7第七章转向系统

欧曼中、重型载货汽车维修手册·204·第七章动力转向系统汽车行驶条件复杂，在行驶过程中，要经常改变汽车行驶方向，即转向，要实现此目的，驾驶员需通过一套专设的机构，使汽车的转向桥（通常是前桥）上的车轮（转向轮）相对于汽车纵轴线偏转一定的角度。这一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构即称为汽车转向系。欧曼系列重型载货汽车采用德国ZF公司液压动力转向系统。7.1动力转向系统结构7.1.1动力转向系统的组成采用动力转向系的汽车转向所需的能量，在正常情况下，只有小部分是驾驶员提供的体能，而大部分是发动机驱动的油泵所提供的液压能，用以将发动机输出的部分机械能转化为液压能，并在驾驶员的控制下，对转向传动装置或转向器中某一传动件施加不同方向的液压作用力，以助驾驶员施力不足的一系列零部件，称为转向助力装置。重型载货汽车绝大部分采用液压动力转向系统。动力转向系按照助力介质的工作状态可分常流式与常压式两种。常流式动力转向就是助力介质处于循环流动状态，它是一种动态液压系统。常压式则不同，它是靠蓄能器的静态液压进行助力。按照助力机构的组成，动力转向又可分为整体式与分体式两种类型。“整体式”就是助力机构的控制机构是各自分开的。欧曼重型系列汽车采用整体式液压常流动力转向系统，它的转向器采用循环球螺母式，因此也称之为“循环球螺母整体式动力转向系统”。如图7-1所示。该系统包括转向传动装置、转向器及附件两部分，转向传动装置由方向盘、转向管柱、转向传动轴、转向直拉杆、转向横拉杆组成。转向器及附件部分由转向器及垂臂、转向油泵、转向油罐及将这三大部分相连的管路组成。以下首先介绍转向器及附件部分。7.1.2转向助力泵转向助力泵为转向助力提供力源。欧曼系列重型载货汽车配套ZF7672、ZF7673和ZF7674三种型号转向叶片泵。其性能参数见表7-1。转向助力泵安装在发动机正时齿轮壳上，由凸轮轴正时齿轮带动助力泵驱动齿轮旋转。第七章动力转向系统·205·表7-1转向助力泵性能型号转速（r/min）流量（L/min）排量（L/min）最大压力（MPa）流量检测叶片宽度（mm）质量（kg）转速（r/min）压力（mpa）最小流量（L/min）ZF672500~45006~1613.51350054.5164ZF673500~45009~2016.51350055.619.53.7ZF674500~450012~2520.51350057.023.54.4转子叶片泵的结构如图7-2，它主要是由泵壳1、转轴15、叶片13和转子14以及转子外圈16组成。为了确保转于油泵的输出端排量基本稳定(不随转速变化而变化)，以及限定输出压力的最大值，在泵的输入端还安装有流量控制阀3和安全阀4。转子泵安装在发动机正时齿轮壳上，由凸轮轴齿轮带动泵驱动齿轮旋转。当发动机工作时，叶片泵旋转，泵体内安装于转子槽中的叶片在离心力和油压作用下，紧贴泵体内曲面运动。叶片与叶片之间形成密封工作腔。密封工作腔容积逐渐缩小的区域形成压油腔，密封腔容积逐渐增大的区域形成吸油腔。泵每旋转一周，完成吸油、压油动作两次，由于吸油腔与压油腔是对称分布的，作用在轴上的液压径向力平衡。泵的排量是由转子叶片的宽度和转速决定的。泵的输出压力是由转向系统的阻力决定的。为限定最高泵压，在泵体内设置有安全阀4，当动力转向系统外部负荷增大到使泵压达13MPa时，安全阀打开卸荷。为保证泵排量基本恒定，泵体内还设置流量控制机构，它是由安全阀4和流量控制阀3组成。泵转速较低时，阀3在回位弹簧作用下将出油腔与进油腔封闭。随泵转速的提高，泵的排量也增大，由于安全阀4的节流作用，使安全阀4的前、后油腔C和D形成压力差△P=Pc-PD(Pc：C腔压力；PD：D腔压力)，该压差随泵排量的增大而增大。当泵转速增大到设定转速，即泵排量达到一定数值时，C、D两腔形成的压差△P足以克服回位弹簧的预紧力，此时在压力差的作用下阀3将向左移动，从而打开出油腔与进油腔的通道，部分油液形成内部循环。