大卡車液壓助力轉向系統(tǒng)論文

1、陜西交通職業(yè)技術學院大卡車液壓助力轉向系統(tǒng)論文題目：大卡車液壓助力轉向系統(tǒng)系部：汽車工程系專業(yè)：汽車制造與裝配技術學號:32班 級：汽車制造1102姓 名：溫帥指導老師：賈永峰2013年11 月 05 日1緒論1緒論 11.1問題的提出 21.2汽車轉向系的類型和組成 2機械轉向系 2122動力轉向系 31.3動力轉向技術的發(fā)展 4液壓動力轉向 4電動動力轉向 52液壓助力布置方案的擬定 52.1轉向系的功用與要求 52.2轉向器方案分析 62.3液壓助力轉向機構布置方案分析 6動力轉向機構布置方案 6動力轉向器結構形式的選擇 8分配閥的結構方案 92.4液壓系統(tǒng)方案分析 9常用轉向液壓系統(tǒng)工

2、作原理 9系統(tǒng)設計工作原理 102.5小結 111.1 問題的提出轉向系統(tǒng)性能和整車及其它總成、系統(tǒng)的性能息息相關，在系統(tǒng)設計的每一個環(huán)節(jié) 都需要考慮整車及其它總成的性能。首先，轉向系統(tǒng)必須能夠實現(xiàn)整車所要求的車輪轉 角，這為轉向機構的設計及動力轉向器匹配提出了基本要求。其次，轉向機構和懸架系 統(tǒng)必須有協(xié)調(diào)的運動學關系，這就對轉向機構設計提出了附加的要求。這兩項要求基本 可以在系統(tǒng)設計層面進行分析解決， 而和轉向系統(tǒng)相關的行駛穩(wěn)定性及行駛路感則必須 在整車層面進行計算分析。1.2 汽車轉向系的類型和組成汽車在行駛過程中，需按駕駛員的意志經(jīng)常改變其行駛方向，即所謂汽車轉向。就 輪式汽車而言， 實

3、現(xiàn)汽車轉向的方法是， 駕駛員通過一套專設的機構， 使汽車轉向橋 （ 一 般是前橋 ）上的車輪 （轉向輪）相對于汽車縱軸線偏轉一定角度。在汽車直線行駛時，往 往轉向輪也會受到路面例向干擾力的作用，自動偏轉而改變行駛方向。此時，駕駛員也 可以利用這套機構使轉向輪向相反的方向偏轉，從而使汽車恢復原來的行駛方向。這一 套用來改變或恢復汽車行駛方向的專設機構，即稱為汽車轉向系。因此，汽車轉向系的 功用是，保證汽車能按駕駛員的意志而進行轉向行駛。汽車轉向系可按轉向能源的不同分為機械轉向系和動力轉向系兩大類。 機械式轉向 器由轉向器、轉向操縱機構和轉向傳動機構三大部分組成。按照轉向器的不同形式可分 為循環(huán)球

4、式、齒輪齒條式、蝸桿曲柄指銷式等轉向器。不同的轉向器有著不同的特點應 用于不同的汽車上。其中小轎車上常用的是齒輪齒條式的轉向器。1.2.1 機械轉向系機械轉向系以駕駛員的體力作為轉向能源，其中所有傳力件都是機械的。機械轉向 系由轉向操縱機構、轉向器和轉向傳動機構三大部分組成。1 一轉向盤；2 一轉向軸；3 一轉向萬向節(jié)；4 一轉向傳動軸；5 一轉向器；6-轉向搖臂；7 一轉向直拉桿；8 一轉向節(jié)臂；9 一左轉向節(jié)；10、12 一梯形臂；11 一轉向橫拉桿；13 一右轉向節(jié)圖1-1機械轉向系示意圖圖1-1所示為機械轉向系的組成和布置示意圖。當汽車轉向時，駕駛員對轉向盤1施加一個轉向力矩。該力矩通

