6.3動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述課件-《汽車底盤構(gòu)造與維修》同步教學(xué)（中國(guó)石油大學(xué)出版社）

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的構(gòu)造與檢修目錄CONTENTS轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述01機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述02動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述03電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述04轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常見故障的診斷與維修05動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述03

由于機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不能同時(shí)滿足轉(zhuǎn)向輕便和轉(zhuǎn)向靈敏的要求，因此幾乎所有乘用車和商用車都裝備了動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車，在正常情況下轉(zhuǎn)向時(shí)，由駕駛員操縱機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，一方面提供轉(zhuǎn)向所需的一小部分能量，另一方面帶動(dòng)轉(zhuǎn)向助力器工作，由發(fā)動(dòng)機(jī)（或蓄電池）通過轉(zhuǎn)向助力器提供轉(zhuǎn)向所需的大部分能量。一、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的作用

普通動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要是液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。按液流形式不同，可分為常壓式和常流式兩種；其中液壓常流式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用廣泛；按控制閥閥芯的運(yùn)動(dòng)方式不同，可分為滑閥式和轉(zhuǎn)閥式兩種。

電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)動(dòng)力源的不同又可分為液壓式電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動(dòng)式電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。液壓式電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)控制方式的不同，可分為流量控制式、反力控制式和閥靈敏度控制式三種形式。此外，有些高級(jí)轎車還采用了四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它可以讓汽車的前輪和后輪同時(shí)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。在汽車低速行駛時(shí)，前輪和后輪的偏轉(zhuǎn)方向相反，可提高汽車轉(zhuǎn)向靈敏度；高速行駛時(shí)，前輪和后輪的偏轉(zhuǎn)方向相同，可提高汽車操縱穩(wěn)定性。二、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型

此處以與齒輪齒條式機(jī)械轉(zhuǎn)向器配用的普通液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為例進(jìn)行說明。它是在齒輪齒條式機(jī)械轉(zhuǎn)向器的基礎(chǔ)上加裝了轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向控制閥、轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸、儲(chǔ)油罐、葉片式轉(zhuǎn)向油泵、進(jìn)回油管等部件，如圖6-19所示。轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向控制閥主要由扭桿、閥芯、閥體等部件組成，如圖6-20所示。扭桿是在扭矩作用下可產(chǎn)生彈性變形的桿件，它從中空的閥芯中穿過，上端通過銷釘與閥芯上端的花鍵部分（連轉(zhuǎn)向軸）連接，下端與小齒輪剛性連接。閥體下部又以銷軸與小齒輪剛性連接。三、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

閥體呈圓筒形，其外圓柱表面開有七道環(huán)槽，其中四個(gè)窄且淺的是密封環(huán)槽，三個(gè)寬且深的是油環(huán)槽，密封環(huán)槽和油環(huán)槽相間布置。油環(huán)槽底部開有與內(nèi)壁相通的油孔，中間油環(huán)槽的油孔較大，是進(jìn)油通道。兩側(cè)油環(huán)槽的油孔較小，分別與動(dòng)力缸的左、右腔相通。閥體內(nèi)表面的內(nèi)壁上開有六個(gè)（有的是八個(gè)或十個(gè)）不貫通的縱向凹槽。閥芯也制成圓筒形，其外圓表面和閥體滑動(dòng)配合，在扭桿發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形時(shí)，閥芯與閥體能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。閥芯和閥體的配合間隙很小，配合精度高，維修時(shí)不可單獨(dú)更換。閥芯的外表面也開有六個(gè)縱向不貫通的凹槽，凹槽底部開有回油孔。相對(duì)于凹槽，閥芯外表面沒開凹槽的地方也就形成了六個(gè)凸肩，裝配后，和閥體的六個(gè)縱向凹槽相對(duì)應(yīng)。凸肩的寬度比閥體凹槽的寬度要小，因此每個(gè)凸肩左、右與閥體縱向凹槽配合處都有間隙，這些間隙稱為預(yù)開間隙。三、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

當(dāng)汽車直線行駛時(shí)，轉(zhuǎn)閥處于中間位置，所有閥芯的凸肩和閥體的凹槽之間的預(yù)開間隙都相等，如圖6-21所示。來自轉(zhuǎn)向油泵的工作液向閥體的三個(gè)供油孔供油，油液通過兩側(cè)的預(yù)開間隙、閥芯的徑向孔進(jìn)入閥芯和扭桿之間的環(huán)形腔，流回儲(chǔ)油罐。動(dòng)力缸左、右腔都通過相等的預(yù)開間隙與儲(chǔ)油罐相通而處于開路狀態(tài)，所以沒有壓力差，因此不產(chǎn)生助力作用。四、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時(shí)（假設(shè)向左轉(zhuǎn)），轉(zhuǎn)向盤帶動(dòng)轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)向軸又帶動(dòng)閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)，而閥芯通過銷釘帶動(dòng)扭桿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖6-22所示。因?yàn)榕U下端和轉(zhuǎn)向小齒輪剛性連接，即扭桿又要帶動(dòng)小齒輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。但由于轉(zhuǎn)向阻力的存在，扭桿與閥芯連接的上端和與小齒輪連接的下端出現(xiàn)相對(duì)扭轉(zhuǎn)，即上端相當(dāng)于下端向前轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，而閥芯和扭桿上端同步運(yùn)動(dòng)，閥體通過銷釘和小齒輪連在一起，即閥體和扭桿下端同步運(yùn)動(dòng)，因此閥芯相對(duì)于閥體向前轉(zhuǎn)過一個(gè)角度。四、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理