泵排量越大，压差△P越大，阀3的开度就越大，内部卸流量就越大，从而保证输出的排量基本恒定。欧曼中、重型载货汽车维修手册·206·7.1.3转向器1．结构图1Q转向油罐R叶片泵S流量控制阀A壳体G卸菏阀B活塞H排气阀E扭杆C阀芯/输入轴D控制轴套F转向垂臂它的长度可调，从而调整转向轮的前轮前束。欧曼重型系列卡车采用ZF8098转向器，它结构紧凑，壳体由高强度铸铁铸造而成，壳内有一个机械转向器，一个控制阀和一个动力缸。转向用压力油由发动机驱动的油泵传来。壳体A（图1）也作为活塞B的油腔，活塞B将输入轴和蜗杆的旋转运动变为轴向运动，并且将此轴向运动传给蜗杆齿扇轴。齿扇轴和活塞的牙型是插齿加工而成，表面质量很高，这样，在直线行驶位置附近时，通过两个偏心设计的侧盖面，而无需单独设置一套装置来传递此运动。活塞B和蜗杆C由钢球球道连接，蜗杆转动时，钢球从槽的一端上的圆形钢管流出，在另一端流入，形成循环钢球道。控制阀包括一个装在蜗杆中的滚针轴承里的阀芯，这是它的基本部件，其周围有六个控制槽。蜗杆上装有轴套，其周围也有六个控制槽。阀芯设计成与转向输入轴成一体，当转动方向盘时，进而转动输入轴，阀芯随着蜗杆一起转动。扭杆E与阀芯进而与蜗杆销在一起，只要方向盘未受到反力作用，扭杆就会使控制阀保持在中间位置。壳体内还有一个卸压阀，限制油泵压力，使之不超过油泵所要求的最大值。壳体内还有一个补偿阀，当系统内无液压油时，可通过该阀从回油路中回流一部分油过来。ZF8098转向器传动比可变。在直线行驶附近时的传动比低于在极限位置附近时。因为汽车经常在直线位置附近行驶，所以，较低的传动比使此时转向更灵敏，而在原地转向时，方向盘通常是在极限位置附近转向，大传动比能传给转向摇臂更高的液力矩，使转向更省力。当液压助力不起作用时，在极限位置附近时，施加于方向盘上的操纵力相对较低。可变传动比的转向器可通过设置不同的活塞和齿扇轴的齿轮模数和压力角来实现。2．功能第七章动力转向系统·207·图2图3J、K——感应口L、M——回油口N、O——轴槽P——回油槽图2方向盘顺时针转动，阀芯处于工作位置图3方向盘逆时针转动，阀芯处于工作位置当扭矩从转向轴传到蜗杆上（从蜗杆传到转向轴时也是同样情况），扭杆上的弹性区随即变形，这样，在控制轴套和阀芯之间就产生了扭矩，阀芯上的控制槽因此和不同的油路相连或关闭。当松开方向盘后，控制阀在扭杆扭力的作用下回到中间位置。为便于理解，图1至图3的图说明的比较简单，这三幅图也是控制阀的横剖面，从控制阀到油缸的通道和阀的功能能清楚的显示出来。压力油流进控制阀轴套的环形槽，之后，通过三个对称分布的辐射状孔流入阀体内部的弧形控制槽。（阀体和控制轴套的控制槽的位置这样设置：）阀在中间位置时，压力油通过感应口（J和K）流进位于控制轴套上也是弧状的轴槽内（N和O），再通过圆孔进入工作缸的两面。只要转向阀在中间位置，油就能流进工作缸的两面以及阀体的三个回油槽内，并从回油槽回到油罐。当方向盘顺时针旋转（右打方向盘）时，右旋向的活塞被推到右边（图2），因为活塞缸的运动由压力油助力，所以压力油必须直接进入左油缸。阀体的控制槽顺时针运动，感应口（K）开的更大以利于压力油的供应，但是，感应口（J）关闭，阻止压力油流入轴槽（O）和控制轴套内。如图2所示阀的位置，压力油通过感应口（K）流到控制轴套上轴槽（N）内，并经行星螺纹到左油缸，这样，液压油推动了活塞运动。封闭的感应口防止液压油回流到油罐。来自于右油缸的油已被压缩，压缩油经阀体上回油槽流到打开的回油口（M），阀体里的中间位置油孔使得该压缩油不断流回到油罐。当方向盘逆时针转动（左打方向盘）（图3），右油缸的压力油推动活塞向左移动，阀体上的控制槽因而作逆时针运动，压力油通过打开的感应口（J）流向轴槽（O），这样，就打开了到右油缸的通道，左油缸的压力油通过行星螺纹和打开的回油口（L）流到阀体上的回油槽，由阀体里的中心位置油孔到油罐的通口是打开的。3．