第12章动力转向系

第十二章动力转向系第十二章动力转向系第一节液压动力转向系的基本组成和工作原理第二节液压动力转向系的主要部件第三节液压动力转向系的检修第四节液压动力转向系的故障诊断第五节电控动力转向系的结构、原理、故障诊断与检修第十二章动力转向系第一节液压动力转向系的基本组成和工作原理一、动力转向系的功用和分类机械转向系中很难同时满足转向轻便和转向灵敏的要求，因此越来越多的车辆上装有动力转向系。动力转向系将发动机输出的部分机械能转换为压力能，对转向器施加液压或气压作用力，以减小驾驶员转动转向盘的操纵力，减轻驾驶劳动强度，尤其在低速或车辆原地转向时使操作更加轻便。第十二章动力转向系动力转向系建立在机械转向系的基础上，一般由机械转向器、转向控制阀、转向动力缸、转向油泵、转向油罐等组成。动力转向系按传递动力介质的不同分为气压式和液压式两种。液压式动力转向系按液流形式可以分为常流式和常压式，按转向控制阀的运动方式又可以分为滑阀式和转阀式。由于液压式动力转向系应用广泛，在各种货车和轿车上都有应用，所以本节仅介绍液压式动力转向系。第十二章动力转向系二、液压式动力转向系的组成和工作原理1．常流式液压动力转向装置图12-1-1所示为常流式液压动力转向装置的基本组成，主要包括转向油罐、转向油泵、转向控制阀、转向动力缸等。不转向时，转向控制阀保持开启，转向动力缸活塞两边的工作腔由于都与低压回油管相通而不起作用。转向油泵输出的油液流入转向控制阀，又由此流回转向油罐。因转向控制阀的节流阻力很小，故转向油泵输出压力也很低，转向油泵实际处于空转状态。第十二章动力转向系图12-1-1常流式液压动力转向装置的基本组成第十二章动力转向系2．常压式液压动力转向装置图12-1-2所示为常压式液压动力转向装置，其基本组成主要包括转向油罐、转向油泵、储能器、转向控制阀、转向动力缸等。在汽车直线行驶时，转向盘保持中立位置，转向控制阀经常处于关闭位置，转向油泵输出的压力油充入储能器。储能器压力达到规定值后，转向油泵即自动卸荷空转，从而使储能器压力得以限制在该规定值以下。第十二章动力转向系当转动转向盘时，机械转向器即通过转向摇臂等杆件使转向控制阀转入开启位置。此时，储能器中的压力油即流入转向动力缸，动力缸输出的液压作用力作用在转向传动机构上，以帮助机械转向器输出动力。转向盘一停止转动，转向控制阀便随之回到关闭位置，于是转向助力作用终止。第十二章动力转向系图12-1-2常压式液压动力转向装置第十二章动力转向系第二节液压动力转向系的主要部件一、转向油罐转向油罐的功用是储存、滤清并冷却液压动力转向系统的工作油液，其结构如图12-2-1所示。第十二章动力转向系图12-2-1转向油罐的结构第十二章动力转向系二、转向油泵1．功用转向油泵是液压式动力转向装置的动力源，由发动机驱动，其功用是将发动机的机械能变为驱动转向动力缸工作的液压能。2．类型转向油泵的结构类型有多种，常见的有齿轮式、转子式和叶片式，分别如图12-2-2、图12-2-3和图12-2-4所示。第十二章动力转向系图12-2-2齿轮式转向油泵第十二章动力转向系图12-2-3转子式转向油泵第十二章动力转向系图12-2-4叶片式转向油泵第十二章动力转向系3．双作用叶片式转向油泵1)结构目前最常用的是双作用叶片式转向油泵，其结构如图12-2-5所示，驱动轴上压有一个皮带轮并由曲轴上的皮带轮通过皮带驱动转向油泵。第十二章动力转向系油泵主要由转子、定子、配油盘、壳体、驱动轴等组成。转子上均匀地开有10个径向叶片槽，槽内装有可径向滑动的矩形叶片。当转子转动时，在离心力的作用下叶片顶端可紧贴在定子的内表面上。在转子和定子的两个侧面上各有一配油盘，转子的宽度稍小于定子的宽度，以免转子卡死。两配油盘和定子一起装在壳体内，不能移动或转动。两配油盘与定子相对的端面上各开有对称布置的腰形槽，分别与进油口和出油口相连。定子内表面曲线近似于椭圆形，使得在转子、定子叶片和左右配油盘之间形成若干个密封的工作室。