此時(shí)閥體進(jìn)油口處通動(dòng)力缸右腔的預(yù)開間隙被關(guān)閉，通左腔的預(yù)開間隙開度增大，與此同時(shí)，動(dòng)力缸右腔通閥芯徑向回油孔的預(yù)開間隙也增大，壓力油壓向動(dòng)力缸左腔，使該腔壓力升高，活塞向伸出轉(zhuǎn)向器方向移動(dòng)，即將齒條推出轉(zhuǎn)向器，起轉(zhuǎn)向助力的作用，汽車向左轉(zhuǎn)彎。動(dòng)力缸右腔的油液被壓出，通過閥體孔、閥芯徑向回油孔、閥芯與扭桿間的間隙、回油道流回儲(chǔ)油罐。同時(shí)小齒輪在齒條的帶動(dòng)下也逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)和其剛性連接的閥體和扭桿下端一起轉(zhuǎn)動(dòng)，使扭桿變形量減小，即閥體和閥芯的相對(duì)角位移量減小。但是，只要轉(zhuǎn)向盤繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，彈性扭桿的扭轉(zhuǎn)變形便一直保持不變，閥體和閥芯之間的相對(duì)角位置也不變，轉(zhuǎn)向助力作用就一直存在，轉(zhuǎn)向輪將繼續(xù)向左偏轉(zhuǎn)。四、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理當(dāng)汽車右轉(zhuǎn)彎時(shí)，助力原理和左轉(zhuǎn)彎是一樣的，只是各相關(guān)部件的運(yùn)動(dòng)方向同左轉(zhuǎn)彎時(shí)相反。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤停在某一位置不再繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，閥體隨小齒輪在液力和扭桿彈力的作用下，沿轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，從而與閥芯的相對(duì)角位移量減小，左、右油缸油壓差減小，但仍有一定的助力作用。此時(shí)的助力轉(zhuǎn)矩與車輪的回正力矩相平衡，使車輪維持在某一轉(zhuǎn)向位置上。四、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理在轉(zhuǎn)向過程中，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)得越快，彈性扭桿的扭轉(zhuǎn)速度就越快，閥芯相對(duì)于閥體產(chǎn)生角位移的速度也越快，從而使動(dòng)力缸左、右兩腔產(chǎn)生油壓差的速度加快，轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)的速度也相應(yīng)加快。由上述分析可知，轉(zhuǎn)閥式動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置能使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)的角度隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的增大而增大；轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)的速度隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)速度的加快而加快；轉(zhuǎn)向盤停止轉(zhuǎn)動(dòng)并維持轉(zhuǎn)角不變，轉(zhuǎn)向輪也隨之停止偏轉(zhuǎn)并維持偏轉(zhuǎn)角不變，因而具有隨動(dòng)作用。在正常情況下，駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤所提供的轉(zhuǎn)向力矩主要用來使彈性扭桿產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，以控制轉(zhuǎn)向過程，進(jìn)而克服路面轉(zhuǎn)向阻力及轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦阻力。使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)所需要的動(dòng)力則主要由轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸提供。四、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理若在前述維持轉(zhuǎn)向的位置上松開轉(zhuǎn)向盤，被扭轉(zhuǎn)變形的彈性扭桿上端將按順時(shí)針方向自動(dòng)轉(zhuǎn)過一定角度而恢復(fù)自由狀態(tài)，轉(zhuǎn)閥則在隨之同向轉(zhuǎn)動(dòng)的扭桿的帶動(dòng)下恢復(fù)到中間位置，動(dòng)力缸停止工作，轉(zhuǎn)向輪在回正力矩作用下自動(dòng)回正。如果需要液壓加力，駕駛員可以回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向盤，使動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置幫助轉(zhuǎn)向輪回正。當(dāng)汽車直線行駛偶遇外界沖擊力使轉(zhuǎn)向輪發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，沖擊力通過轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、齒輪齒條轉(zhuǎn)向器和閥體下部銷釘作用在閥體上，使之與閥芯之間產(chǎn)生相對(duì)角位移，這樣導(dǎo)致動(dòng)力缸左、右腔油壓不等，產(chǎn)生了與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向相反的助力作用。在此力的作用下，轉(zhuǎn)向輪迅速回正，保證了汽車直線行駛的穩(wěn)定性。并且，助力裝置減小了因轉(zhuǎn)向輪的擺振而引起的轉(zhuǎn)向盤的擺動(dòng)，有效避免了轉(zhuǎn)向盤的“打手”現(xiàn)象，因此，助力裝置也起到了減振器的作用。四、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理四、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理如圖6-23所示，由于路面不平產(chǎn)生一個(gè)力FA，該力作用在汽車前輪上，并使前輪繞旋轉(zhuǎn)中心D轉(zhuǎn)動(dòng)。由此產(chǎn)生作用在齒條上的作用力FZ，該力導(dǎo)致小齒輪和扭桿發(fā)生扭轉(zhuǎn)，即閥體相對(duì)于閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)效果與汽車左轉(zhuǎn)彎轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)閥芯相對(duì)閥體的轉(zhuǎn)動(dòng)效果一樣。于是通往動(dòng)力缸右腔的供油口被打開，動(dòng)力缸左腔與回油口相接，左、右兩腔產(chǎn)生油壓差，活塞和齒條上的反作用力FR會(huì)平衡FZ，從而防止方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)。在轉(zhuǎn)向過程中，動(dòng)力缸中的油液壓力是隨轉(zhuǎn)向阻力的變化而變化的。而動(dòng)力缸中油壓的變化又受控于彈性扭桿的扭轉(zhuǎn)變形量：轉(zhuǎn)向阻力增大，彈性扭桿的扭轉(zhuǎn)變形量也增大，閥芯相對(duì)于閥體的角位移量增大，從而使動(dòng)力缸中油壓升高；反之則使動(dòng)力缸中油壓降低。顯然，彈性扭桿的扭轉(zhuǎn)變形量取決于轉(zhuǎn)向阻力的大小。在此過程中，彈性扭桿因扭轉(zhuǎn)變形而產(chǎn)生的反作用力（與轉(zhuǎn)向阻力成遞增函數(shù)關(guān)系）傳到轉(zhuǎn)向盤上，使駕駛員能感覺到轉(zhuǎn)向阻力的變化情況，因此這種轉(zhuǎn)閥式動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置具有“路感”作用。四、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理一旦液壓助力裝置失效，該動(dòng)力轉(zhuǎn)向器即變成機(jī)械轉(zhuǎn)向器。此時(shí)若轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤會(huì)帶動(dòng)閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)通過扭桿帶動(dòng)閥套和小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證汽車轉(zhuǎn)向。這時(shí)轉(zhuǎn)向變得沉重，轉(zhuǎn)向盤自由行程增大。

