重卡转向系统

系统概述结构原理故障分析一、转向系统概述•定义：当汽车需要改变行驶方向时，必须使转向轮绕主销轴线偏转一定角度，直到新的行驶方向符合驾驶员的要求时，再将转向轮恢复到直线行驶位置。这种由驾驶员操纵，转向轮偏转和回位的一整套机构，称为汽车转向系。•功用：按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。•分类：•1、完全靠驾驶员手力操纵的转向系统称为机械转向系统。•2、借助动力来操纵的转向系统称为动力转向系统。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，以及气压动力转向系统。1.1、转向系统的结构•机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。•动力转向系统在机械转向系统的结构上加装动力助力系统。机械转向系统结构图动力转向系统结构图1.1.1、转向操纵机构转向操纵机构是由从转向盘到转向传动轴这一系列零部件组成，主要有转向盘、转向轴、转向轴轴承和转向柱管等安全式转向柱是在转向柱上设置能量吸收装置，当汽车紧急制动或发生撞车事故时，吸收冲击能量，减轻或防止冲击对驾驶员的伤害。当汽车发生碰撞时，转向器总成对转向柱施加轴向冲击力（第一次冲击），将连接上、下转向轴的塑料销钉切断，下转向轴便套在上转向轴上向上滑动，如图。在这一过程中，上转向轴和上柱管的空间位置没有因冲击而上移，故可使驾驶员免受伤害。如果驾驶员的身体因惯性撞向转向盘（第二次冲击），则连接橡胶垫与柱管托架的塑料销钉被切断，托架脱离橡胶垫，即上转向轴和上转向柱管连同转向盘、托架一起，相对于安全式转向柱下转向轴和下转向柱管向下滑动，从而减缓了对驾驶员胸部的冲击。在上述两次冲击过程中，上、下转向柱管之间均产生相对滑动。因为钢球的直径稍大于上、下柱管之间的间隙，所以滑动中带有对钢球的挤压，冲击能量就在这种边滑动边挤压的过程中被吸收。1.1.2、常见转向器齿轮齿条式转向器结构图齿轮齿条式转向器基本结构是一对相互啮合的小齿轮和齿条。转向轴带动小齿轮旋转时，齿条便做直线运动。有时，靠齿条来直接带动横拉杆，就可使转向轮转向。所以，这是一种最简单的转向器。它的优点是结构简单，成本低廉，转向灵敏，体积小，可以直接带动横拉杆。在汽车上得到广泛应用。齿轮齿条式循环球式循环球式转向系统主要由壳体、侧盖、上盖、下盖、循环球螺杆、齿条螺母、扇齿轴组成。其中有两对传动副：一对是螺杆、螺母，另一对是齿条、齿扇或扇齿轴。在螺杆和齿条螺母之间装有可循环滚动的钢球，使滑动摩擦变为滚动摩擦，从而提高了传动效率。这种转向器的优点是，操纵轻便，磨损小，寿命长。缺点是结构复杂，成本较高，转向灵敏度不如齿轮齿条式。循环球式转向器结构图它是以蜗杆为主动件，曲柄销为从动件的转向器。蜗杆具有梯形螺纹，手指状的锥形指销用轴承支承在曲柄上，曲柄与转向摇臂轴制成一体。转向时，通过转向盘转动蜗杆、嵌于蜗杆螺旋槽中的锥形指销一边自转，一边绕转向摇臂轴做圆弧运动，从而带动曲柄和转向垂臂摆动，再通过转向传动机构使转向轮偏转。这种转向器通常用于转向力较大的载货汽车上。蜗杆曲柄指销式1.1.3、转向传动机构转向传动机构是指从转向器至转向轮之间的一整套杆件。其作用是将转向器输出的力传给转向轮，使之偏转以实现汽车的转向。一般汽车的转向传动机构由转向摇臂、直拉杆、转向节臂、左右梯形臂、横拉杆等组成。球销连接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的，为了不发生运动干涉，上述三者的连接都采用球销，其结构如下图。1.2、转向系统的内外轮匹配图3、理想状态下内、外轮转向关系当汽车转弯行驶时，内外转向轮必须满足一定的转角关系（梯形保证），以避免由于运动的不协调而产生的不必要的轮胎磨损。具体来说，内外轮转动瞬心交于后轴延长线上，见右图。各转角的关系如下：二、液压动力转向系统1、简介液压助力转向系统主要由机械部分和液压助力装置两部分组成。