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动力转向系概述及其工作原理.doc

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动力 转向 概述 及其 工作 原理
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动 力转向 系概述及 其工作 原理 · 动力转 向系概 述 · 液压动 力转向 系组成和 工作原 理 ·一、 动力转 向系概述 1 、动力转向 系 的 功用及应 用 ·应用: 在转向 阻力很大 的汽车 上,采用 动力转 向装置 · 转向能源 : 动力 转向的能 量只有 一小部分 是驾驶 员提供的 , 大部分是 发动机 驱动转向 油泵旋 转, 将 发动机 输 出的部分 机 械能转化 为压力 能 · 功用: 压力 能 在驾驶员 控制下 , 对传动 装置施 加随动渐 进 压力,实 现转向 。 2 、动力转向 的分 类 (1) 按动力能源 分 1 )液压式 以液 压为动力 源,目 前广泛应 用 · 液压动 力转向 系的工作 压力可 高达 10MPa 以上, 故其部 件 尺寸很小 · 液压系 统工作 时无噪声 , 工作 滞后时间 短, 而 且能吸收 来 自不平路 面的冲 击 2 ) 气压式 以压 缩空气为 动力源 , 仅 限于 重型且 采用气压 制 动的汽车 · 主要 应用于 一 部分其前 轴最大 轴载质量 为 3 ~7t 并采用气 压制动系 统的货 车和客车 · 装载质 量特大 的货车也 不宜采 用气压转 向加力 装置, 因 为 气压系统 的工作 压力较低( 一 般不 高于 0 .7MPa) ,用于这种 重型汽车 上时, 其部件尺 寸将过 于庞大 (2) 按动力缸、 控制阀及 转向器 的相对位 置分 1 ) 整体式 其机 械转向器 和动力 缸设计成 一体, 并与转向 控 制阀组装 在一起 。 2 ) 半整体式 其 转向控制 阀同机 械转向器 组合成 一体, 而 转 向动力缸 则作为 一个独立 的部件 。 3 ) 转向加力 器 其机械转 向器独 立, 而将 转向控 制阀和转 向 动 力缸组 合成一 体。 3 、动力转向 系的 基本结构 组成和 工作原理 1 )结构组成 ·在机械 转向系 统的基础 上加设 一套转向 加力装 置而形成 · 转向加 力装置 是由 机械 转向器 、 转向动 力缸和 转向控制 阀 三大部分 组成 2 )液压动力 转向 系的工作 过程 · 当驾驶 员逆时 针方向转 动转向 盘时, 转 向摇臂 将拉动转 向 直拉杆向 前运动 。 · 转向直 拉杆的 拉力作用 下实现 机械转向 , 这时 汽车将向 左 转向. · 与此同时 , 转向 直拉杆还 带动了 转向控制 阀中的 滑阀移动 , 使转向动 力缸的 右腔接通 转向油 泵的出油 口, 右 腔通过转 向 控制阀与 转向油 罐接通 , 转向 动 力缸的活 塞所受 的向右的 液 压作用力 便经其 推杆也作 用在转 向横拉杆 上。 由 于液压作 用 力较大, 便在很 大程度上 减轻了 驾驶员的 操纵力 二、液压 动力转 向系组成 和工作 原理 · 液压动力 转向 系分常压 式和常 流式两种 1 、常压式液 压动 力转向系 1 )结构 · 由转向 油缸、转向油泵 、 储能 器、 转向 动力缸 、 转向控 制 阀和机械 转向器 组成 2 )工作过程 · 转向油泵 在发 动机带动 下运转 , 输出的压 力油 充入储能 器。 当储能器 压力达 到规定值 时,油 泵自动卸 荷空转 · 转向控 制阀常 处于关闭 状态, 当驾驶员 转动转 向盘时, 机 械转向器 通过转 向摇臂等 杆件推 动转向控 制阀进 入开启位 置, 储能 器中的 压力油流 入转向 动力缸, 通过动 力缸推杆 输 出的液压 作用力 作用在转 向传动 机构上。 ·转向盘 一停止 转动,转 向控制 阀随即回 到关闭 位置 · 综上所 述, 无论 转向盘处 于什么 位置, 无 论运动 还是静止 , 液压系统 工作管 路中总是 保持高 压。 2 、常流式液 压动 力转向系 (1 )结构 · 主要由 转向油 罐、 转向 油泵 、安全阀、流量控 制阀、 单 向 阀、转向 控制阀 、机械转 向器和 转向压力 缸组成 1 )转向控制 阀: 有滑阀式 和转阀 式两种 ·滑阀式 :阀体 沿轴向移 动来控 制油液流 量的转 向控制阀 ·转阀式 :阀体 绕其圆心 转动来 控制油液 流量转 向控制阀 2 )安全阀限 制油 泵输出的 最大压 力 3 )流量控制 阀: 用以限定 转向油 泵的最大 流量, 流量控制 阀和安全 阀一般 制作在油 泵内 4 )单向阀: 在加 力装置正 常的情 况下关闭 。在加 力装置失 效时开启 , 使油 罐中的油 液流入 动力腔的 吸油侧 , 也叫短 路 阀 (2 )工作过 程 ·转向控 制阀经 常处于开 启位置 · 转向 动力缸 的 活塞两端 工作腔 均与 低压 回油管 路相通而 不 起作用 , 转向 油 泵输出的 油液流 入转向控 制阀后 又流回转 向 油罐, 回 流阻力 很小, 所 以油泵 输出压力 很低, 处于空转 状 态 · 当驾驶 员转动 转向盘时 , 机械 转向器使 转向控 制阀处于 工 作位置, 转向动 力缸的相 应工作 腔与回油 路隔绝 , 转而与 油 泵输出管 路相通 ,动力腔 另一侧 仍然与回 油管路 相通 · 转向阻 力大于 油管压力 , 油泵 输出的油 压迅速 升高, 直 到 推动转向 动力缸 活塞为止 ·转向盘 停止转 动,转向 控制阀 随即回到 中立位 置 3 、两种转向 加力 装置比较 1 )常压式优 点 · 储能器 积蓄压 力能, 可 以用小 流量的油 泵, 而 且可以在 油 泵不运转 的情况 下 保持一 定的转 向加力能 力, 这 一点对重 型 汽车很重 要 2 )常流式优 点 ·结构比 较简单 、油泵寿 命长, 泄漏少, 消耗功 率也较小 ·目前常 压式应 用很少, 常流式 广泛应用 于各型 汽车 4 、常流式转 向加 力装置的 结构布 置方案 · 按机械 转向器 、 转向控 制阀和 转向动力 缸三者 的组合及 相 对位置, 可有如 下三种布 置方案 (1 )整体式 · 机械转 向器和 转向动力 缸设计 成一体, 并与转 向控制阀 组 装在一起 。 (2 )半整体 式 · 将转向 控制阀 同机械转 向器组 合成一个 部件, 而动力缸 则 作为独立 件 (3 )转向加 力器 · 机械转 向器作 为独立件 , 而控 制阀和动 力缸组 合成一个 部件 第 18 讲 动力转向 器、油 泵与电控 转向 · 动力转 向器 · 转向油罐 与转向 油泵 ·电 控转向 ·一、 动力转 向器 1 、类型: · 按机械 转向器 、 转向控 制阀和 转向动力 缸三者 的组合及 相 对位置, 可有如 下 三种动 力转向 器 (1 )整体式 · 机械转 向器和 转向动力 缸设计 成一体, 并与转 向控制阀 组 装在一起 。 · 动力缸 、 控 制 阀、 转向 器合为 一体时称 为整体 式动力转 向 器 (2 )半整体 式 · 将转向 控制阀 同机械转 向器组 合成一个 部件, 该部件称 为 半整体式 动力转 向器 ·而动力 缸则作 为独立件 (3 )转向加 力器 ·机械转 向器作 为独立件 · 控 制 阀 和 动 力 缸 组 合 成 一 个 部 件 , 称 为 转 向 加 力 器 2 、动力转向 器的 结构及其 工作原 理(以整 体式动 力转向器 为例) 1 )动力转向 器的 组成结构 · 目的 , 国产 轿 车上几乎 毫无例 外地采用 了转阀 式的整体 动 力转向器 。如: 汽生产的 红旗 CA7220 型、一汽大 众生产的 奥迪、 捷 达以及 神龙汽车 有限公 司牛产的 富康等 轿车, 皆 为 这种结构 形式。 · 采用的 带整体 式动力转 向器, 机械转向 器、 转 向动力缸 和 控制阀设 计成一 体,组成 整体式 动力转向 器。 ·其控制 阀为滑 阀或转阀 。 · 转向动 力缸活 塞与机械 转向器 制成一体 。 活塞 将转向动 力 缸分成 左 右两腔 。 · 转向控 制阀组 装在机械 转向器 的下端, 转向轴 转动控制 转 向控制阀的工作状态。2 )工作原理 (以 奥迪轿车 为例) · 叶轮泵由 发动 机驱动, 转向控 制阀装在 转向柱 下端,齿 条右端装 有动力 缸, 缸分 成两个 工作压力 室。 储 油罐通过 吸管连接叶 轮泵, 通过回油 管连接 控制阀。 压力管 从控制阀 通 往叶轮泵 · 不转向 时, 控 制阀保持 开启状 态, 动力 缸活塞 两边的工 作 腔与低压 回油管 相通而不 起作用 。 叶轮 泵输出 的 油液经控 制 阀流回储 油罐。 因转向压 力和流 量限制阀 的节流 阻力很小 , 故叶轮泵 输出油 的压力也 很低, 叶轮泵实 际上处 于空转状 态。 · 转向时, 驾驶 员转动转 向盘,带 动转向 轴和齿 轮, 使分配 阀处于与 某一转 弯方向相 应的工 作位置时 , 转 向 动力缸中 相 应的工作 腔与回 油管路断 开, 与 叶轮泵输 出管路 相通, 另 一 腔仍通回 油管路 。 地面 转向阻 力 经横拉杆 传到制 有齿条的 活 塞杆上, 形成比 转向控制 阀节流 阻力高得 多的管 路阻力。 于 是叶轮泵 输出压 力急剧升 高。 高 压液体通 过控制 阀进入动 力 缸活塞一 边,推 动活塞, 进而推 动齿条起 加力作 用。 · 转向角度 愈大 , 转向力愈 大, 活塞移动 行程就 愈长, 产生 的压力也 就愈高 ,由此产 生的转 向加力也 愈大。 · 转向盘 停止转 动时, 控 制阀随 即回复到 中间位 置, 使动 力 缸停止工 作。 · 奥迪轿 车装用 的整体式 动力转 向器, 结 构简单 ; 由于只 在 转向时液 压系统 工作管路 中才产 生高压 , 所以 叶 轮泵的寿 命 较长,漏 油较少 ;消耗发 动机功 率也较小 。 4 、转阀的结 构及 工作原理 · 阀体绕 其圆心 转动来控 制油液 流量的转 向控制 阀, 称为 转 阀式转向 控制阀 · 转阀具 有四个 互相连通 的 进油 道, 出油 通道分 别与动力 缸 的左、右 腔连通 。 · 当阀体 顺时针 转过一个 很小的 角度时, 从液压 泵来的压 力 油经通道 流入四 个通道, 继而进 入动力缸 的一个 腔内. 另 外 四个通道 的进油 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 推 动 下 经 回 油 遭 流 回 储 油 罐 。 2 )工作原理 · 汽车直 线行驶 时, 阀芯 与阀套 的位置关 系如图 中所示。 自 油泵来的 液压油 经阀芯与 阀套间 的间隙, 流向动 力缸两端 , 动力缸两 端油压 相等。 · 驾驶员 转动方 向盘时, 阀芯与 阀套相对 位置发 生改变, 使 得大部分 或全部 来自泵的 液压油 流入动力 缸某一 端, 而 另一 端与回油 管路接 通,动力 缸促进 汽车左传 或右转 。 二、 转向 油罐与 转向油泵 1 、转向油罐 1 )作用 ·贮存、 滤清并 冷却液压 转向加 力装置的 工作油 液 ·转向油 罐一般 单独安装 ,但也 有直接装 在转向 油泵上 2 )构造 · 中心油 管接头 座专门用 以装接 转向控制 阀的回 油管路。 另 外两个油 管接头 座则分别 装接转 向油泵的 进油管 和半整体 动力转向 器 的漏 泄回油管 路。滤 芯套装在 中心螺 柱上。 3 )转向油罐 的工 作过程 · 由转 向控制 阀 和转向动 力缸流 回来的油 液通过 中心油管 接 头座的径 向油孔 流入滤芯 内部空 腔,经滤 清后进 入贮液腔 , 准备供入 转向油 泵。 · 滤芯弹 簧的预 紧力不大 , 故当 滤芯堵塞 而回油 压力略有 增 高时, 滤 芯便在 液压作用 下升起 , 让油液 不经过 滤清便进 入 贮液腔, 以免油 泵进油不 足。 ·滤网片 用以防 止油液乳 化。 