毕业设计论文上海通用别克转向系统的故障诊断与分析.docx

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毕业设计论文上海通用别克转向系统的故障诊断与分析

上海通用别克转向系统的故障诊断与分析

摘要：

本文阐述了上海通用别克轿车转向系统各个部分的作用、组成、主要构造、工作原理及可能出现的故障，根据结构原理分析转向系统异响、转向盘反冲过大或转向松动、转向盘不回位或直线行驶自动跑偏、转向沉重、转向摆动或方向不稳、转向时转向盘振动、制动时方向跑偏等常见故障的原因和排除方式，其中重点分析转向沉重的几种不同情况。

同时提出了对出现的故障进行维修的可行方案；采用了理论与实际操作相结合的方法，对每个问题都有良好的认识，对所学内容进行了良好的总结归纳，以此进一步熟悉别克轿车转向系统的各方面知识，系统分析故障原因，从而得出诊断方案进而排除。

关键词：

别克转向系统故障诊断分析

TheDiagnosisandAnalysisofShanghaiGMBuick’sSteeringSystem

Abstract：

Thispaperexpoundsallaspectsoffunction,composition,mainstructure,workingprincipleandthepossiblefaultoftheShanghaiGMBuick’ssteeringsystem,accordingtothestructuralprincipleanalysistothat,theabnormalsoundsystem,thesteeringwheelistoolooseortoorecoil,thesteeringwheelcan’treturnorisautomaticwanderingwhenrunningstraightly,thesteeringisheavy,thesteeringwheelsteeringvibration,brakingdirectionandtheothercommonrunningdeviationofthecauseofthefailureandruledoutwaysinwhichfocusesontheanalysistotheheavyseveralsituations.Atthesametime,puttingaforwardtoafaultmaintenancefeasiblescheme;Usingthetheoryandpracticemethod,toeachproblemhasagoodunderstanding,tousethecontentofgoodsummary,tofurtherfamiliarwithbuicksteeringsystemofvariousaspectsknowledge,analysethereasonoffailures,andconcludedthatdiagnosisschemeandruledout.

Keywords：

Buick;SteeringSystem;FaultDiagnosis;Analysis

引言

作为汽车底盘中的独立分系统的转向系统，在汽车的使用、维护和修理中占有重要的位置，其技术状况对于保证汽车操纵稳定性有着十分重要的作用。

了解汽车转向系统的结构、工作原理，对其故障进行分析和排除，从而改善汽车的操纵稳定性，提高它的可靠性，也成为重要的研究课题。

上海通用别克轿车自下线以来，以其独特的设计、先进的技术、和完美的服务赢得了广泛的赞誉。

随着别克轿车保有量的不断增加，该车转向系统的结构研究及故障分析与排除已经成为保证其良好形象的重要因素之一。

第1章转向系统概要

1.1发展历程与趋势

从世界上第一辆汽车问世至今，汽车工业已经经历了百年的发展历程。

现代的汽车与发展初期相比，广泛地应用了各种高新技术，并且还在发生更深刻的变革。

作为汽车底盘中的独立分系统的转向系统，在汽车技术发展的过程中，也经历了深刻的变革。

转向技术的发展历程大体可分为机械转向和动力转向两个阶段：

在机械转向中，转向操作完全由驾驶员的手动力矩来完成。

其结构简单、工作可靠、造价低廉，当车辆载重小，转向阻力小时，是没有问题的。

目前在一部分转向操纵力不大、对操控性能要求不高的微型轿车、农用车上仍有使用。

但是，当车辆载重大到一定程度时，单靠手动力矩已很难克服转向的阻力，这时就需要借助辅助的动力能源。

所以在商用车中，普遍应用动力转向系统。

采用动力转向的最直接的目的是减小手动转向力矩，改善转向轻便性，同时也可以改善转向的平稳性及汽车的操纵稳定性。

因而，动力转向在小车中也逐渐得到了普及应用。

动力转向技术的发展经历了传统液压动力转向系统、电控液压动力转向系统和近年出现的电动助力转向（EPS）系统几个阶段。

液压助力转向技术发展成熟、能提供大的转向操纵助力，目前应用较为广泛，尤其是在重型车辆上；EPS以其特有的优越性而得到青睐，它代表着动力转向技术的近期发展方向，EPS将作为标准配置装备到汽车上，未来一段时间在动力转向领域占据主导地位；而线控动力转向（SBW）由于有利于提高汽车被动安全性、有利于汽车设计制造、有利于提高汽车乘坐舒适性和汽车操控稳定性等原因，将成为动力转向系统的发展方向。