5、過轉向軸 2、轉向萬向節(jié)3和轉向傳動軸4輸入轉向器5。 經(jīng)轉向器放大后的力矩和減速后的運動傳到轉向搖臂6，再經(jīng)過轉向直拉桿7傳給固定于左轉向節(jié)9上的轉向節(jié)臂8，使左轉向節(jié)和它所支承的左轉向輪偏轉。為使右轉向節(jié) 13及其支承的右轉向輪隨之偏轉相應角度，還設置7轉向梯形。轉向梯形由固定在左、右轉向節(jié)上的梯形臂10、12和兩端與梯形臂作球鉸鏈連接的轉向橫拉桿 n組成。從轉向盤到轉向傳動軸這一系列部件和零件，均屬于轉向操縱機構。由轉向搖臂至 轉向梯形這一系列部件和零件（不含轉向節(jié)），均屬于轉向傳動機構。動力轉向系動力轉向系是兼用駕駛員體力和發(fā)動機動力為轉向能源的轉向系。在正常情況下， 汽車轉向所需的能

6、量，只有一小部分由駕駛員提供，而大部分是由發(fā)動機通過動力轉向 裝置提供的。但在動力轉向裝置失效時，一般還應當能由駕駛員獨立承擔汽車轉向任務。 因此，動力轉向系是在機械轉向系的基礎上加設一套動力轉向裝置而形成的。對最大總質(zhì)量在12t以上的大型汽車而言，一旦動力轉向裝置失效，駕駛員通過機 械傳動系加于轉向節(jié)的力遠不足以使轉向輪偏轉而實現(xiàn)轉向。故這種汽車的動力轉向裝置應當特別可靠。轉向搖臂轉向汕親轉向控制閥梯形臂轉向動力的轉向橫拉卄轉向軸轉向盤圖1-2動力轉向系示意圖圖1-2為一種液壓動力轉向系的組成和液壓動力轉向裝置的管路布置示意圖。其中屬于動力轉向裝置的部件是：轉向油罐、轉向油泵、轉向控制閥和轉

7、向動力缸。當駕駛 員逆時針轉動轉向盤（左轉向）時，轉向搖臂帶動轉向直拉桿前移。直拉桿的拉力作用于 轉向節(jié)臂，并依次傳到梯形臂和轉向橫拉桿，使之右移。與此同時，轉向直拉桿還帶動 轉向控制閥中的滑閥，使轉向動力缸的右腔接通液面壓力為零的轉向油罐。轉向油泵的 高壓油進入轉向動力缸的左腔，于是轉向動力缸的活塞上受到向右的液壓作用力便經(jīng)推 桿施加在轉向橫拉桿上，也使之右移。這樣，駕駛員施于轉向盤上很小的轉向力矩，便 可克服地面作用于轉向輪上的轉向阻力矩。1.3動力轉向技術的發(fā)展汽車轉向一直存在著“輕”與“靈”的矛盾。盡管，人們采用了變速比轉向器等手 段，但始終不能從根本上解決這一矛盾。在20世紀50年代

8、初出現(xiàn)了液壓動力轉向技術, 比較好地緩解了“輕”與“靈”的矛盾，符合人們對轉向輕便性更高的要求，在保證其 他性能的條件下，能大大降低轉向盤上的手力，特別是原地轉向時轉向盤上的手力。液壓動力轉向液壓動力轉向首先是在大型車輛上得到發(fā)展的，隨著當時汽車裝載質(zhì)量和整備質(zhì)量 的增加，在轉向過程中所需克服的前輪轉向阻力矩也隨之增加，從而要求加大作用在轉向盤上的轉向力，使駕駛員感到“轉向沉重” 。當前軸負荷增加到某一數(shù)值后，靠人力 轉動轉向輪就很吃力。為使駕駛員操縱輕便和提高車輛的機動性，最有效的方法就是在 汽車轉向系中加裝轉向助力裝置，借助于汽車發(fā)動機的動力驅動油泵、空氣壓縮機和發(fā) 電機等，以液力、氣力或

9、電力增大駕駛員操縱前輪轉向的力矩。使駕駛員可以輕便靈活 地操縱汽車轉向，減輕了勞動強度，提高了行駛安全性。開始階段液壓動力轉向的控制 閥采用滑閥式，即控制閥中的閥以軸向移動來控制油路。滑閥式控制閥結構簡單，生產(chǎn) 工藝性好，操縱方便，宜于布置，使用性能較好。但是滑閥靈敏度不夠高，后來逐漸被 轉閥代替。1.3.2 電動動力轉向電動助力轉向系統(tǒng)是汽車轉向系統(tǒng)的發(fā)展方向。 該系統(tǒng)由電動助力機直接提供轉向 助力，省去了液壓動力轉向系統(tǒng)所必需的動力轉向油泵、軟管、液壓油、傳送帶和裝于 發(fā)動機上的皮帶輪，既節(jié)省能量，又保護了環(huán)境。2 液壓助力布置方案的擬定2.1 轉向系的功用與要求轉向系是用來改變汽車的行駛

