汽车动力转向系统的维护与维修

1内容摘要转向系统是整车系统中最重要的组成系统之一，其功用是通过方向盘来操纵来控制汽车的行进方向，最终达到驾驶员的驾驶意图。汽车工业随着机械和电子技术的发展而不断前进，转向系统已经从机械转向系统演变为液控动力转向系统HPS（HydraulicPowerSteering）。随着上世纪五十年代起，液压动力转向系统在汽车上的应用，标志着转向系统革命的开始。该液压系统一般与发动机相连，当发动机启动的时候，一部分发动机能量提供汽车前进的动能，另外一部分则为液压系统提供动力。这助力转向系统主要的特点是液压力支持转向运动，减轻驾驶员疲劳强度，并在受到路面传来的偶然冲击及汽车意外地偏离行驶方向时，能与行驶系统配合共同保持汽车继续稳定行驶，改善了汽车转向的轻便性和汽车运行的稳定性。本文阐述了汽车动力转向系统各个部分的组成及工作原理，同时提出了一系列解决汽车液控动力转向相关故障的维修方案。关键词：汽车动力转向系统，工作原理，故障，维修。目录摘要………………………………………………………………………………1第一章汽车转向系统的概述………………………………………………11.1汽车转向系统……………………………………………………………11.2汽车动力转向系统概述…………………………………………………11.2.1动力转向系统的优点………………………………………………11.2.2对动力转向系统的期望……………………………………………21.2.3液压式动力转向系统的组成………………………………………21.3汽车转向系统工作原理…………………………………………………31.3.1汽车转向原理及基本特性…………………………………………31.3.2动力转向系统的工作原理…………………………………………4第二章汽车转向系统的故障诊断………………………………………62.1动力转向系故障的主要现象……………………………………………62.2动力转向系统故障诊断…………………………………………………62.2.1动力转向系转向不足或转向沉重…………………………………62.2.2怠速时原地转动转向盘其抖动或停车的骤间转向盘抖动………62.2.3转向盘自由行程过大与转向不灵敏………………………………72.2.4行驶中动力转向泵内有异响声与前轮摆振………………………72.2.5电控动力转向系统ECU端故障检查………………………………82.3转向系仪器检测…………………………………………………………82.3.1转向盘转向力的检测………………………………………………92.3.2转向盘自由转动量的检测…………………………………………10第三章汽车动力转向系统的故障进行维修……………………………113.1转向操纵机构的维修……………………………………………………113.2转向器的维修……………………………………………………………113.3转向传动机构的维修……………………………………………………12谢辞………………………………………………………………………………16参考文献…………………………………………………………………………1741第一章汽车转向系统的概述1.1汽车转向系统用来改变或保持汽车行驶或倒退方向的一系列装置称为汽车转向系统(steeringsystem)。汽车转向系统的功能就是按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。汽车转向系统对汽车的行驶安全至关重要，因此汽车转向系统的零件都称为保安件。汽车转向系统和制动系统都是汽车安全必须要重视的两个系统。1.1.1汽车动力转向系统概述汽车在行驶的过程中,需按驾驶员的意志改变其行驶方向。就轮式汽车而言,实现汽车转向的方法是,驾驶员通过一系列的传动机构,使汽车转向桥(一般是前桥)上的车轮(转向轮)相对于汽车纵横线偏转一定角度。这一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，即称为汽车转向系统。汽车转向系统分为两大类：机械转向系统和动力转向系统。机械转向系统完全靠驾驶员手力操纵的转向系统。动力转向系统是借助动力来操纵的转向系统。动力转向系统又可分为液压动力转向系统和电动助力动力转向系统。1.2汽车动力转向系统概述动力转向系统是利用发动机的动力来帮助司机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司机进行转向，故应称之为动力助力转向系统。它最初主要是为了减小司机施加到方向盘上的转向力而应用到汽车上的。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，最广泛的应用的是液压动力转向，另外还有刚开始推广应用的电动动力转向。目前在国内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的应用。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。1.2.1动力转向系统的优点：(1)减轻方向盘上的转向力，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方向盘的圈数。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；42(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。1.2.2对动力转向系统的期望(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。动力转向器的应用趋势及类型特点(1)动力转向按其动力源可分为三类：气压式、液压式、电动式。