当今汽车转向系统从过去的普通机械式发展到动力转向，一直到现代汽车电子控制动力转向，逐步地发展和完善。

汽车转向系统的技术状况，对于保证汽车行驶安全、减轻驾驶员劳动强度、提高运输效率和延长车辆使用寿命均有着十分重要的作用。

因此，它在汽车的使用、维护和修理中占有重要的位置。

改善汽车的操纵稳定性，提高它的可靠性，也成为汽车生产企业和广大技术人员所追求的一个目标。

1.2作用与要求

1.汽车转向系统是用于改变或保持汽车行驶方向的专门机构。

其作用是使汽车在行驶过程中能按照驾驶员的操纵要求而适时地改变其行驶方向，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。

2.对转向系的要求：

（1）来自路面的不平度所引起的振动应尽可能被衰减，但此衰减不可达到使驾驶员失去路感。

（2）转向时左右转向轮轴线的延长线和后轴延长线应相交于一点。

（3）转向系应有合适的刚度，使汽车对微小的转向修正有快捷的反应。

（4）放松转向盘时，车轮应能自动回到直线位置，并能稳定在这个位置上。

1.3基本组成

尽管汽车转向系的结构形式多种多样，但都包括转向操纵机构、转向器、转向传动机构三个基本组成部分。

1.转向操纵机构是驾驶员操纵转向器的工作机构，主要由转向盘、转向轴、万向节、转向传动轴等组成。

2.转向器是将转向盘的转动变为转向摇臂的摆动或齿条轴的直线往复运动，并对转向操纵力进行放大的机构。

转向器一般固定在汽车车架或车身上，转向操纵力通过转向器后一般还会改变传动方向。

目前应用较广泛的有齿轮齿条式转向器、循环球式转向器、蜗杆曲柄指销式转向器、蜗杆滚轮式转向器等类型。

3.转向传动机构是将转向器输出的力和运动传给车轮，并使左右车轮按照一定关系进行偏转的机构。

其按照悬架类型的分类为：

与独立悬架配用的转向传动机构和与非独立悬架配用的转向传动机构。

1.4分类

汽车转向系统按转向动力源的不同分为两大类：

机械转向系统和动力转向系统。

1.机械转向系：

以驾驶员体力作为转向能源。

2.动力转向系：

除驾驶员的体力外，还以汽车的动力作为辅助转向能源。

1.5动力转向装置

采用动力转向装置的汽车转向所需的动力，在正常情况下，只有小部分是驾驶员提供的，而大部分是发动机（或电机）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压力能，并在驾驶员控制下，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或气压作用力，以帮助驾驶员进行转向的一系列零部件，总称为动力转向器。

动力转向装置应具有如下功能：

在汽车转弯时，减小对转向盘的操作力；限制转向系统的减速比；在原地转向时，能提供必要的助力；限制车辆高速或薄冰上的助力，具有较好的转向稳定性；在动力转向装置失效时，能保持机械转向系统有效工作。