10、方向和保持汽車的直線行駛的。 它是由轉向器和轉向 傳動裝置兩大部分所組成。在采用動力轉向的汽車上還有動力系統(tǒng)。根據(jù)轉向系的工作特點，對其提出如下要求：1. 工作可靠。轉向系對汽車的行駛安全性影響很大，因此其零件應有足夠的強度、 剛度和壽命。2. 操縱輕便。這是減輕駕駛員的勞動強度和保證汽車安全行駛的重要因素之一。操 縱輕便性應包含三方面內(nèi)容：(l) 汽車轉向時必須作用在轉向盤上的手力P 手 要小，一般最大極限值是：小客車P手最大20公斤中型載重車P手最大36公斤重型載重車P手最大45公斤2.2 轉向器方案分析根據(jù)轉向器所用傳動副的不同， 轉向器有多種。 常見的有循環(huán)球式球面蝸桿蝸輪式、 蝸桿曲

11、柄銷式和齒輪齒條式等。轉向器的結構形式，決定了其效率特性以及對角傳動比 變化特性的要求。選用那種效率特性的轉向器應有汽車用途來決定，并和轉向系方案有 關。經(jīng)常行駛在好路面上的轎車和市內(nèi)用客車，可以采用正效率較高的、可逆程度大的 轉向器。齒輪齒條式轉向器的結構簡單，因此制造容易，成本低，正、逆效率都高。為了防 止和緩和反向沖擊傳給方向盤，必須選擇較大的傳動比，或裝有吸振裝置的減振器。蝸 桿曲柄銷式轉向器角傳動比的變化特性和嚙合間隙特性變化受限制， 不能完全滿足設計 者的意圖。綜上最后本次設計選定循環(huán)球式轉向器。2.3 液壓助力轉向機構布置方案分析液壓式動力轉向由于油壓工作壓力高，動力缸尺寸小、質(zhì)

12、量輕，結構緊湊，油液具 有不可壓縮性， 靈敏度高以及油液的阻尼作用可以吸收里面的沖擊等優(yōu)點而得到廣泛應 用。2.3.1 動力轉向機構布置方案液壓式動力轉向機構是由分配閥、轉向器、動力缸、液壓泵、儲油罐和油管等組成。 根據(jù)分配閥、轉向器和動力缸三者相互位置的不同，液壓式動力機構可分為整體式、半 整體式、轉向加力器。機械轉向器和轉向動力缸設計成一體，并與轉向控制閥組裝在一 起，這種三合一的部件稱為整體式動力轉向器（如圖 2-1）。另一種方案是只將轉向控制 閥同機械轉向器組合成一個部件，該部件稱為半整體式動力轉向器（如圖2-2），轉向動力缸則做成獨立部件。第三種方案是將機械轉向器作為獨立部件，而將轉

13、向控制閥和轉 向動力缸組合成一個部件，稱為轉向加力器（如圖 2-3）。機皈輯向瞻iKW轉起舊盤般為協(xié)II囲輕旬ifiF圖2-1整體式動力轉向器轄旬訕肯妄全鶴機擁轉向器呢軸印廣，匸片轉常揑制犢'u呂 -6C!Sa 日1 -h n轉駒動力£1直挫制潤轉嵐宜拉桿圖2-2半整體式動力轉向器d望句閥nwRi 器I C 0-“ I .I" “ r 二轉向動力缸圖2-3轉向加力器分置式動力轉向器由于分開布置，故其機械轉向器可以采用任何一種典型的結構； 轉向器零件也不受動力缸助力載荷的影響；當汽車的轉向橋負荷過大時，可加大缸徑或 增加動力缸的缸數(shù)而不影響轉向器的基本尺寸。但分置式的

14、零件數(shù)較多，管路布置也比 較復雜。在分置式的結構中，半分置式和聯(lián)閥式的應用最多，連桿式的應用最少。綜上最后本次設計的布置形式選定為半分置式。動力轉向器結構形式的選擇動力轉向器的結構形式有常壓式和常流式之分。當轉向分配閥在中間位置時常閉， 使工作油液一直處于高壓狀態(tài)的動力轉向器，稱為常壓式動力轉向器；當轉向分配閥在 中間位置時常開，使工作油液一直處于常流狀態(tài)的動力轉向器， 稱為常流式動力轉向器上述的兩種液壓轉向加力裝置相比較，常壓式的優(yōu)點在于有蓄能器積蓄液壓能，可 以使用流量較小的轉向液壓泵，而且能還可以在液壓泵不運轉的情況下保持一定得轉向 能力，使汽車有可能續(xù)駛一定的距離。這一點對大型汽車而言