机械部分由转向传动副、转向摇臂、纵拉杆总成、横拉杆总成、转向节臂、转向主销、转向节主销套、转向节压力轴承及转向节等组成。液压助力装置部分由液压助力器、贮油箱、转向油泵及管路等组成。动力转向系统由于使转向操纵灵活、轻便，在设计汽车时对转向器结构形式的选择灵活性增大，能吸收路面对前轮产生的冲击等优点，因此已在各国的汽车制造中普遍采用。2、分类•按控制方式分类：机械液压助力转向系统，电子液压助力转向系统•按系统内液流方式分类常压式液压助力，常流式液压助力•按助力器阀体运动方式分类滑阀式转向系统，转阀式转向系统电子液压助力的原理与机械液压助力基本相同，不同的是油泵由电动机驱动，同时助力力度可变。车速传感器监控车速，电控单元获取数据后通过控制转向控制阀的开启程度和电机转速改变油液压力，使汽车低速行驶时，转向助力大，转向轻便，高速行驶时，转向助力小，转向较重。机械液压助力转向系统机构图电子液压助力转向系统机构图2.1、液压动力转向助力系统机械式助力转向提供液压的液压泵由发动机通过皮带驱动，也就是说只有发动机运转，转向泵才能够运转，这就是为什么发动机熄火后方向盘助力消失的原因。常压式液压助力系统的特点是无论方向盘处于正中位置还是转向位置、方向盘保持静止还是在转动，系统管路中的油液总是保持高压状态。常流式液压转向助力系统的转向油泵始终工作，当液压助力系统不工作时，油泵处于空转状态，管路的负荷要比常压式小，现在大多数液压转向助力系统都采用常流式。2.2、常流式液压转向系统结构布置方案2.3、常流滑阀式转向装置工作原理汽车直线行驶滑阀在复位弹簧的作用下保持在中间位置。转向控制阀内各环槽相通，自油泵输送出来的油液进入阀体环槽A之后，经环槽B和C分别流入动力缸的R腔和L腔，同时又经环槽D和E进入回油管道流回油罐。这时，滑阀与阀体各环槽槽肩之间的间隙大小相等，油路畅通，动力缸因左右腔油压相等而不起加力作用。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都与低压回油管路相通而不起作用，油泵负荷很小，整个系统处于低压状态。汽车右转向驾驶员通过转向盘使转向螺杆向右转动。开始时，转向螺母暂时不动，具有左旋螺纹的螺杆在螺母的推动下向右轴向移动，带动滑阀压缩弹簧向右移动，消除左端间隙h。此时环槽C与E之间，A与B之间的油路通道被滑阀和阀体相应的槽肩封闭。而环槽A与C之间的油路通道则增大，油泵送来的油液自A经C流入动力缸的L腔，成为高压油区。R腔油液经环槽B、D及回油管流回储油罐，动力缸的活塞右移，使转向摇臂逆时针转动，从而起加力作用。“随动”作用的实现很显然，只要转向盘和转向螺杆继续转动，加力作用就一直存在。当转向盘转过一定角度保持不动时，转向螺杆作用于转向螺母的力消失，但动力缸活塞仍继续右移，转向摇臂继续逆时针方向转动，其上端拨动转向螺母，带动转向螺杆及滑阀一起向左移动，直到滑阀恢复到中间稍偏右的位置。此时L腔的油压仍高于R腔的油压。此压力差在动力缸活塞上的作用力用来克服转向轮的回正力矩，使转向轮的偏转角维持不动，这就是转向的维持过程。如转向轮进一步偏转，则需继续转动转向盘，重复上述全部过程。回正原理松开转向盘，滑阀在回位弹簧和反作用柱塞上的油压的作用下回到中间位置，动力缸停止工作。转向轮在前轮定位产生的回正力矩的作用下自动回正，通过转向螺母带动转向螺杆反向转动，使转向盘回到直线行驶位置。如果滑阀不能回到中间位置，汽车将在行驶中自动跑偏。“路感”传递反作用柱塞即能起“路感”作用。在对装的反作用柱塞的内端，复位弹簧所在的空间，转向过程中总是与动力缸高压油腔相通。此油压与转向阻力成正比，作用在柱塞的内端。转向时，要使滑阀移动，驾驶员作用在转向盘上的力，不仅要克服转向器内的摩擦阻力和复位弹簧的张力，还要克服作用在柱塞上的油液压力。所以，转向阻力增大，油液压力也增大，驾驶员使于转向盘上的力也必须增大，使驾驶员感觉到转向阻力的变化情况。这种作用就是“路感”。液压长流滑阀式动力转向系统，结构复杂、体积大，所以大多应用于大型货车、客车和工程机械上。而小型汽车上主要应用的是液压长流转阀式动力转向装置。