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汽车液压助力转向系统基本结构、工作原理及实

发布时间:2018-11-29

  在汽车转向系统中增设助力装置称为“助力转向”。采用助力转向的目的,是使转向操纵经便,改善操作性能。一般来说,在即将停车时车速较低,转向盘的操纵较费力,随着车速增加,转向盘逐渐变得轻快。因此,如果将停车或低速时的转向操纵力设计得较小,则在高速行驶时转向就会发飘。为了实现在各种条件下,操纵转向盘所需的力都在最佳状态,就需要采用液压转向装置。目前的助力转向装置均采用液压作为动力,利用液压泵加压油液,再经过控制阀来调节液压油的流量,根据汽车的行驶状态,控制转向系统。在转向时,转向动作仍由驾驶员来完成,但作用在转向机构上的力则由动力装置提供,因此能使操纵转向盘轻便省力。

  汽车液压转向系统基本结构与工作原理如图一所示,由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—转向油杯、13—转向液压泵、R—右转向动力腔、L—左转向动力腔等组成。转向液压泵13安装在汽车发动机上,由曲轴通过皮带驱动向外输出油压,转向油杯12有进、出油管接头,通过油管分别和转向液压泵和转向控制阀3连接。助力转向器为整体式助力转向器,其转向控制阀可以改变油路。由齿条-活塞5和缸体形成R和L两个工作腔。R腔为右转向动力腔,L腔为左转向动力腔,它们分别通过油道和转向阀连接。转向螺杆4和齿条-活塞、齿条-活塞和扇齿6组成了两对啮合传动副。摇臂7一端固接在与扇齿连在一起的转向摇臂轴上,另一端铰接在转向主拉杆8上。转向横拉杆10、转向梯形臂11及前轴组成转向梯形结构。

  汽车液压转向系统在很多汽车上采用,如图二所示,为上海大众的桑塔纳2000 PASSAT B5轿车就采用了液压助力转向机构。

  液压助力转向装置的基本结构如图4-2所示。它由叶片泵、油杯、转向机活塞、旋转柱塞阀、油管等组成。

  发动机通过三角皮带驱动动力转向所用的叶片泵,将油杯里的液压油泵入旋转柱塞阀,旋转柱塞阀控制液压油流向,根据转向力矩的大小和方向,旋转柱塞阀控制液压油返回油杯,并使适当的液压油流入某一边的工作液压缸,油压作用与活塞运动变向,对转向机齿条的位移起助力作用。另一边工作缸的液压油,在转向机活塞和油压的作用下,通过旋转柱塞阀排放,回到油杯。

  当直线行驶时,转向盘不传送转向扭矩,旋转柱塞阀上的扭曲杆不产生扭曲,旋转柱塞阀将进油通道和回油通道各开启一半,低压状态的液压油经左边旋转柱塞阀的通道进入转向机工作缸右边,转向机工作缸右边多余的液压油经右边旋转柱塞阀处的回流节流阀返回到油杯中;同样此低压状态的液压油经右边旋转柱塞阀的通道和出油节流阀进入转向机工作缸左边,转向机左边多余的液压油经左边旋转柱塞阀上部的回油环槽返回油杯中。

  由于转向机活塞右边面积要比左边面积小,这两个节流阀流量不一样,它能使转向机工作缸右边的油压略大于左边的油压,这样转向机处于中间位置时,转向机活塞受到左右两个缸的作用力相等,使助力活塞保持在平衡状态,不起助力作用。由于转向盘保持在中间位置,转向器也就处于中间状态,使车辆直线行驶。由此可见,直线行驶时,虽然液压油始终是循环流动的,但转向助力器不起助力作用,因此这种动力转向系统是常压式。

  向右行驶时助力转向器的工作原理如图三所示。此时向右转动转向盘传送转向扭矩,转向扭矩使得扭曲杆扭曲,并且转向管柱的转角要比转向机小齿轮转得多一点,这就使得右边旋转柱塞阀下移,使得进油通道开大;左边旋转柱塞阀上移,关闭进油通道,在此同时两个旋转柱塞阀分别打开和关闭各自的回油通道。

  根据右边旋转柱塞阀进油通道开度的大小,来控制流入工作缸左边的液压油的流量和油压。工作缸左边的液压油推动转向机活塞向右移动,起到助力作用。与此同时,助力活塞的齿条带动转向杆顺时针转动,带动转向传动机构推动转向轮向右转向。转向机活塞移动距离的大小,则取决于施加在转向盘上转向力矩的大小。

  转向机工作缸右边的液压油在转向机活塞的作用下,通过打开的回油环槽返回到油杯中。另外,扭曲杆的扭转力矩成为操纵反力,传至转向盘,使驾驶员有路感。

  向左行驶时助力转向器的工作原理同右转时大致相同,如图四所示。此时向左转动转向盘传送转向扭矩,转向扭矩使得扭曲杆扭曲,并且转向管柱的转角要比转向机小齿轮转得多一点,这就使得左边旋转柱塞阀下移,使得进油通道开大;右边旋转柱塞阀上移,关闭进油通道,在此同时两个旋转柱塞阀分别打开和关闭各自的回油通道。

  根据左边旋转柱塞阀进油通道开度的大小,来控制流入工作缸右边的液压油的流量和油压,工作缸右边的液压油推动转向机活塞向左移动,起到转向助力作用。助力活塞上的齿条带动转向杆逆时针转动,从而带动转向车轮向左转动。转向机活塞移动距离的大小,则取决于施加在转向盘上转向力矩的大小。

  转向机工作缸左边的液压油在转向机活塞的作用下,通过打开的回油环槽返回到油杯中。

  如果将转向盘转到某一角度并保持这一角度,则在转向力矩与转向阻力矩达到平衡时,扭曲杆恢复正常,不产生扭曲,旋转柱塞阀的位置与直线行驶相同,助力作用消失,从油泵来的油经空载油路继续循环。此时,转向角度保持与转向盘的转角成为相互对应关系。

  在驾驶员操作过程中,当助力转向系统发生故障而失去转向助力作用时,转向器仍能工作。此时,由转向盘传来的转向力矩通过转向柱、活塞的齿条等直接驱动转向车轮以实现转向,不过转向操纵会感到沉重些。