限位调整装置欧曼中、重型载货汽车维修手册·208·T调整螺栓V滑动套X调整螺栓图4还未调整时，滑动套的位置注意：滑动套和普通螺栓不能互换为保护在转向极限位置时转向系连杆和转向油泵不过载，防止油温过高，ZF转向器带有自动转向限位调整装置。这个装置装于液压缸内。双作用转向限位阀沿着轴向位于活塞B上，它自带重型弹簧阀销（T和U，图中未画出U。），长度超出左右活塞面（图4）。转向限位阀一直处于关闭状态，当活塞沿轴向被向左或向右推动了一定距离时，阀销T和U碰到调整螺栓（装于侧盖上）上的分布的，作用在轴上的液压径向力平衡，泵的排量是由转子叶片的宽度和转速决定的。泵的输出压力是由转向系统的阻力决定的。转向泵自身带有流量控制阀和压力控制阀。流量控制特性：中速以后可以控制流量达到预期的稳定流量压力控制特性：全转速范围内可以控制转向系统的最大压力4．流量控制原理稳定流量控制下降流量控制恒流量控制原理：当介质通过流量控制阻尼孔时产生压差，流量越大则压差越大，直接反馈在滑阀的两端，打破了滑阀的平衡状态，需滑阀移动位置溢出部分流量，重新建立平衡状态，因此，稳定了流量控制阻尼孔的输出流量。下降流量控制原理：变阻尼流量下降控制、射流式流量下降控制、遮盖式流量下降控制。第七章动力转向系统·209·5．压力控制原理当负载压力达到转向泵开启压力（即最大压力）时，使滑阀中的锥阀被打开，形成泄荷流量，同时在压力控制阻尼孔两端形成压差，并且反馈在滑阀的两端，打破了滑阀的平衡状态，需滑阀移动位置溢出全部流量。限定了最高压力。6．转向油罐及管路液压动力转向是一个封闭的循环系统，要求全系统封闭。转向油罐里安装有油尺和滤清器，由于叶片泵的吸入能力较差，系统采用回油滤清，即滤清器安装在系统的回油端。这就要求转向油罐清洁密封。油罐和管路一旦进入杂质，则叶片泵受害首当其冲，使用中应特别加以注意。7．转向横、直拉杆转向直拉杆的作用是将转向器的液压力矩通过转向摇臂与转向节臂传递给车轮，再将地面作用给车辆的回位力矩传递给转向器，它的前接头与转向摇臂相连，后接头与转向节臂相连。其中，转向前接头上的螺母，可以调整转向直拉杆的长度，从而保证转向器直线行驶位置和车轮直线行驶位置一致，减少汽车直线行驶位置的自由行程，提高转向的灵敏度。在转向轮偏转而且因悬架弹性变形而相对于车架跳动时，转向直拉杆与转向摇臂及转向节臂的相对运动都是空间运动。因此，为了不发生运动干涉，三者之间的连接都是球形铰接。转向横拉杆的作用是连接左右转向节臂，它的长度可调，从而调整转向轮的前轮前束。8．动力转向辅助装置动力转向辅助装置由储油罐、油管、滤清器等组成。液压动力转向是一个封闭的循环系统，要求全系统封闭。储油罐里安装有油尺和滤清器，由于叶片泵的吸人能力较差，系统采用回油滤清，即滤清器安装在系统的回油端。这就要求储油罐清洁密封，储油罐一旦进入杂质，则叶片泵将会受到损害，使用中应特别加以注意。7.2转向助力系统主要部件的拆卸和装配7.2.1转向助力泵的拆卸①将助力泵后端盖卡簧拆卸下来。②拆卸后端盖，取出压紧弹簧。③取出转子组件和分油盘。④取出转子轴油封，将轴承外圈卡簧拆卸。⑤用木榔头将转向泵轴及轴承打出。⑥拆卸流量控制阀与安全阀组件。⑦拆卸轴承内圈卡簧，从轴上取出轴承。⑧用专用胎具将滚针轴承及支架打出。⑨从泵壳中取出后端盖密封圈。7.2.2转向机的拆卸①将左、右限位阀拆卸下来。②拆卸侧面端盖固定螺栓和中央调整螺栓锁紧螺母，将调整螺栓向里拧进，侧面端盖将会拆下。③将转向扇形齿轮轴拆下来。④拆卸转向器上盖固定螺栓。⑤将活塞组件与上端盖从转向机壳中抽出。⑥拆卸转向轴输出端轴承定位卡簧，将轴承压出转向机壳。⑦用专用扳手拆卸活塞上的螺纹盖(固定转向螺母的螺纹盖与活塞螺纹连接)。⑧从活塞中取出转向螺母及螺纹组件以及轴承。⑨拆卸路感阀及滑阀支承螺栓。欧曼中、重型载货汽车维修手册·210·⑩从活塞上取出路感阀及滑阀。⑪拆卸循环球导轨护罩固定螺钉，取出所有的钢球，保存好。取出转向螺母。⑫用专用工具将螺纹盖从上盖旋下。⑬从上盖内取出转向螺杆、