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汽车液压传动论文

三江学院

毕业设计（论文）任务书

（专科生用）

三江院（系）

数控专业

论文题目车辆液压动力转向系统工作原理及其故障分析

学号A085101044姓名张晨

起讫日期2010.12.6—2011.3.11工作地点

指导教师姓名

协助教师姓名

院（系）领导签名

前言

汽车转向系统是用来改变和恢复汽车行驶方向，保持汽车直线行驶的机构，对转向时车轮的正常运转和汽车的安全行驶影响很大。

汽车转向一旦发生问题，很容易造成车毁人亡的恶性事故。

一次汽车转向系统的状况，对于保证汽车安全、减轻驾驶员劳动强度、提高运输效率，延长车辆使用寿命均有着十分重要的作用。

当今汽车转向系统从过去的普通机械式到动力转向，一直到现在汽车电子控制动力转向，并逐步的发展和改善。

它在汽车的使用、维护和修理中占有重要的位置。

在使用中，由于汽车转向系统工作条件恶劣，转速与负荷在经常变化，长期使用，受弯曲、扭矩、剪切和道路不平引起的冲击载荷，同时收到各种因素的影响。

其零部件必然会产生不同程度的弯曲、扭曲变形个锈蚀、断裂等损坏，从而影响汽车的操纵轻便性、安全性和经济性。

汽车转向系统的某些机件还处于较苛刻田间下工作，因此它也是汽车运行中故障较多的部位，也是汽车安全检测的重点。

为保证汽车转向系统运行正常可靠，发挥其潜在能力，并保持良好的技术状况和较长的使用寿命，应必须采用经常性的检修、维护措施，防止不应有损坏，及时查明故障隐患并予以消除，使之保持完好的技术状况。

本论文分二章，全面系统地介绍了汽车转向系统的转向操纵机构、转向传动机构、转向器、动力转向等运用维修。

本论文编写过程中，由于编者水平有限，论文中难免有不妥之处，恳请赐教，批评指正。

编者：

Formerspeech

Automotivesteeringsystemisusedtochangeandrestorecardrivingdirection,keepthecarrunstraightfortheagency,thenormaloperationofsteeringwheelsafedrivingandthecar'sinfluence.Automotivesteeringonceproduceaproblem,itiseasytocausethemalignantaccidentelderly.Acarsteeringsystemtoensurethesituation,automobilesafety,lightenthelaborintensity,improvetransportationvehicleuseefficiencyandprolonglifeareanimportantrole.Today'sautomotivesteeringsystemfromthepastordinarymechanicaltopowersteering,untilnowautomotiveelectroniccontrolpowersteering,andgraduallydevelopmentandimprovement.Itinautomobileuse,maintenanceandrepairoccupiesanimportantposition.

Inuse,becauseautomotivesteeringsystemworkingconditions,thespeedandloadinalwayschange,useforalongtime,thebending,torque,shearandroaduneven,andtheimpactloadcausedbyvariousfactorsthatinfluencethereceipt.Itscomponentswillproducedifferentdegreeofbending,distortionarust,faultandsoon,thusaffectingthedamagedcarmanipulationofportability,safetyandefficiency.Automotivesteeringsystemofsomepartsisatademandingjob,soitunderthecarrunningofthefaultis,thepositionisalsomoreemphasisofautomotivesafetyinspection.Automotivesteeringsystemtoensurethenormaloperationandreliable,exertitspotentialability,andkeepgoodtechnicalstatusandlongservicelife,mustadoptregularmaintenance,Virginia.

Thisthesisdividestwochapters,comprehensivelyandsystematicallyintroducesthesteeringsystemofsteeringcontrolagencies,steeringtransmissionmechanism,steeringgear,powersteeringbymaintenanceetc.

Thisthesiswritingprocess,becauseeditorpaperslevelislimited,harddeficiencies,kindlyinstruction,criticismandcorrections.