动力转向装置由机械转向器、转向控制阀、转向动力缸以及将发动机输出的部分机械能转换为压力能的转向油泵、转向油罐等组成。

动力转向装置按传能介质可以分为：

气压式和液压式。

其中液压式动力转向以其提供转向助力大且发展技术成熟等优点，在目前采用较为广泛。

液压式动力转向装置按液流形式，又可分为：

常压式和常流式。

液压式动力转向装置按机械转向器、转向动力缸、转向控制阀三者在转向装置中的布置和联接关系的不同可分为：

整体式、组合式和分离式。

液压式动力转向装置按其转向控制阀阀芯的运动方式，还可分为滑阀式和转阀式。

第2章别克转向系统结构分析及工作原理

别克轿车转向系统采用的是齿轮齿条式端部输出动力转向系统，其基本结构如图2.1所示。

由转向操纵机构、动力转向器、动力转向泵、动力转向管路、转向传动机构等组成。

动力传递流程是：

转向盘→转向柱→动力转向器→转向横拉杆→车轮。

图2.1动力转向系统的基本组成

1、7-转向横拉杆2-转向中间轴3-回油软管4-压力软管

5-动力转向液压泵6-带轮8-动力转向器总成

2.1转向盘和转向柱

上海别克轿车的转向盘和转向柱如图2.2所示。

图2.2转向盘与转向柱的安装

1-转向盘2-自动变速驱动控制（BTSI）3-C210转向盘线束接头

4-停车灯开关接头5-停车灯开关接头

该转向柱部件除转向外，还具有以下功能：

1.转向柱吸收能量。

当发生正碰撞时，转向柱会受压力缩短，减少驾驶员受伤的几率。

2.点火开关和转向锁装在转向柱上。

转向柱上装有车锁，锁定点火和转向操作，以阻止窃贼盗车。

3.多功能操纵杆安装在转向柱上。

多功能操作杆控制前大灯远光、定速控制装置、挡风玻璃刮水器和玻璃清洗器。

4.自动变速器操纵杆安装在转向柱上。

2.2动力转向器及管路

动力转向器及管路组成如图2.3所示，在动力转向系统中，液压泵产生液体压力，从而导致液体流动，通过压力软管，流到转向器阀总成，转向器阀总成将进入的液体调节到左、右工作室，以辅助左、右转向。

图2.3动力转向示意图

1-液压泵2-储油罐3-回油管4-阀总成5转向器总成6压力软管

转动方向盘将启动阀总成，阀总成将使压力大的液体，流向转向器活塞的一侧，使压力小的液体流到转向器活塞的另一侧。

这种压力辅助了转向器活塞的移动。

转向横拉杆将这个作用力传递到前轮，使车辆向右或向左转向。

2.2.1转向泵与流量控制阀

流量控制阀安装在转向泵上，转向泵为叶片式液压泵，其外型如图2.4所示。

图2.4转向泵与流量控制阀

1-液压储液罐总成2-储液罐盖杆总成3、6-O型密封圈4-流量控制弹簧

5-控制阀总成7-O形密封圈接头8-液压泵壳体总成9、10-储液罐卡箍

转向泵与流量控制阀的工作原理如图2.5所示。

流量控制阀在发动机高速运转时减少动力转向液压泵的流量输出。

液体经过液压泵排油口，进入流量控制阀的腔室，这个腔室在一端有一个小孔，这个小孔称为流量控制节流孔。

流量控制节流孔限制液体流到转向器，流量控制节流孔前的压力“抵抗”流量控制阀弹簧弹力。

节流孔后的压力移到阀的背面，增加了弹簧作用力。

因此作用在阀面上的液压作用力“抵抗”弹簧弹力和低液体压力的合力。

流量控制阀是中空的，在其一端有一个小孔。

通过弹簧，使钢球牢牢地定位在流量控制内侧上，在除减压外的所有转向状态下，弹簧弹力始终大于相对的液压压力，因此钢球保持定位不动。

只有在驾驶员转动并保持方向盘在最左或最右位置时，才会发生减压。

图2.5动力转向流量控制示意图

1-转向器2-组合管接头3-流量控制节流孔4-流量控制和减压机构

5-储油罐6-增压管路7-转向泵

2.2.2转向器阀体总成

转向器阀体总成包括下列部件：

1.滑阀轴：

滑阀轴安装到转向中间轴上，滑阀轴的下端装配到主动齿轮上。

2.阀体：

阀体安装到滑阀轴上，主动齿轮上的一个销子保持阀体处于主动齿轮的相应位置上。

3.扭力杆：

扭力杆一端用销钉固定在滑阀轴上，另一端采用花键与主动齿轮连接。

滑阀轴外径上的狭槽和阀体内表面互相错开，防止液体流进转向器，如图2.6所示。

当方向盘转动时，滑阀轴和扭力杆上端也随之转动，主动齿轮、扭力杆下端和阀体开始时阻碍转动，但最终也随之运动。

当上端转动、下端滞后，滑阀轴上狭槽和阀体瞬时对准时，“裂缝”开启了通向转向器气缸的微细液体通路，随着阀的位置不同，引导液体进入下列三条通路的某一条:

