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液压助力转向系统
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一、转向系统与转向泵的工作原理
一、转向泵的功能与特性： 1、功能：在汽车转弯时，减小对方向盘的操作力；限制转向系统的减速；在原地转向
时，能提供必要的助力；限制车辆高速或在薄冰上的助力，具有较好的转向稳定性；在转 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、转向油杯、转向高压油管以及将发动机输出的部分机械能转换为压力能的转 向油泵等部件组成。）
90mm、100mm、110mm 等，助力方向机缸径选择过小会使助力转向液压系统容易产生故障。
3 核算助力方向机流量需求。保证有足够的助力性能，在典型路面（非水泥路面、土路、乡村
公路）上，汽车按实际最高载重量，原地打方向时方向机进油压力为 7~13MPa。低于 7MPa 可以
考虑减小方向机油缸直径，高于 13MPa 时应考虑加大转向器油缸直径。。
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二、动力转向泵基本参数
1. 排量 q—油泵每转一周所排出液体的体积
ml/r
2. 开启转速（n1k、n2k）—规定压力下，转向泵流量控制阀开启时的转速
r/min
3. 开启流量（Q1K、Q2K）—规定压力下，转向泵在开启转速工况下的输出流量
L/min
4. 空载压力（Po）—出油口压力不超过最大工作压力的 5%或 0.5MPa 时的输出压力
二.动力转向泵的配套设计 1 动力转向泵的最大压力： 考虑从转向泵的出口到方向机的进口之间的管路损失，在选择转向泵的最大压力时，应使转向 泵的最大压力：PP= P1+△P P1 为方向机的最大压力; △P 为管路损失,一般取(0.3-0.5)MPa，如果压力已经很高，转向却 依然沉重，只能是加大缸径。如果压力 PP＜P1 ，必然会转向沉重或是打不动方向盘。 动力转向泵应有可靠的压力装置，任何情况下，输出压力不能高于其许可的最大工作压力。若 该输出接口用来驱动其他附件，应得到相关部门审查认可。 2 动力转向泵的控制流量 Qp： 一般取 Qp≥（1.05-1.1）Qmax. Qmax 为方向机所需的最大流量. 3 动力转向泵的公称排量： 根据怠速时(转向泵转速一般为 650-750 r/min)，方向机所需的流量，选择转向泵的排量，低 速时（转向泵转速一般在 1200r/s 以下）转向泵输出的流量与排量之间的关系为： Q=qt* n 其中 qt 为泵的理论排量；n 为怠速时转向泵的转速。 转向泵的排量过小，容易出现怠速时转向沉重，排量过大，系统容易发热。 4 对应发动机特征转速下的转向泵实际流量要求（怠速，最大扭矩转速，标定转速）。
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的压力。
注：Pumpe----------------------泵 Druckbegrenzungsventil-压力控制阀 Lenkungszylinder---------转向器动力缸 Stromregelfeder-----------流量调整弹簧 Abspritzbohrung----------溢流孔
Saugdruck-吸入压力 Hochdruck-高压 A-吸入接口 B-压力接口 C-溢流孔 D-出油孔
1：壳体 2：端盖 3：端盖螺钉 4：轴 5：轴密封环 6：分油盘 7：垫圈和 O 形圈 8：定子 9：转子 10：叶片 11：定位销 12：球轴承 13：滚针轴承 14：阀螺钉 15：接口
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当出油口（通道）关闭时，这时输出流量为 0，系统压力迅速升高，克服先导阀弹簧的力， 先导阀打开，当油通过阻尼孔时，产生ΔP ，使阀芯（主阀）打开，并处于平衡位置。由于阻 尼孔很小，因此很小的流量（即很低转速）便可产生足够大的ΔP，所以一般说压力与转速无必 然关系。
压力调节与流量调节的关系： 力平衡方程式相同，但ΔP 产生的部位不同；均利用阀芯（主阀）进行调节；当进行流量 调节时，先导阀关闭，阀芯弹簧端无油液流动，故阻尼孔无 压力降ΔP，只是利用节流口（量 孔）所产生的压力降ΔP 进行调节；当进行压力调节时，出油口（通道）关闭，出流量为 0，这 时，只有很小的流量通过节流口，其所产生的压力降可忽略不计，故只考虑阻尼孔所产生的压 力降ΔP 对主阀进行调节。通过调整垫片的增减，可以调整泵的最大压力。