第一章汽车液压动力转向系统的功用、结构原理………………………………

（1）

第一节液压转向的功用、特点…………………………………………

（1）

一、对动力转向机构的要求………………………………………………

（1）

二、动力转向机构布置方案分析…………………………………………

（1）

三、动力转向机构的计算…………………………………………………（3）

第二节液压转向的结构及工作原理……………………………………（5）

一、液压转向系统的组成…………………………………………………（5）

二、液压转向系统的工作过程……………………………………………（8）

第三节典型车型的动力转向……………………………………………（8）

一、结构特点………………………………………………………………（8）

二、转向传动机构…………………………………………………………（9）

第二章汽车液压动力转向系统的故障分析……………………………………（16）

第一节液压动力转向系统故障的诊断与排除………………………（16）

第二节油路系统动力转向系统装置的故障维修……………………（17）

第三节典型车型的动力转向系统的故障检修实例…………………（18）

参考文献……………………………………………………………………………（20）

第一章汽车液压动力转向系统的功用、结构原理

第一节液压转向的功用、特点

为了减轻转向时驾驶员作用到转向盘上的手力和提高行驶安全性，在有些汽车上装设了动力转向机构。

中级以上轿车，由于对其操纵轻便性的要求越来越高，采用或者可供选装动力转向器的逐渐增多。

转向轴轴载质量超过2．5t的货车可以采用动力转向，当超过4t时应该采用动力转向。

一、对动力转向机构的要求

1）运动学上应保持转向轮转角和驾驶员转动转向盘的转角之间保持一定的比例关系。

2）随着转向轮阻力的增大（或减小），作用在转向盘上的手力必须增大（或减小），称之为“路感”。

3）当作用在转向盘上的切向力Fh≥0．025～0．190kN时（因汽车形式不同而异），动力转向器就应开始工作。

4）转向后，转向盘应自动回正，并使汽车保持在稳定的直线行驶状态。

5）工作灵敏，即转向盘转动后，系统内压力能很快增长到最大值。

6）动力转向失灵时，仍能用机械系统操纵车轮转向。

7）密封性能好，内、外泄漏少。

二、动力转向机构布置方案分析

液压式动力转向因为油液工作压力高，动力缸尺寸小、质量小，结构紧凑，油液具有不可压缩性，灵敏度高以及油液的阻尼作用可吸收路面冲击等优点而被广泛应用。

1．动力转向机构布置方案

由分配阀、转向器、动力缸、液压泵、贮油罐和油管等组成液压式动力转向机构。

根据分配阀、转向器和动力缸三者相互位置的不同，它分为整体式（图1—1a）和分置式两类。

后者按分配阀所在位置不同又分为：

分配阀装在动力缸上的称为联阀式，见图1—1b；分配阀装在转向器和动力缸之间的拉杆上称为连杆式，见图1—1c；分配阀装在转向器上的称为半分置式，见图1—1d。

图1-1动力转向方案布置图

1；分配阀2；转向器3；动力缸

在分析比较上述几种不同动力转向机构布置方案时，常从结构上是否紧凑；转向器主要零件是否承受由动力缸建立起来的载荷；拆装转向器是否容易；管路，特别是软管的管路长短；转向轮在侧向力作用下是否容易引起转向轮摆振；能不能采用典型转向器等方面来做比较。

例如整体式动力转向器，由于分配阀、转向器、动力缸三者装在一起，因而结构紧凑，管路也短。

在转向轮受到侧向力作用时或者发动机的振动不会影响分配阀的振动，因而不能引起转向轮摆振。

它的缺点是转向摇臂轴、摇臂等转向器主要零件，都要承受由动力缸所建立起来的载荷，因此必须加大它们的尺寸和质量，这对布置它们带来不利的影响。

同时还不能采用典型转向器，拆装转向器时要比分置式的困难。

除此之外，由于对转向器的密封性能要求高，这对转向器的设计，特别是重型汽车的转向器设计带来困难。

整体式动力转向器多用于轿车和中型货车。

2．分配阀的结构方案

分配阀有两种结构方案：

分配阀中的阀与阀体以轴向移动方式来控制油路的称为滑阀式，以旋转运动来控制油路的称为转阀式。

滑阀式分配阀结构简单，生产工艺性较好，易于布置，使用性能较好，曾得到广泛应用。

转阀式与滑阀式比较，灵敏度高，密封件少，结构较为先进。

由于转阀式是利用扭杆弹簧使转阀回位，所以结构复杂。

转阀式分配阀在国内、外均得到广泛应用。

三、动力转向机构的计算

1．动力缸尺寸的计算

动力缸的主要尺寸有动力缸内径、活塞行程、活塞杆直径和动力缸壳体壁厚。

动力缸的布置若如图1—2所示，则在计算前，应先行确定作用在直拉杆上的力Fl。

动力缸应产生的推力F用下式计算

图1-2动力缸布置图

式中，L1为转向摇臂长度；L为转向摇臂轴到动力缸活塞之间的距离。

推力F与工作油液压力P和动力缸截面面积S之间有如下关系

所以

（1—1）

因为动力缸活塞两侧的工作面积不同，应按较小一侧的工作面积来计算，即

（1—2）

式中，D为动力缸内径；dp为活塞杆直径，一般初选时可取dp=0．35D。

联立式（1—1）和式（1—2）后得到

（1—3）

式中，压力p一般在6～10MPa，最高可取16．5～18．0MPa.