1.输送到转向器两侧（中位，不转动）；

2.输送到转向器气缸左侧（左位，左转）；

3.输送到转向器气缸右侧（右位，右转）。

图2.6动力转向器的工作原理示意图

当方向盘和滑阀轴连续转动时，液压作用力增加，从而使车轮转动。

如果方向盘继续转动，滑阀轴以足够保持车轮移动力量在阀体内转动。

即使两个部件在转动，滑阀轴仍保持它相对于阀体的位置。

当驾驶员放开方向盘时，扭力杆松开使滑阀轴回到阀体内的中间位置。

如果汽车正在行驶，来自车轮的对中作用力帮助转向器返回到正常的正前方位置。

别克轿车转向器在转向轴末端装有一小齿轮，与齿条相啮合，部分齿条包含一个中心有活塞的圆筒，活塞连接在齿条上。

当转动转向盘时，与转向轴连为一体的小齿轮开始旋转，使齿条在转向器壳体中左右移动，此运动经横拉杆及球头销传给前轮，使前轮左右摇摆，从而实现转向。

另外，圆筒上有两个油孔，分别位于活塞的两侧。

当向活塞的一侧注入高压液体时，将迫使活塞向另一侧运动，进而带动齿条运动，这样便提供了辅助动力。

当汽车直线行驶时，扭力杆不受力矩，控制阀处于中间位置，油缸中活塞两侧无压力差。

左转弯时，扭力杆向左扭曲，控制阀动作，来自油泵的液压油进入油缸活塞的右侧，在活塞两侧的压力差作用下，活塞向左移动，推动齿条提供转向辅助力，实现车轮左转向。

当停止转动转向盘时，控制阀力杆不受扭曲作用，回到中间位置。

右转弯时，扭力杆向右扭曲，油泵泵出的油经控制阀导向进入油缸活塞的左侧，提供转向的助力，使车轮向右转向。

当液压回路有故障或发动机突然熄火时，动力转向装置工作实效，不产生助力作用。

此时，转向器的工作与普通齿轮齿条式转向器相同，转向操作沉重。

2.2.3动力转向泵结构原理

作用是对转向系统油液进行增压，别克轿车使用的动力转向泵有GB系列和TC系列两种类型，这两种类型的动力转向泵均为定量叶片泵，其结构如图2.7所示。

图2.7动力转向泵结构

1、23-挡环2-轴承3-轴4-轴油封5-流量控制阀6、13、15、21-O形圈7-流量控制阀8-流量控制弹簧9-泵壳体10-回油管11、17-定位销钉12-套管14-压力盘弹簧16-压力盘18-泵叶片（10片）19-泵转子20-凸轮环（泵环）22-止推盘

别克轿车有些装配有作用力可变转向系统（VES）,其特点是转向泵压力管路出口处有一电磁阀。

转向泵使液体增压并且通过泵的流量控制阀将其送至齿条、齿轮总成的齿轮和阀。

齿轮和阀控制液体流向齿条的某一侧，这取决于转向盘的旋转方向，活塞和齿条将液力转换为直线方向上的力，从而减少转向力矩。

2.3齿轮齿条式动力转向器

齿轮齿条式动力转向机构结构简单，具有自调间隙功能，其具体结构如图2.8所示。

图2.8齿轮齿条式动力转向器分解结构图

1、29-常作用扭矩六角螺母2、30-转向横拉杆密封件3、28-外转向横拉杆总成

4、27-防松六角螺母5、26-转向横拉杆端卡箍6、25-齿条和齿轮护罩7、24-护罩卡箍

8、23-内转向横拉杆总成9-减震器10-调节器旋塞锁止螺母11、12-油缸管路总成

13、14-O形密封圈15-齿条和齿轮装置总成（局部）16-滚针轴承环总成17-密封件适配器18-固定环19-阀轴密封件20-六角锁止螺母21-防尘罩盖22-减震器环