工作室容积大小随转子旋转实现“由小变大，由大变小”的往复循环变化。第十二章动力转向系图12-2-5双作用叶片式转向油泵第十二章动力转向系2)工作原理双作用叶片式转向油泵的工作原理如图12-2-6所示。当发动机带动油泵逆时针旋转时，叶片在离心力的作用下紧贴在定子的内表面上，工作容积开始由小变大，从进油口吸进油液，而后工作容积由大变小，压缩油液，经出油口向外供油。再转180º，又完成一次吸压油过程。双作用式叶片转向油泵有两个工作腔，转子每转一周，每个工作腔都各自吸压油一次；单作用式叶片泵的转子每转一周，叶片在转子槽内作往复伸缩运动各一次，完成一次吸压油。第十二章动力转向系图12-2-6双作用叶片式转向油泵的工作原理第十二章动力转向系三、动力转向器1．滑阀式动力转向器滑阀式动力转向器的滑阀沿轴向移动以控制油液的流向和流量，如图12-2-7所示。滑阀式动力转向器主要由机械转向器、转向动力缸和转向控制阀等组成。第十二章动力转向系图12-2-7滑阀式动力转向器第十二章动力转向系滑阀式动力转向器的工作原理介绍如下。(1)当汽车右转向时，顺时针转动转向盘，转向螺杆便随之转动，但转向螺母因车轮转向阻力较大不能立即作轴向移动，反而迫使转向螺杆带动滑阀并克服回位弹簧及反作用阀一侧的油压向右作轴向移动，致使滑阀进油口P与通向动力缸左腔的油道A相通，关闭P与通向动力缸右腔的油道B，使油道B与回油口O接通。此时，从转向油泵输出的高压油进入动力缸左腔，推动活塞向右移动，使之对转向起助力作用，而动力缸右腔的油液则通过油道B流回油罐。第十二章动力转向系当转向盘转过某一角度而停止转动时，在被压缩的回位弹簧的弹簧力作用下，滑阀又被压回原中立位置停下，于是，从转向油泵送来的油不再流入动力缸，转向助力作用消失，车轮也停止偏转，这样就使转向车轮对转向盘保持随动作用。当汽车已转入新的方向并需要保持直线行驶时，驾驶员应立刻放松转向盘。在回正力矩的作用下，转向摇臂和转向螺母回位；在转向螺母的轴向推力作用下，转向盘和转向轴也一起转回中立位置；与此同时，滑阀也在回位弹簧的作用下回到中立位置。第十二章动力转向系(2)当汽车左转向时，逆时针转动转向盘，转向螺杆便随之转动，同样，转向螺母因车轮转向阻力作用不能立即作轴向移动，而使转向螺杆带动滑阀向左作轴向移动，致使滑阀进油口P与通向动力缸右腔的油道B相通，关闭P与通向动力缸左腔的油道A，接通A与回油口O。此时，从转向油泵输出的高压油进入动力缸右腔，推动活塞左移，使之对转向起助力作用，而动力缸左腔的油液则通过油道A流回油罐。第十二章动力转向系(3)汽车直行时，滑阀位于如图12-2-7所示的中间位置，滑阀内各油路均相通。动力缸活塞的两侧均与回油路连通，活塞不动。从转向油泵输出的油液经节流口与溢流阀、滑阀、管路等返回油罐。此时动力转向系没有助力作用，汽车保持直线行驶。第十二章动力转向系(4)回位弹簧应有一定的安装预紧力，以保证汽车直线行驶时滑阀处于中间位置，使动力转向器停止工作。在转向开始滑阀移动前，油路中的油压不高，所以驾驶员作用在转向盘上的切向力主要用来克服回位弹簧的预紧力。因此，回位弹簧预紧力的大小控制了动力转向起作用的时刻。第十二章动力转向系在转向过程中，作用在转向盘上的切向力除用来克服回位弹簧的作用力以外，还需克服液压力对反作用阀的作用力。在动力缸高压腔内的油液其压力是随转向阻力变化而变化的，且在转向油泵负荷范围内二者相互平衡。例如当转向阻力增大时，滑阀的位移也增大，致使动力缸油液压力增大，直至油液压力与转向阻力达到平衡为止。这样就使作用在反作用阀上的油液压力随转向阻力的变化而变化，故驾驶员作用在转向盘上的力就与转向阻力有关，这就使动力转向有了“路感”的效果。第十二章动力转向系2．转阀式动力转向器转阀式动力转向器也是由机械转向器、转向动力缸和转向控制阀等组成的，其阀体绕其圆心转动来控制油液的流向和流量。转阀式转向控制阀如图12-2-8所示，主要由阀体、阀套、阀芯及扭杆等组成。