速 运 转 时 要 能 够 提供 给 转 向 器 足 够 的 工 作 流 量 ， 由 此 对 于 转 向 油 泵 的 流 量 可 计 算 如 下 : 控制流量=转向器
20、活塞移动速度（mm/min）转向器活塞面积(mm 2) L/min6= 转向盘转速(r/min)线角传动比转向器活塞面积(mm 2)x L/min10即 L/ min (4-13-1)inSVQ式 中 Q转 向 器 所 需 的 油 泵 控 制 流 量 ， L/min；S活 塞 的 有 效 面 积 ， 设 缸 径 为 D mm， 则 ， mm ；SD42V活 塞 移 动 速 度 ， mm/min；n转 向 盘 转 速 ， r/min；i线 角 传 动 比 。在 油 泵 流 量 计 算 时 ， 还 应 考 虑 到 转 向 器 的 内 泄 漏 因 素 。 根 据 部 颁 标 准JB378584 汽
21、车 液 压 转 向 加 力 装 置 及 动 力 转 向 器 总 成 技 术 条 件 规 定 : 转 向 器 内 泄 漏 量 最 多 不 得 超 过 油 泵 控 制 流 量 的 15%， 则 油 泵 控 制 流 量 为 :6Q=Q/0.85 (4-13-2)根 据 上 面 计 算 结 果 再 作 适 当 修 整 ， 即 可 确 定 所 需 要 的 转 向 泵 控 制 流 量 。如 CA1120PK2L2 车 所 选 定 的 转 向 泵 控 制 流 量 为 14L/ min。转向油罐设计4.14.1 转向油罐的功能1为动力转向系统提供加液压油的容器。2为动力转向系统提供检查液压油的地方。3为动力转
22、向系统液压油热膨胀提供空间。4当系统使油管膨胀时(如限压时)，提供补偿液压油。5使动力转向系统能够排除空气。4.14.2 转向油罐设计要点1尽量靠近油泵。2材料：目前有金属罐和塑料油罐，金属罐重量大、散热性好；而塑料罐重量轻、成本低。3油罐应有足够的容积，空气/油约为 1:1。4进油口总是设计在油面以下，能为油泵提供顺畅的进油，且油中不含空气。5回油管接头能够顺利地使油从转向器流回油罐，并不引起涡流(它会把掺入空气的油吸入油泵)。回油口也总是设计在油面以下。6有些油罐中设计有磁铁槽。7油罐油面的正常高度应高于泵的进油口。8油罐中一般设计有阻隔板以控制流动、减少油中的空气含量；并使回油引起的涡流
23、不集中在进油口处。9油罐材料应能满足使用温度要求-40120。10油罐必须和大气相通。11工作中油罐芯中的压力不得超过 2 Pa。51012要注意充油量是否正确。油量过多会引起油罐盖泄漏；而油量过少又会导至吸入空气引起泵的噪声。13要时刻注意避免油中进入异物。14管路布置应尽量圆滑，拐弯尽可能少。15使用中要能正确排气。16油 罐 的 布 置 应 有 利 于 转 向 系 统 的 散 热 。常见故障原因及排除：一、 转向沉重：、 液压系统缺油，检查油面高、检查是否漏油、 液压系统中有空气，排气并检查密封性、 油泵磨损、内泄漏严重、压力或排量不足、 油泵安全阀泄漏或弹簧太软、 油泵皮带打滑、 油泵
24、、动力缸、分配阀的密封圈损坏、 滤清器堵塞，使油泵供油不足7、 管路堵塞、 转向器轴承过紧、 转向系统各活动关节处缺油、 前轮气压不足、 主销烧结、主销推力轴承损坏二、 左右转向轻重不同、 阀偏离中间位置或虽处于中间位置但台肩两侧开隙不同、 阀内部有脏物、 行程限制阀开起过早三、 前轮摆头、 转向器支架、转向管柱支架、悬挂支架松动、 转向拉杆球销间隙过大、 分配阀室中元件损坏、 液压系统缺油或有空气、 油泵流量过大、使转向过于灵敏、 前轮安装不正、 减震器堵塞或失灵、 前轮气压不同、磨损不同、 前轮毂轴承间隙大，车轮不平衡量大、 骑马螺栓松动、 转向节臂松动四、 在行驶中不能保持正确方向、 分