2.4转向传动机构

别克轿车采用独立悬架机构，由于每个转向轮都需要相对于车架做独立运动，所以转向桥也必须是断开式的。

相应地，转向传动机构中的转向梯形也必须是断开式的。

如图2.9所示机构是别克轿车的转向传动机构。

图2.9别克轿车转向传动机构

别克轿车的齿轮齿条式转向器为两端输出式，转向器齿条本身就是转向传动机构的一部分，转向横拉杆的内端通过球头销与齿条铰接，外端通过螺纹与连接转向节的球头销总成相连。

如图2.10所示为与别克轿车转向器齿条配用的转向横拉杆，当需要调整前束时，松开锁紧螺母5，转动拉杆体4，达到合理的前束值时，再将锁紧螺母锁死。

图2.10与别克轿车转向器配用的转向横拉杆

1-堵盖2-球头销3-球头销座4-横拉杆体5-锁紧螺母

6-横拉杆接头总成7-防尘套

第3章别克故障分析与排除

3.1转向系统异响

汽车转向时转向系统有轻微噪声是正常现象；低温条件下启动发动机后，转向泵在起初2~3min内有噪声也是正常现象。

转向噪声指汽车在转向时出现过大噪声的故障现象。

1.故障原因如下：

（1）转向传动机构松动，导致转向噪声过大；

（2）动力转向泵损坏或磨损严重；

（3）动力转向泵传动带轮松动或打滑；

（4）转向控制阀性能不良；

（5）油管接头松动或油管破裂，液压系统渗入空气；

（6）滤清器滤网堵塞，或液压回路中沉积物过多；

（7）动力转向机构高压管线接触车身。

2.诊断方法和检修：

（1）若转向噪声呈“咔嗒”声，通常是动力转向机构高压管线接触车身；转向柱轴接头松动、横拉杆松动或球型接头松动、转向器安装过松所致。

应检查上述部位，发现故障时应进行紧固或更换损坏的部件；另外，转向泵皮带轮松动也会发出“咔嗒”声。

（2）若转向噪声呈“嘎嘎”声，且转向盘从一侧极限位置转到另一侧极限位置时噪声更大，通常是动力转向泵传动带打滑所致。

此时，可检查传动带松紧程度及磨损情况，视需要张紧或更换传动带。

（3）若转向噪声呈“咯咯”声，则可能是因转向油液中有气泡，油液流动时产生的气动噪声。

此时，首先应检查油面高度，若液面过低，则应加注油液并检查、排除泄漏故障；然后检查软管是否破损或卡箍是否松动。

确定动力转向液压系统内有空气渗入后，应进行排除，以消除气动噪声。

（4）如果发动机在运转过程中，转向泵存在较大的轰鸣噪声、“呜呜”声或“咝咝”声等。

可能的原因有：

转向泵中有轰鸣声：

首先检查动力转向软管、动力转向器背压是否过大，如果过大则调节转向液压泵流量控制阀；如果正常则检查液压泵压盘、止推片、转子是否划伤，泵环是否磨损，必要时更换液压泵。

转向泵中有“呜呜”声,首先检查动力转向液液面是否过低，如果是则按规定添加合适的动力转向液；如果正常，则检查转向泵压盘和叶片是否划伤，泵电刷是否划伤，必要时更换转向泵。