阀套制成圆筒形，外表面切有3条较宽深的环形槽和3条较浅窄的环形槽。宽深的槽是油槽，其底部有与内壁相通的孔。窄浅的槽用于安装密封圈。阀套与转向齿轮制成一体。第十二章动力转向系图12-2-8转阀式转向控制阀第十二章动力转向系阀芯也呈圆筒形，其外表面与阀套滑动配合，二者可以相对转动。阀芯与阀套配合间隙很小，配合精度很高，组成偶件，不可单独更换。阀芯外表面也切成与阀套相对应的8条不贯通的纵向槽，并形成8条台肩，相间的4条台肩开有径向贯通油孔。阀芯通过销2、7与扭杆和转向轴相连，因而转向轴可通过扭杆带动转向齿轮转动。扭杆弹簧安装在阀芯的孔中，转向时由于转向阻力矩可使扭杆弹簧产生弹性变形。第十二章动力转向系该转阀具有4个互相连通的进油口P，通道A、B分别与动力缸的左、右腔连通。当阀芯顺时针转过一个很小的角度时，从液压泵来的压力油经进油口P流入4个通道A或B，继而进入动力缸的一个腔内。另外4个通道B或A的进油道被隔断，压力油不能进入，因而动力缸另一腔的低压油在活塞的推动下经出油口O流回储油罐。第十二章动力转向系转阀式动力转向器的工作原理如下。(1)汽车右转向时，转向轴连同阀芯被顺时针转动，由于受到路面传来的转向阻力，动力缸活塞和转向齿条暂时不能运动，所以转向齿轮暂时不能随转向轴转动。这样，由转向轴传到转向齿轮的转矩只能使扭杆产生少许变形，使转向轴得以相对转向齿轮转过少许角度，两者产生相对角位移，如图12-2-9所示。进油口P与通道A相通，通道B与出油口O相通，从而转阀使动力缸左腔成为高压油腔，右腔则成为低压油腔。作用在动力缸活塞上的向右的液压作用力帮助转向齿轮迫使转向齿条向右移动，转向车轮开始向右偏转。第十二章动力转向系同时，转向齿轮本身也开始与转向轴同向转动。只要转向盘继续转动，扭杆的扭转变形便一直保持不变，转向控制阀所处的右转向位置也不变。一旦转向盘停止转动，动力缸暂时还继续工作，导致转向齿轮继续转动，使扭杆的扭转变形减小，直到扭杆恢复自由状态，转阀回到中立位置，动力缸停止助力。此时，转向盘即停在某一位置上不动，则车轮转角也保持一定。若转向盘继续转动，动力缸又继续工作。第十二章动力转向系图12-2-9右转向时转阀的工作位置第十二章动力转向系(2)汽车向左转向时，转向轴连同阀芯被逆时针转动，同样由于受到路面传来的转向阻力，由转向轴传到转向齿轮的转矩只能使扭杆产生少许变形，使转向轴得以相对转向齿轮转过少许角度，两者产生相对角位移，如图12-2-10所示。进油口P与通道B相通，通道A与出油口O相通，从而转阀使动力缸右腔成为高压油腔，左腔则成为低压油腔。作用在动力缸活塞上的向左的液压作用力帮助转向齿轮迫使转向齿条向左移动，转向车轮开始向左偏转。第十二章动力转向系(3)当汽车直行时，转阀处于中立位置，如图12-2-11所示。动力缸两腔相通，并与进油口P和出油口O通过阀芯径向油道相通，压力油流回转向油罐。因此，转向动力缸不起助力作用。第十二章动力转向系图12-2-10左转向时转阀的工作位置第十二章动力转向系图12-2-11直线行驶时转阀的工作位置第十二章动力转向系(4)在转动过程中，若转向盘转动的速度快，则阀体与阀芯的相对角位移量也大，左、右动力腔的油压差也相应增大，车轮偏转速度加快；若转向盘的转动速度慢，则车轮偏转的速度也慢；若转向盘转到某一位置不动，对应着车轮也转到某一相应位置上不动。这就是转向控制阀的所谓“渐进随动原理”。转向后需要回正时，只要驾驶员放松转向盘，阀芯即回到中间位置，失去了助力作用，此时车轮在回正力矩的作用下自动回位；若驾驶员同时回转转向盘，则转向助力器起作用，帮助车轮回正。第十二章动力转向系当汽车直线行驶偶然遇到外界阻力使车轮发生偏转时，阻力矩通过转向传动机构、转向齿轮作用在阀体上，使之与阀芯产生相对角位移，这时动力缸左、右油腔形成压差，产生与车轮转向相反的助力作用，在此力的作用下，车轮迅速回正，保证了汽车行驶的方向稳定性。如果液压动力装置失效，则该动力转向器即变成机械转向器。此时转动转