25、配阀室中无元件损坏或太软，不足以克服逆传动阻力，不能及时回正、 阀室中不准，有毛刺、 油泵流量过大和管路布置问题使节流损失过大，造成动力缸两侧压力差过大、 前轮安装不正、 前轮气压不同，磨损严重，轴承卡住、 一个前轮经常处于制动五、 快转动方向盘时感到沉重、 油泵油量不足、 油泵流量小、 传动带松动、油泵调节阀有问题、 高压油管变形过大六、 方向盘抖动、 有空气、缺油、吸入空气七、 方向盘自由间隙大、 各个活动部位损坏、间隙过大、 支架松动、 转向器内部间隙大八、 回正困难、 各个活动部位缺油、阻力大、 转向器阻力大、 分配阀有赃物8、 室中元件损坏九、 液压油耗损严重、 油罐漏油、 管路漏油
26、十、 油泵压力不足、 皮带打滑、 安全阀不好、 溢流阀泄漏、 油粘度低十一、 油泵压力过高、 安全阀堵塞、 安全阀弹簧硬十二、 油泵流量不足、 皮带打滑、 溢流阀弹簧软，安全阀、溢流阀泄漏严重、 管路有堵、 油泵损坏十三、 油泵流量过大、 溢流阀卡住、 溢流阀弹簧太软十四、 油泵噪音大、 油少、吸空气、 有空气、 油路有堵、 油泵损坏动力转向机能检查1、排气：a、 向油罐内注入纯正的（无杂质）油b、 支起前轮，发动机怠速，左右转动方向盘，不断补充油箱中的油量c、 提高发动机转速，到油罐没有气泡d、 排气后，检查各处是否漏油，油面要达到油罐油标高度机能确认：在发动机怠速，放开方向盘时的油压 5k
27、gf/cm2,表示溢流阀作用是不好的，但低于装配调整值说明溢流阀或弹簧也是不好的。详见下表：试验项目 试验工况 装配标准确定动作是否圆滑把前轮顶起，方向盘左右打满，反复数次 全行程必须动作圆滑动作油压的确定a、 把能测量 110 kgf/cm2 的油压表和断流阀组合在一起，装于油泵的出口至转向器进口之间，然后排出空气。b、 在发动机低速情况下，方向盘左右反复操作数次，使油量升至 50-60。不大于 5 kgf/cm29c、 发动机怠速，把断流阀全开。d、 测定放开了方向盘时的油压溢流阀压力测定a、 把发动机转速提高到 1000-1200rpm,关闭断流阀，测定最高压力。b、关闭断流阀时间不得大
28、于 15 秒调整溢流阀压力953 kgf/cm2方向盘的游隙把车辆准确地朝向直线前行方向，左右轻轻地转向方向盘，带动动力转向的车辆要起动发动机。在国外上游隙必须在 20-40mm 范围内。附注：游隙不在此范围时，要调整各个部分的装配间隙汽车动力转向油泵技术条件1、关于油泵的技术要求在有关图纸或技术文件上，必须写明：a、 代号和型式b、 几何排量（即输入轴每转理论的排量）c、 最大工作压力（安全阀完全开启时的压力）d、 工作转速范围e、 空载和满载时的最大输出流量f、 空载流量特征和满载流量特征；空载开启流量和满载开启流量；空载开启转速和满载开启动转速（即流量控制阀分别在空载和最大工作压力工况下
29、开启时的流量和转速） ；空载流量变化率和满载流量变化率（即流量控制阀开始开启后，转速每增加 1r/min 时的流量的变化量）2、几何排量计算推荐采用下列公式a、对于叶片泵： 单位为 ml/rsec21221tRzRbq式中：R 1-定子短半径；cmR2-定子长半径；cmb-叶片的宽度； cmt-叶片的厚度；cmz-叶片的数目-叶片与半径间夹角b、对于齿轮泵： 22cos1zbmq式中：b- 齿宽 z-齿数m-模数 -刀具压力角c、对于摆线转子泵： 21Reibq10式中：b- 转子宽； cmRe1-内转子齿顶圆半径；cmRi1-内转子齿根圆半径； cmd、对于柱塞泵： ZALq式中：Z- 柱塞数A-柱塞断面面积；cm 2L-柱塞行程；cm汽车动力转向油罐在产品的有关图纸或技术文件上必须标注：a、 代号；b、 总容积；c、 最大允许贮油量；d、 最小允许贮油量；e、 最大允许通过流量；f、 绝对过滤精度 m，即制能通过转向油罐滤芯的最大球状颗粒的直径。