目前气压式已经在开发研究阶段，电动式在国外已经开始实际应用，国内则尚处于开发阶段，而使用最多的是液压式，其中还包括了增加电子控制系统的速度感应式动力转向器。(2)液压式动力转向系统按其布置型式分为：整体式、置式。整体式的特点是机械转向机、控制阀、助力缸包含在一个总成内。置式的特点是机械转向机与助力缸分开。1.2.3液压式动力转向系统的组成转向操纵机构图1-2转向操纵机构由方向盘、转向轴、转向管柱等组成，它的作用是将驾驶员转动转向盘的操纵力传给转向器。转向传动机构转向传动机构的功用是将转向器输出的力和运动传到转向桥两侧的转向节，使两侧转向轮偏转，且使二转向轮偏转角按一定关系变化，以保证汽车转向时车轮与地面的相对滑动尽可能小。转向直拉杆43转向直拉杆的作用是将转向摇臂传来的力和运动传给转向梯形臂(或转向节臂)。它所受的力既有拉力、也有压力，因此直拉杆都是采用优质特种钢材制造的，以保证工作可*。直拉杆的典型结构如图1-5在转向轮偏转或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，为了不发生运动干涉，上述三者间的连接都采用球销。图1-51.螺母2.球头销3.橡胶防尘垫4.螺塞5.球头座6.压缩弹簧7.弹簧座8.油嘴9.直拉杆体10.转向摇臂球头销转向减振器随着车速的提高，现代汽车的转向轮有时会产生摆振（转向轮绕主销轴线往复摆动，甚至引起整车车身的振动），这不仅影响汽车的稳定性，而且还影响汽车的舒适性、加剧前轮轮胎的磨损。在转向传动机构中设置转向减振器是克服转向轮摆振的有效措施。转向减振器的一端与车身（或前桥）铰接，另一端与转向直拉杆（或转向器）铰接。1.3汽车转向系统工作原理1.3.1汽车转向原理及基本特性若使汽车能顺利转向，各车轮不产生滑动，转向车轮须同向偏转，且所有车轮需要绕着一个转向中心转动，保证各车轮在转向过程中均为纯滚动。如图1-1所示，汽车四个车轮A、B、C和D转轴的延长线相交于一点O，O点即为车轮的转动中心，四个车轮的运动轨迹形成同心圆。图1-1车轮的运动轨迹44这就是汽车转向基本特性。当车轮转向机构的几何关系为平行四边形转向机构时，转向车轮的偏转角度相同(见图1-2a)，四个车轮转轴延长线交汇点有两个，因而形成两个转动中心，转向车轮不能实现纯滚动，其转向过程异常。为满足汽车转向基本特性，运用阿克曼原理，转向机构的几何关系呈梯形(见图1-2b)。梯形转向机构由梯形臂和横拉杆组成。梯形转向机构使两侧转向车轮偏转时形成一个转向中心，即汽车的四个车轮均绕着一个点转动。此时内、外侧转向车轮偏转角度不相等，内侧车轮偏转角α比外侧车轮偏转角β大(见图1-3)。图1-2前轮的运动轨迹图1-3转向车轮偏转角的转角差在车轮为刚体的假设条件下，内、外侧转向车轮偏转角的理想关系式为：cotβ=cotα+B/L式中：B——两侧主销轴线与地面交点之间的距离，也称为轮距；L——汽车轴距。由转向中心O到外转向轮与地面接触的距离R称为汽车的转弯半径。转弯半径越小，则汽车转向所需场地越小，其机动性越好。由图1-3可知，当前外转向轮偏转角达到最大值βmax时，转弯半径R有最小值。在图示理想情况下，最小转弯半径Rmin与βmax的关系为:Rmin=L/sinβmax1.3.2动力转向系统的工作原理动力转向系统是在机械式转向系统的基础上加一套动力辅助装置组成的。如下图，转向油泵6安装在发动机上，由曲轴通过皮带驱动并向外输出液压油。转向油罐5有进、出油管接头，通过油管分别与转向油泵和转向控制阀2联接。转向控制阀用以改变油路。机械转向器和缸体形成左右两个工作腔，它们分别通过油道和转向控制阀联接。当汽车直线行驶时，转向控制阀2将转向油泵6泵出来的工作液与油罐相通，转向油泵处于卸荷状态，动力转向器不起助力作用。当汽车需要向右转向时，驾驶员向右转动转向盘，转向控制阀将转向油泵泵出来的工作液与R腔接通，将L45腔与油罐接通，在油压的作用下，活塞向下移动，通过传动结构使左、右轮向右偏转，从而实现右转向。向左转向时，情况与上述相反。液压动力转向系统示意图l.转向操纵机构2.转向控制阀3.机械转向器与转向动力缸总成4.转向传动结构5.转向油罐6.转向油泵R.转向动力缸右腔L.转向动力缸左腔46第二章汽车转向系统的故障诊断2.1动力转向系故障的主要现象转向系用来改变或回复汽车的行驶方向，它有机械转向系和动力转向系之分。这里仅介绍动力转向系，动力转向系则是在机械转向系的基础上，增加了一套转向油泵，转向控制阀和转向动力缸组成的转向助力装置。转向系出现故障，会影响汽车行驶方向和行驶稳定性，还关系汽车的行驶方向。转向不灵敏的现象：汽车行驶转向时，需用较大幅度转动方向盘才能控制汽车的行驶方向，感到转向盘松旷量很大，有明显的间隙感，且在行驶时汽车方向不稳定。前轮摆震的现象主要是：汽车在中高速或者是某一个较高速运行时，转向轮绕主销摆振，汽车行驶不稳，严重时转向盘抖动，有振手的感觉。动力转向器装置噪声的主要现象是：发动机启动后或者车辆行驶过程中，液压助力装置发出不正常的响声。2.2动力转向系故障的诊断与检修转向系常见的故障为转向沉重，转向不灵敏，前轮摆震等。动力转向系助力不足或转向沉重的主要现象是：装有液压助力转向器的车辆，转向时转向盘沉重或者存在忽轻忽重的现象。2.2.1动力转向系转向不足或转向沉重转向油泵驱动皮带松弛或者损坏；转向油泵工作不良，油泵压力过低；储油罐油面过低；液压助力系统内有空气或者泄露；液压管路扭曲，折皱或者破裂漏油；压力流量限制阀弹簧弹力下降或者密封不良；转向控制阀，助力缸工作不良；转向器润滑不良或者轴承齿合间隙调整不当；转向柱弯曲变形，转向器或者转向柱的轴轴承损坏；齿条弯曲变形或者与衬套配合过紧；横直拉杆球头润滑不良或者调整不当；转向主销转向节润滑不良；轮胎气压过低等等。故障诊断与排除：检查转向油泵驱动皮带，损坏或者断裂应更换；若皮带过松，应调整驱动皮带张