15、尤為重要。故本設計采用 常壓式的。233分配閥的結構方案遇動力虹遇油泵輔 左、左嗨岀置苗的左"左咗的運進的週追土儒営洗置灑閥通動力紅 圭、左腔進油慕輸.更站力缸 出H的左.左蠱 通僅 的ilifi圖2-4滑閥的結構和工作原理分配閥有兩種結構方案：分配閥中的閥與閥體以軸向移動方式來控制油路的稱為滑 閥式（如圖2-4），以旋轉運動來控制油路的稱為轉閥式?；y式分配閥結構簡單，生產(chǎn)工藝性好，易于布置，使用性能好，曾得到廣泛的運 用。轉閥式與滑閥式比較，靈敏度高、密封件少而且結構較為先進。由于轉閥式是利用 扭桿彈簧使轉閥回位，所以結構復雜。綜上最后本次設計的控制閥選用滑閥。2.4液壓系統(tǒng)方案

16、分析常用轉向液壓系統(tǒng)工作原理汽車直線行駛時，方向盤保持不動，轉向器分配閥5處于中位常開，液壓泵2卸載, 液壓油直接回油箱 &轉向時，駕駛員旋轉方向盤，螺桿作微前移或后移，轉向器內(nèi)滑 閥偏離中間位置，壓力油自液壓泵出來，經(jīng)液壓控制集成元件4穩(wěn)流穩(wěn)壓后，經(jīng)轉向器分配閥5,進入轉向缸6,由液壓缸推動轉向輪轉動，實現(xiàn)轉向（如圖2-5所示）。1、3過濾器2液壓泵4液壓控制集成元件5轉向器分配閥 6液壓缸7單向閥8油箱圖2-5常用轉向液壓系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)設計工作原理(1) 汽車直線行駛如圖2-6所示：轉向器分配閥在中位時，汽車處于直線行駛狀態(tài)，轉向液壓系統(tǒng)無負載。根據(jù)液體工作特性，液體經(jīng)過開式減壓

17、閥5直接進入轉向分配閥8后全部回油箱1,其原因有兩種：一是轉向器分配閥8的中位油路接通結構為“H”型,“A1 ” “B1 ” “01” “P1” 口相互接通，系統(tǒng)無法建壓；二是開式減壓閥在系統(tǒng)無壓力狀 態(tài)下無減壓作用，整個支路無節(jié)流。液控背壓閥7、液控換向閥8及液壓缸10處于非工 作狀態(tài)。(2) 汽車左轉向：如圖2-6所示，方向盤向左轉動，轉向器分配閥 8工作位置移到“平行”位置，壓力油接通到液控換向閥9 “平行”位置的方向控制口，支路成封閉回路，迅速建壓到液控換向閥9的閥芯開啟壓力，推動閥芯，使液控換向閥 9的工作位置 移到“平行”位置。支路繼續(xù)升壓至液控背壓閥 7開啟壓力，壓力油推開液控背

18、壓閥7、 經(jīng)過液控換向閥9進入液壓缸10(執(zhí)行元件)。同時，壓力油經(jīng)過單向節(jié)流閥6進入液控 背壓閥7的有桿腔，在保證液控換向閥9的閥芯徹底移動到換向位置的前提下，緩慢推 動錐閥芯(相對液控閥的閥芯移動速度)至到最大開度，消除壓力油經(jīng)過液控背壓閥7時產(chǎn)生的壓力損失，并防止系統(tǒng)在高壓狀態(tài)下發(fā)熱升溫。執(zhí)行系統(tǒng)壓力隨轉向橋的負載升 壓，當壓力升過減壓閥的設定出口壓力時，減壓閥開始減壓工作，始終保證轉向器分配 閥壓力恒定，不超載，大大提高了轉向器可靠性。10.7A3丄11油箱2液壓泵3單向閥4蓄能器5液控減壓閥6單向節(jié)流閥7液控背壓閥8轉向分配閥9液控換向閥10液壓缸圖2-6系統(tǒng)設計工作原理(3) 汽車右轉向：方向盤向右轉動，轉向器分配閥