2 、转向油泵 (1 )功用 · 转向油 泵是液 压转向加 力装置 的能源, 其作用 是将输入 的 机械能转 换为液 压能输出 。 (2 )油泵的 驱动 · 在转向 油泵只 受发动机 驱动的 情况下, 一旦发 动机停止 运 转, 油泵 即无压 力油输出 。 对重 型汽车而 言, 是 极为不利 的。 · 为了确 保转向 加力装置 的工作 可靠性, 有些重 型汽车在 转 向油泵的 驱动装 置中采用 自由轮 机构, 使转向 油 泵在正常 情 况下受发 动机驱 动, 而在 发动转 速过低甚 或熄火 , 则脱离 发 动机,转 而受以 较高速度 滑行的 汽车驱动 。 · 另外一 些重型 汽车, 加 装了一 个应急转 向油泵 , 与主转 向 油泵并联 。 应急 油泵可以 借蓄电 池通过直 流电动 机驱动, 也 可以由汽 车传动 系驱动。 (3 )转向油 泵的 结构型式 · 有齿轮 式、 叶 片式、 转 子式、柱塞式等 。 应用 得最多的 是 外啮齿轮 式转向 油泵。 (4 )外啮齿 轮式 转向油 泵 1) 结构 ·右孔口 为进油 口;左孔 口为出 油口。 · 主动齿 轮和从 动齿轮均 与轴制 成一体。 二者的 轴颈借轴 套 支承在泵 体和泵 盖上。 · 左侧二 轴套的 轴向位置 是固定 的。 右侧 二轴套 则可以轴 向 浮动,称 为浮套 。 2) 流量控制阀 ·转向油 泵的流 量与齿轮 转速( 从 而与发动 机转速) 成正比 · 转向油 泵一般 设计得即 使在发 动机怠速 运转时 , 其流量 也 能保证急 速转向 所需的动 力缸活 塞最大移 动速度 · 当发动 机转速 高时, 油 泵流量 将过大, 导致油 泵消耗功 率 过多和油 温过高 ·流量控 制阀以 限制转向 油泵最 大流量。 · 差压式 的流量 控制阀装 在油泵 进油腔和 出油腔 之间, 与 油 泵齿轮副 并 联 。 流量控制 阀体内 的柱塞在 弹簧的 作用下处 于 下极限位 置。柱 塞下方通 油泵出 油腔;上 方通油 泵出油口 。在油泵流 量增大 到规定值 , 使 柱 塞两端压 力差足 以克服弹 簧 的预紧力 ,将柱 塞向上推 动,油 泵出油腔 即与进 油腔沟通 。 部分油经 流量控 制阀流到 进油腔 , 因而 经量孔 输 出的流量 便 减小 3) 安全阀 ·转向油 泵的输 出压力取 决于液 压系统的 负荷( 即 动力缸活 塞所受的 运动阻 力) 。在转向 阻力 矩过大时 ,动力 缸和油泵 均将超载 而导致 零件损坏 。 ·液压系 统中还 必须装设 用以限 制系统最 高压力 的安全阀 。 · 安全阀 则位于 流量控制 阀内, 安全阀体 借螺纹 固定在流 量 控制阀柱 塞上端 。 球阀 门及弹 簧 所处柱塞 内腔与 油泵进油 腔 相通;球 阀门上 方油腔经 泵体内 的油道通 向量孔 外的出油口。 油泵 输 力升 高到规定 值时, 球阀开启 , 将出 油口与进 油 腔接通, 使出油 口压力降 (4 )双作用 式叶 片泵 · 双作用 叶片泵 有两个吸 油区和 两个压油 区, 并 且各自的 中 心角是对 称的, 所以作用 在转子 上的油压 作用力 互相平衡 。 · 当转子 顺时针 方向旋转 时, 叶 片在离心 力及高 压油的作 用 下紧贴在 定子的 内表面上 。 其工 作容积开 始由小 变大, 从 吸 油口吸进 油液; 而后工作 容积由 大变小, 压缩油 液, 经压 油 口向外供 油。由 于转子每 旋转一 周,每个 工作腔 都各自吸 、 压油两次 三、电控 液压助 力转向及 电动动 力转向 1 、电控液压 助力 转向 · 为了提 高汽车 的操纵稳 定性, 可在动力 转向系 统中采用 可 变转向力 控制机 构。 车速 感应动 力转向P S系统 , 是依靠 车 速控制所 对应的 转向力, 通过驾 驶员的操 作, 使 车辆操纵 性 获得提高 的系统 。 驾驶 员所希 望 车辆在低 速行驶 区实现敏 捷 的运行和 轻便的 操舵力 , 而在 高 速行驶区 能获得 稳定性好 的 适当略重 的操舵 力。