2.3.1、黄河JN1181C13型汽车滑阀整体式动力转向装置2.3.2、滑阀整体式动力转向器结构1-从动圆锥齿轮；2-圆锥滚子轴承；3-齿轮箱放油螺塞；4-平键；5-主动圆锥齿轮；6-齿轮箱壳体；7-圆锥滚子轴承；8-锁紧螺母；9-调整螺塞；10-输入轴；11-向心球轴承；12-转向器前盖；13-锥面垫圈；14-向心滚针轴承；15-调整座；16-动力缸前腔放气阀；17-锁紧螺母；18-球面垫圈；19-蝶形弹簧；20-动力缸后腔放气阀；21-径向推力球轴承；22-钢球导管；23-钢球；24-推力滚子轴承；25-蝶形弹簧；26-转向螺杆；27-转向动力缸活塞；28-转向器壳体（动力缸体）；29-转向器后盖；30-齿扇轴；31-放油螺塞；32-转向限制阀柱塞；33-通动力缸前腔的油管；34-转向限止阀弹簧；35-转向限止阀体；36-紧定螺钉；37-转向螺母；38-调整垫；39-锁片；40-锁紧螺母；41、48-润滑油管；42-推力滚子轴承；43-转向器后侧盖；44-调整螺钉；45-垫圈；46-固定螺母；47、49-向心滚针轴承；50-转向摇臂；51-单向阀弹簧；52-单向阀；53-反作用柱塞；54-滑阀；55-转向控制阀体；56-滑阀复位弹簧；57-转向器前侧盖；P-转向控制阀进油道；O-转向控制阀回油道；A-控制阀通动力缸前腔油道；B-控制阀通动力缸后腔油道黄河N1181C13型汽车单滑阀整体式动力转向器2.4、常流转阀式转向装置工作原理汽车直线行驶转阀处于中间位置。工作油液从转向器壳体的进油孔B流到阀体13的中间油环槽中，经过其槽底的通孔进入阀体13和阀芯12之间，此时阀芯处于中间位置。进入的油液分别通过阀体和阀芯纵槽和槽肩形成的两边相等的间隙，再通过阀芯的纵槽以及阀体的径向孔流向阀体外沿上、下油环槽，通过壳体油道流到动力缸的左转向动力腔L和右转向动力腔R。流入阀体内腔的油液在通过阀芯纵槽流向阀体上油环槽的同时，通过阀芯槽肩上的径向油孔流到转向螺杆和输入轴之间的空隙中，从回油口经油管回到油罐中去，形成长流式油液循环。此时，上下腔油压相等且很小，齿条—活塞既没有受到转向螺杆的轴向推力，也没有受到上、下腔因压力差造成的轴向推力。齿条—活塞处于中间位置，动力转向器不工作。液压长流转阀式动力转向装置的工作原理a)阀芯与阀体的相对位置；b)阀芯中的油流情况R-接右转向动力缸；L-接左转向动力缸；B-接转向油泵；C-接转向油罐（其余图注及详图见2.4.1节）左转向时转动转向盘，短轴逆时针转动，通过下端轴销带动阀芯同步转动，同时弹性扭杆也通过轴盖、阀体上的销子带动阀体转动，阀体通过缺口和销子带动螺杆旋转，但由于转向阻力的存在，促使扭杆发生弹性扭转，造成阀体转动角度小于阀芯的转动角度，两者产生相对角位移。造成通下腔的进油缝隙减小（或关闭），回油缝隙增大，油压降低；上腔正相反，油压升高，上下动力腔产生油压差，齿条—活塞在油压差的作用下移动，产生助力作用。转向盘转动后保持阀体随转向螺杆在液力和扭杆弹力的作用下，沿转向盘转动方向旋转一个角度，使之与转阀的相对角位移量减小，上、下动力缸油压差减小，但仍有一定的助力作用。使助力转矩与车轮的回正力矩相平衡，车轮维持在某一转角位置上。在转向过程中，若转向盘转动的速度快，阀体与阀芯的相对角位移量也大，上下动力腔的油压差也相应加大，前轮偏转的速度也加快；转向盘转动得慢，前轮偏转的也慢；转向盘转到某一位置上不动，前轮也偏转到某一位置上不变。此即“快转快助，大转大助，不转不助”原理。回位过程：转向后需回正时，驾驶员放松转向盘，阀芯在弹性扭杆作用下回到中间位置，失去了助力作用，转向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时，转向助力器助力，帮助车轮回正。当汽车直线行驶偶遇外界阻力使转向轮发生偏转时，阻力矩通过转向传动机构、转向螺杆、螺杆与阀体的锁定销作用在阀体上，使之与阀芯之间产生相对角位移，动力缸上、下腔油压不等，产生与转向轮转向相反的助力作用。转向轮迅速回正，保证了汽车直