活塞行程是车轮转至最大转角时，由直拉杆的移动量换算到活塞杆处的移动量得到的。

如图1—3所示，活塞移到两端极限位置，还要留有一定间隙。

活塞移到左侧极限位置时，其端面到动力缸之间，应当留有10mm间隙。

活塞移到右侧极限位置时，其端面到缸盖之间应留有e=（0．5～0．6）D的间隙，以利于活塞导向作用。

活塞厚度可取为B=0．3D。

动力缸的最大长度s用下式计算确定

（1—4）

式中，s1为活塞最大位移量。

动力缸壳体壁厚t，根据计算轴向平面拉应力σz来确定

（1—5）

式中，p为油液压力；D为动力缸内径；t为动力缸壳体壁厚；n为安全系数，取n=3．5～5．0；σT为壳体材料的屈服点。

壳体材料有球墨铸铁和铸造铝合金两种。

球墨铸铁采用QT500—05，抗拉强度为500MPa，屈服点为350MPai铸造铝合金多采用ZLl05，抗拉强度为160～240MPa。

活塞杆用40或45钢制造。

为提高可靠性和寿命，要求其表面镀铬并磨光。

图1-3预开隙e1

第二节液压转向的结构及工作原理

一、液压转向的组成

图1-4转向结构图

1-转向盘；2-转向轴；3-转向控制阀；4-转向螺杆；5-齿条—活塞；6-扇齿；7-摇臂；8-转向主拉杆；9-转向节；10-转向横拉杆；11-转向梯形臂；12-转向油罐；13-转向油泵；R-右转向动力腔；L-左转向动力腔

齿条齿轮式转向系统和循环球式转向系统。

随后，我们将介绍动力转向，并了解一些有趣的转向系统发展趋势，这些趋势大多源于人们对汽车省油功能的需求。

不过，让我们先看一下让汽车转向所必须执行的操作。

这并不像您想像的那么简单！

齿条齿轮式转向系统已迅速成为汽车、小型货车及SUV上普遍使用的转向系统类型。

其工作机制非常简单。

齿条齿轮式齿轮组被包在一个金属管中，齿条的各个齿端都突出在金属管外，并用横拉杆连在一起。

小齿轮连在转向轴上。

转动方向盘时，齿轮就会旋转，从而带动齿条运动。

齿条各齿端的横拉杆连接在转向轴的转向臂上参见图1-4。

齿条齿轮式齿轮组有两个作用：

ａ、将方向盘的旋转运动转换成车轮转动所需的线性运动。

提供齿轮减速功能，从而使车轮转向更加方便。

ｂ、在大多数汽车中，一般要将方向盘旋转三到四周，才能让车轮从一个锁止位转到另一个锁止位（从最左侧转到最右侧）。

转向传动比是指方向盘转向程度与车轮转向程度之比。

例如，如果将方向盘旋转一周（360度）会导致车轮转向20度，则转向传动比就等于360除以20，即18:

1。

比率越高，就意味着要使车轮转向达到指定距离，方向盘所需要的旋转幅度就越大。

但是，由于传动比较高，旋转方向盘所需要的力便会降低。

一般而言，轻便车和运动型汽车的转向传动比要小于大型车和货车。

比率越低，转向反应就越快，您只需小幅度旋转方向盘即可使车轮转向达到指定距离。

这正是运动型汽车梦寐以求的特性。

由于这些小型汽车很轻，因此比率较低，转动方向盘也不会太费力。

有些汽车使用可变传动比转向系统，在此系统中，齿条齿轮式齿轮组的中心与外侧具有不同的齿距（每厘米的齿数）。

这不仅能提高汽车转向时的响应速度（齿条靠近中心位置），还能减少车轮在接近转向极限时的作用力。

当在动力转向系统中应用齿条齿轮时，齿条的设计会略有不同。

部分齿条包含一个中心有活塞的圆筒。

活塞连接在齿条上。

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。

我们将在随后介绍提供高压液体的组件，它同时也能决定向齿条的哪一侧供应这些高压液体。

首先，让我们来了解另一种转向系统。

目前，众多货车和SUV上都在使用循环球式转向系统。

其转动车轮的拉杆与齿条齿轮式转向系统稍有不同。

图1-5循环球式转向器结构图

循环球式转向器有一个埚杆。

您可以将此转向器想像为两部分。

第一部分是带有螺纹孔的金属块。

此金属块外围有切入的轮齿，这些轮齿与驱动转向摇臂的齿轮相结合参见图1-5。

方向盘连接在类似螺栓的螺杆上，螺杆则插在金属块的孔内。

转动方向盘时，它便会转动螺栓。

由于螺栓与金属块之间相对固定，因此旋转时，它不会像普通螺栓那样钻入金属块中，而是带动金属块旋转，进而驱动转动车轮的齿轮。

螺栓并不直接与金属块上的螺纹结合在一起，所有螺纹中都填满了滚珠轴承，当齿轮转动时，这些滚珠将循环转动。

滚珠轴承有两个作用：

第一，减少齿轮的摩擦和磨损；第二，减少齿轮的溢出。

如果齿轮溢出，则会在转动方向盘时感觉到。

而如果转向器中没有滚珠，轮齿之间会暂时脱离，从而造成方向盘松动。

循环球式系统中的动力转向工作原理与齿条齿轮式系统类似。

其辅助动力也是通过向金属块一侧注入高压液体来提供的。

现在让我们看一下构成动力转向系统的其他组件。

在动力转向系统中，除齿条齿轮机制或循环球机制外，还有几个重要组件。

用于转向的液压动力由回转式滑片泵提供参见图1-4。

此泵由汽车发动机通过传送带和皮带轮进行驱动。

它包含一组在椭圆形泵室内旋转的伸缩式叶片。

当叶片旋转时，这些叶片会从压力较低的回流管吸入液压油，并迫使其流向压力较高的出口。

泵所提供的流量取决于汽车发动机的速度。

泵的设计必须能在发动机怠速时提供足够的流量。

因此，当发动机加速运转时，该泵提供的液体会远远超过实际的需要。

泵中含有一个减压阀，用于确保压力不会升得太高。

当发动机高速运转时，由于泵中吸入了太多液体，因而更需要减压阀来降低压力。

只有驾驶员对方向盘施加作用力（如开始转向）时，动力转向系统才会向其提供支持。

如果驾驶员没有施加作用力（如沿直线驾驶时），该系统则不会提供任何援助。

方向盘上用于检测到这种作用力的设备叫旋转阀。

旋转阀的关键部位是扭力杆。

扭力杆是一根细金属杆，在向其施加扭矩时，它会发生扭转。

扭力杆的顶端连接在方向盘上，底端则连接在小齿轮或埚杆（用于转动车轮）上，这样扭力杆中的扭矩便等于驾驶员用来转动车轮的扭矩。

驾驶员用来转动车轮的扭矩越大，扭力杆扭转的幅度就越大。

转向轴中的输入装置形成了滑阀总成的内部结构。

它也与扭力杆的顶端相连。

扭力杆的底端连接在滑阀的外侧。

扭力杆还会转动转向器的输出装置，以使其与小齿轮或蜗杆相连，具体取决于汽车的转向系统类型。

当扭力杆扭转时，它会使滑阀的内侧相对于外侧旋转。

由于滑阀的内侧也连接在转向轴上（从而与方向盘相连），因此滑阀内外侧之间的旋转程度取决于驾驶员在方向盘上所施加扭矩的大小。

二、液压转向系统的工作过程

图1-6转向工作图

1-溢流阀；2-液压泵；3-节流阀；4-安全阀；5-转向控制阀；6-液压泵；7-方向盘

第三节典型车型的动力转向

1.直线行驶：

阀5不动，在中位，卸荷。

2.左转向：

阀5右移，在左位，左转。

3.右转向：

阀5左移，在右位，右转。

第三节典型车型的动力转向

一、结构特点

EQll08G汽车装用M6循环球转向器（机械式），也有选装HFB52（IPS40型）整体式循环

球动力转向器（液压式），EQ2100E系列牵引车的转向系统也有机械式和动力式两种，根据需

要选装其一。

EQll41G汽车装用HFB64（IPS55）整体式循环球动力转向器。

整体式循环球动力转向器结构先进，性能稳定，可靠、耐用，具有国际先进水平。

本节主要以HFB系列动力转向系统为主来介绍，同时简要介绍循环球转向器。

表1-1结构技术参数

车型

EQll08G

EQll41G

EQ2100E

动力转向型式

HFB52（IPS40）

HFB64（IPS55）

M6或HFB

转向盘上下调整距离

50mm

25mm

转向盘前后调整

8°

40mm

转向盘转动圈数

6（tE动力转向）

5.4（动力转向）

5.4

转向盘外径

480mm

转向盘转向机构传动比（中间位置）

20.4

39.78

二、转向传动机构

如图1-7所示，由于装用可翻转的平头驾驶室，而且转向盘的前后位置可以调整，所以转向传动机构装用了带有两个十字轴万向节的转向传动装置，一个万向节与转向器输入轴相连接，另一个万向节的柱管与传动轴之间连接着。