在泵的出油口与出油腔之间有一量孔，当油液自出油腔以一定的速度流过量孔时，由 于量孔的节流作用量孔外侧的出油口压力低于量孔内侧出油腔的压力，油泵流量大，则量 孔内外的压力差大，在油泵不工作时，在流量控制阀弹簧的作用下，滑阀处于后极限位置 掩盖住泵的出油孔，当油泵工作后出油孔的油压大于控制阀弹簧的张力时，流量-压力控制 阀体向前运动，离开泵出油孔，油泵出油腔的油液经该孔流出油泵，当发动机转速进一步 提高后，油泵内油压也相应提高，油泵流量提高，量孔内外差也提高，使流量-压力控制阀 柱塞进一步向前运动，当油泵流量-压力增大到规定值，使柱塞两端压力差的作用力足以克 服控制阀弹簧的预紧力，则进一步压缩弹簧，将滑阀柱塞向前推到露出溢流孔（进油腔） 时，油泵的出油孔与溢流孔相通。于是出油孔中的一部分油液经滑阀柱塞流入进油腔，因 而经量孔输出的流量便减少，流量减少到一定值时，量孔内外两侧的压力差不足以平衡弹 簧的张力，柱塞便被弹簧推下，重新切断进出油孔的通路，这样转向油泵的流量便被控制 在一定的范围内。安全阀体借螺纹固定在流量控制阀柱塞的前端，安全阀内的球阀门及安 全阀弹簧所处的柱塞内腔在出油孔压力升高到规定的最高值时，安全阀内的小钢球将克服 安全阀内弹簧的张力压缩弹簧向后运动（路径：出油孔的部分高压油液便经泵出油口 泵阀螺钉上的小孔 泵控制阀体上的节流孔 安全阀小孔 顶开安全内的钢球 安全阀腔内 流入泵溢流孔），此时泵控制阀底部的压力瞬间降低，至时泵控制阀前后端 原先通过节流孔所建立起来的平衡压力被打破，同时滑阀柱塞被瞬间推至阀腔底端，将出 油孔与进油腔完全相通，此时泵不向外输油，油在泵内部循环，这时可听见泵在此位置卸 压的正常的嘶嘶声，当在滑阀被推下、阀腔压力下降的瞬间，安全阀内的小钢球在弹簧的 预紧力下将被重新推至安全阀孔前端，堵住安全阀孔，同时控制阀前后两端又建立起相等 的油压，如此循环，泵内的滑阀在发动机的作用下不停地往返运动，为转向系统提供不同
4、泵的工作原理：泵在发动机的带动下工作时，叶片在离心力的作用下紧贴在定子 的内表面上，工作容积由小变大，再由大变小，压缩油液，完成一次吸、压油过程，泵输 出的油量随转子的转速而增大，其输出油量的压力取决于动力转向系统的负荷，为了限制 动力转向系统内的最高工作压力以及油泵的输出油量，在泵内安装有流量—安全控制阀。
三. 储油罐的选择： 1 储油罐容积选择：考虑系统的供油、散热、油中杂质的沉淀等，一般取油箱的容量： V=（0.15—0.2）Q1。 Q1 为转向泵的最大输出流量。 2 储油罐的散热能力：一般希望转向系统的油温控制在 80℃以下。如果有温超过 88℃，液压油
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二、汽车转向系统的匹配设计
一.动力转向系统配套设计
1 调查汽车在超载运营时的前桥载荷（双前桥转向时需要调查双桥载荷之和）；
2 调查汽车厂助力方向机的规格，根据经验，前桥载荷 p≤5500kg 时可选择 d=100mm 缸径助力
方向机，其它载荷可以根据 P/5500 = d2/1002 进行计算，助力方向机的缸径系列为 70mm、80mm 、
流量阀：在发动机高速运转时，转向油泵的供油量将大大超过动力转向系统的转向需 要，过量的循环油液将使油温升高，油泵消耗的功率增大，使转向过于灵敏，方向有发飘 的感觉，使转向系统失去操纵性，为此必须设置流量控制阀以限制油泵输出的最高流量。
压力安全控制阀：是调整泵在不同的发动机转速下所输出的压力大小，并限制动力转 向系统内油液的最高压力。
方向机最高压力限制（安全压力）：按典型公路重载原地转向时测试压力除以 0.85，建议不要
超过 15MPa，一般建议使用 12~13MPa 安全压力，安全压力越高可靠性越差。
前桥载荷 方向机型号及主要性能参数 转向泵流量要求 入口端所需提供的转向
泵压力要求
P
Qmax P1
4 确定转向泵在发动机上的安装位置及进出油口位置，给出一个尺寸范围，这样转向泵厂家方 便设计性能更好的转向泵。 5 将转向泵安装连接尺寸、进出油口位置尺寸、方向机流量需求及安全压力提交转向泵生产厂 家，转向泵生产厂家根据提供的参数要求设计匹配的转向泵。
2、特性：动力转向泵是汽车动力转向系统的一种高性能的动力源。 它具有良好的转速、流量特性，适用于转速变化而要求泵保持恒定（特定）流量的动力转 向系统。该系列泵具有输出流量稳定、转速范围宽、压力脉动小、噪声低、体积小、重量 轻、防外漏能力强等特点。
3、泵的构造组成：泵轴、泵轴承、定子、转子、分油盘、叶片、泵壳体、端盖、O 型圈、定位销、流量-压力安全控制阀等组成。
图表 1 动力转向系统工作原理图
Zahnstange-----------------齿条 Ritzel------------------------齿轮 Lenkventil------------------转向控制阀 Blende-----------------------节流板
图表 2 动力转向系统工作原理示意图
以下线性增加，在限制转速以上不明显增加。
轿车要求流量在限制速度以上略有减少，减少转向发飘。
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流量调节原理过程 流量孔局部压力损失： ΔP=ξ.ρ.v2/2 ΔP---压力降，MPa； ξ---局部阻力系数，一般由实验得来； ρ---液体密度，kg/m3； v---液体平均流速，m/s。 当油泵转速较低时，由于输出流量小，即 v 较小，产生的ΔP 不足以克服弹簧力，阀芯处 于最右端，回油孔关闭。
MPa
5. 最低转速(nmin) —转向泵正常稳定工作的最低转速