若转向泵发出“咝咝”声或尖叫声，而转向液压系统无漏气现象，且传动带张紧度正常，则油路可能堵塞或转向泵严重磨损及损坏。

（5）当转向盘处于极限位置或原地慢慢转动转向盘时，若转向器发出严重的“咝咝”异响声，则可能为转向控制阀性能不良。

应更换控制阀进行对比检查，以确诊故障。

刚换过动力转向油后，或转向系统混入空气以后，转向系统会出现“咝咝”声，这种声音是转向系统中有空气存在引起的，可以通过放气或加添转向助力液加以排出。

其诊断流程如图3.1所示。

图3.1动力转向器“咝咝”声的故障诊断流程

3.2转向沉重

转向沉重指转向所用的力较正常时要大，对于动力转向来说，转向沉重一般都是由于动力转向系统的故障引起的。

3.2.1转向沉重的一般情况

1.故障原因分析如下：

（1）汽车前桥故障

轮胎的气压过低。

轮胎的气压过低降低了轮胎的弹性，从而引起稳定力矩的增加。

转向时必须克服稳定力矩才能顺利转向，若稳定力矩过大，则驾驶员要在方向盘上加较大的力才能够顺利转向。

主销后倾角过大。

主销后倾角过大使稳定力矩的力臂L变大，从而使稳定力矩增大。

为了顺利转向，则驾驶员必须在方向盘加较大的力。

因而主销后倾角不宜过大，一般为2°～3°。

但高速汽车的轮胎的气压偏低引起稳定力矩增大，因而它的主销后倾角应小一点，甚至为负值。

主销内倾角不当。

主销内倾角过大则使主销轴线与地面的交点到轮胎中心平面与地面的交线的距离C过小。

C过小，从而使轮胎与路面的滑动摩擦增加即轮胎与路面的磨擦阻力增加。

这不仅使方向沉重，也使轮胎异常磨损、伤胎。

主销内倾角过小则使C过大，从而使回正力矩过小，增加了转向时驾驶员加在方向盘上的力，也就使转向操纵不轻便即方向沉重。

（2）机械部分故障

各连接配合过紧。

各连接配合过紧如：

横拉杆球头锈蚀、缺油使配合间隙过紧，从而使加在方向盘上克服转向节转动的阻力增加也就使转向不轻便。

车架变形、横直拉杆弯曲。

车架变形、横拉杆弯曲使前轮定位参数不准。

如车架变形使主销内倾角、主销后倾角改变，从而使方向沉重；横拉杆弯曲使前轮前束、前轮外倾角变大或变小，从而加大了轮胎与地面的磨擦阻力使方向沉重。

转向轴弯曲、管柱凹曲。

转向轴弯曲、管柱凹曲使转向力臂变小，从而加在方向盘的转向力的力矩减小，使转向沉重。

转向器缺油、发卡。

转向器缺油、发卡使它内部的磨擦增加，从而使克服转向器的阻力增加，使方向沉重。

（3）动力转向系统故障

当确认故障原因在液压助力系统以后，首先检查转向液压泵的驱动装置的工作情况，应检查三角皮带是否打滑或过松。

检查液压系统各部件管路连接处有无漏油。

检查液压油油箱的油平面高度。

检查液压系统是否混进空气，如发现油箱中有泡沫，油路中可能混有空气。

检查液压泵的工作压力。

在液压泵的出油口与控制阀的进油口之间的油路中，依次串联1只相适应的压力表和节流阀，启动发动机并以低速运转，在逐步关闭节流阀时，油压应有所提高。

若短时间关闭节流阀（不得超过10s），压力表上指示的值应为液压泵的最大工作压力；若指示值低于规定值的90%，说明液压泵有故障。

用同样的方法亦可检查液压泵的流量（配以流量计或量筒和秒表）。

液压泵本身的故障须解体检查，如液压泵工作良好，则故障可能在转向器油缸或滑阀。

转向器油缸或滑阀须解体检查。

如液压泵的压力或流量不够，应进一步检查液压油滤清器和管道有无堵塞。

2.诊断方法与检修

架起车辆的前桥，打方向若此时方向不沉重，则可以判断是由于前轮定位的不准（如：

主销后倾角过大、主销内倾角过小或过大、前轮前束、前轮外倾角）；若此时方向沉重，则可以说明连接配合过紧（如：

横拉杆球头配合，主销平面轴承的配合间隙过紧）或是转向器缺油、发卡及转向轴弯曲、管柱凹曲。

若驻车时转向沉重，应进一步检查行车时的车况。

若行车时转向更加沉重且速度越快越沉重，则可以判断前轮定位的不准；若行车中方向沉重的程度不变，则可以表明不是由前轮定位引起的方向沉重。

若是由于前轮定位的不准引起的方向沉重，则应先检查前轮前束是否符合技术标准。

若不符合，则应按技术标准进行调整；若符合，则应检查主销后倾角是否过大；若过大，则应调整其大小；若正常，则应检查横拉杆是否弯曲、变形（影响主销后倾角和主销内倾角）；若弯曲，则应校正；若不弯曲，则应检查主销是否松旷（使前轮外倾角偏大及C偏小）；若松旷，则应换主销或铜套；若不松旷，则检查车架是否弯曲、变形（影响主销后倾角的主销内倾角）；若弯曲、变形，则应校正或换新件；若不弯曲、变形，则应检查转向节是否弯曲（影响主销后倾角和主销内倾角）；若弯曲，