十字轴轴承在传动轴叉中是靠挤压出的6个凸台进行轴向定位的，在维修中是不可拆卸的，如果十字轴轴承或十字轴磨损需修理时，均需更换整根传动轴。

转向传动轴的下端是一个可伸缩的花键轴，所以转向盘的上下位置可进行适当调整。

转向传动装置分解时，在拉出花键叉轴总成前，应注意在花键叉轴和叉轴套上打上标记，以保证按原位装回。

万向节十字轴轴承的径向间隙应小于O.25mm，轴向窜动量应小于0.4mm，否则，应更换传动轴。

图1-7运输车转向传动机构图

1.转向轮2.转向柱总成3.转向器4.转向垂臂5.直拉杆6.转向节臂7.转向节

8、10.横拉杆臂9.转向横拉杆

滑动花键啮合副的径向间隙应小于0.40mm，如超过或者零件有裂纹、严重的伤痕、扭曲等，均应更换相应的总成。

另外，轴用弹性挡圈在拆卸后必须更换。

图1-8越野车转向拉杆解体

1.横拉杆接头总成2.螺塞3.圆锥弹簧4.上球碗5.球头销6.下球碗7.接头8.直通滑脂嘴

9.内防尘罩10.防尘罩11.密封圈12.槽形扁螺母13.卡箍14.横拉杆15.调整套16.螺塞17.弹簧座18.弹簧19.球头销座20.止推垫21.直拉杆22.滑脂嘴23.防尘罩24.防尘罩盖

1.转向横、直拉杆

转向梯形机构在汽车前轴的后方，它由直拉杆、横拉杆、横拉杆臂等组成。

图1-8所示为EQ2100E系列牵引车转向横直拉杆结构图。

图1-9直拉杆结构图

1.开口销2.防尘罩3.调整螺母4.滑脂嘴5.球头销6.球座7.弹簧8.止推座9.直拉杆套管总成10.平球座11.槽形螺母12.开口销

直拉杆的前端通过球头销与转向器的垂臂连接，后端通过球头销与前轴左转向节的转向节臂连接，直拉杆的结构如图1-9所示。

横拉杆在前轴的后方，利用球头销与横拉杆臂相连接。

横直拉杆球头销都装有防尘罩，保证球头销的防尘和密封；球头销的球头部分都加工有储油槽，直拉杆球头的油槽与球头轴线垂直，横拉杆球头的油槽与球头轴线成一定夹角。

横拉杆球头销在装配过程中，调整螺母的螺纹部分都涂有密封胶。

图1-10液压系统示意图

1.整体式动力转向器2.液压泵3.储油罐

2.动力转向的液压系统

动力转向的液压系统由储油罐、液压泵和整体式动力转向器组成，如图1-10所示。

液压泵的动力由发动机提供，一般安装在空气压缩机的后端。

动力通过空压机的曲轴输出给液压泵。

该泵为叶片式转向助力泵，泵内安装有流量阀和卸荷阀。

储油罐装在驾驶室后悬置横梁上，便于在车下进行检查和维护。

油罐大盖子上装有检查小盖，而且小盖上装有油标尺和通气塞，油罐内装有滤芯，每24000km更换一次。

发动机工作时，带动油泵转动，把油罐内的油以一定的压力输送给转向器，多余的油回到油罐。

转向器的回油经油罐滤清，再被油泵吸入，如此循环下去。

3.整体式循环球动力转向器

EQll08G汽车的转向系统一般装用M6循环球转向器（机械式），也有选装HFB52整体式循环球动力转向器（液压式）。

EQll41G汽车的转向系统装用的是HFB64（IPS55）整体式循环球动力转向器，其结构及工作原理与HFB52基本相同。

现主要介绍HFB52（IPS40）整体式循环球动力转向器的结构原理及其维护方法。

图1-11整体式动力转向器

1.转阀2.滚针轴承3.行程阀4.循环球5.防尘油封6.扭杆

（1）基本结构及技术参数。

如图1-11所示，整体式动力转向器主要由机械转向齿轮啮合副、液压控制阀、动力缸以及壳体和其他零件组成。

其结构特点如下：

①控制阀（转阀）是实现转向助力的控制元件。

②精密滚针轴承可以提高转