其控 制方法 有机械控 制和电 子控制两 种,目前 采用的 控制方式 如下: 1 )流量控制 式 它是根据 控制阀 内产生的 压力损 失与供给 流量平方 成比例 的关系, 使流 入 PS 的供给流量 随 车速上升 而减小, 达到既 节省 能量 又可控 制转向力 的一种 装置。 2 ) 动力缸旁 通阀 控制式PS 它是在PS 转向器 上设 置了连接 动力缸两 室的旁 通阀和油 路, 伴 随着车速 的增加 , 扩大了 旁 通阀的节 流面积 , 减小 了动力 缸 内的工作 压力而 控制转向 里 的一种装 置。 3 ) 油压反作 用控 制式PS 它是 在 PS 控制阀上设 置 油压反作 用机构, 由油压 反作用阀 随车速 上升, 使 流入反 作用室的 油 压增加, 提 高了 反作用机 构的刚 性 (等价弹 性模 数) , 进而 直接控制 转向力 的一种装 置。 4 )阀特性控 制 式PS 阀特性控 制式PS ,是把 阀 的特性制 成 可以变化 的,用 来控制转 向力的 一种装置 。 5 ) 电磁助 力式PS 是电磁 助力 式 PS 转向器, 它将 普通的转 阀与一个 双向电 磁旋转助 力器 ( 微动电机 ) 集成 在一起, 构 成PS 转向器 有机 的组成部 分。 ·下面仅 对电磁 助力式PS 转 向器 的关键部 分进行 介绍。 (1 )结构 · 电磁旋 转助力 器由静止 和旋转 两格部分 构成。 静止部分 包 括外部磁 路 (壳 体等) 和 励磁线 圈, 励磁 线圈紧 固在转向 器 壳体上。 旋转部 分包括永 磁体和 齿型组件 。 永磁 体由30 个 磁极构成 的永久 磁环和塑 料保持 架组成 , 并通 过 注塑连接 在 阀芯轴上 (2 )工 作原理 · 当驾驶 员转动 转向盘时 , 因扭 杆产生角 位移, 使永磁体 与 齿型组件 之间既 产生相对 转动, 又随转向 盘一起 旋转。 · 当电 子控制 器 感受车速 信号并 发出适合 这一车 速的电流 指 令时, 若 励磁线 圈为右旋 绕组, 则当通过 正向电 流时, 按 右 手定则磁 力线应 是自下而 上由中 心向外环 流, 将 齿轮的齿 顶 端部磁化 成N 极 , 齿环的 齿顶端 部磁化 为 S 极, 这两种磁 极 分别与永 久磁环 的磁极发 生磁力 作用(同 性向斥 ,异性相 吸) , 其 结果 使 永久磁环 处于稳 定的中间 平衡状 态, 若相 使 永久磁环 离开此 平衡位置 时 (即 与齿型组 件产生 相对位移) , 需要克服 电磁力 的作用才 能实现 , 故增加 了转向 阻力, 使 车 辆高速运 行更加 稳定。 · 相反, 当励 磁 线圈通过 负相电 流时, 使 永久磁 环处于不 稳 定的中间 状态, 略有外力 作用便 产生相对 运动, 故起到转 向 助力作用 ,使低 速或停车 转向时 更加轻便 和机动 。2 、电动 助力转向 系统 ·所谓电 动转向 (EPS),就是在 机械转向 系统中 ,用电池 作为能源 , 电机 为动力, 以转向 盘的转速 和转矩 以及车速 为 输入信号 , 通过 电子控制 装置, 协助人力 转向, 并获得最 佳 转 向力特 性的伺 服系统。 ·EPS 与液压动力 转向相比 具有: 系统效率 高, 能 量消耗少 , “ 路感“ 好, 回正 性好, 在 发动机 熄火或低 速情况 都可以正 常 工作,还 可以明 显的提高 汽车的 操纵轻便 性和稳 定性。 ·EPS 的构成和 工作原理 : 1 )EPS 的构成 · 由机械 转向器 、 电动机、离合 器、 控 制 装置、转矩传感 器 和车速传 感器组 成。 2 )工作原理 · 在操纵 转向盘 时, 扭矩 传感器 根据输入 力的大 小产生相 应 的电压信 号, 由 此EPS 系统就可 以检测出 转向力 的大小, 同 时根据车 速传感 器产生的 脉冲信 号又可测 出车速 , 再用 于控 制电动机 的电流 ,从而形 成适当 的转向助 力。
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