為了保護(hù)扭桿不使其過載，在閥芯和閥套上設(shè)置有限位機(jī)構(gòu)。當(dāng)閥芯相對(duì)閥套轉(zhuǎn)過一個(gè)小角度（一般為5°～6°）后，限位機(jī)構(gòu)即起作用，由閥芯直接帶動(dòng)轉(zhuǎn)向齒輪旋轉(zhuǎn)（扭桿不再進(jìn)一步產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形）。常用的限位結(jié)構(gòu)形式如圖6-24所示。圖6-24（a）所示的限位機(jī)構(gòu)中，閥芯下端伸出的兩個(gè)凸起插在閥套的兩個(gè)缺口中進(jìn)行限位；在圖6-24（b）所示的限位機(jī)構(gòu)中，閥芯下端的菱形部分插在閥套中間的凹陷部位進(jìn)行限位；在圖6-24（c）和圖6-24（d）所示的限位機(jī)構(gòu)中，則分別利用花鍵和凸臺(tái)對(duì)閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行限位。四、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理轉(zhuǎn)向油泵是液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置的能源，一般由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，其作用是將輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能輸出。轉(zhuǎn)向油泵有齒輪式、葉片式、轉(zhuǎn)子式和柱塞式等幾種形式。曾被廣泛采用的齒輪式轉(zhuǎn)向油泵的構(gòu)造及工作原理與發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)中的齒輪式機(jī)油泵類似。葉片式轉(zhuǎn)向油泵具有結(jié)構(gòu)緊湊、輸油壓力脈動(dòng)小、輸油量均勻、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代汽車中采用較多，故以下僅介紹葉片式轉(zhuǎn)向油泵。五、轉(zhuǎn)向油泵（1）單作用非卸荷式葉片泵。單作用非卸荷式葉片泵主要由端蓋、驅(qū)動(dòng)軸、轉(zhuǎn)子、定子、葉片及殼體組成，如圖6-25所示。五、轉(zhuǎn)向油泵1）輸入軸（2）雙作用卸荷式葉片泵。雙作用卸荷式葉片泵也由轉(zhuǎn)子、定子、葉片、端蓋等組成，如圖6-26所示。與單作用葉片泵的不同之處在于：雙作用葉片泵的轉(zhuǎn)子與定子的中心相重合；定子的內(nèi)表面不是圓形而是一個(gè)近似的橢圓形，它由兩條長(zhǎng)半徑R（ab、a′b′）和兩條短半徑r（cd、c′d′）所決定的圓弧以及四段過渡曲線組成。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，葉片由短半徑向長(zhǎng)半徑處運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩葉片間油腔的工作容積逐漸增大，形成局部真空而吸油；五、轉(zhuǎn)向油泵

葉片式轉(zhuǎn)向油泵的結(jié)構(gòu)如圖6-27所示，左端蓋和右端蓋以外圓柱面與殼體的內(nèi)孔滑動(dòng)配合，配合表面之間裝有O形密封圈，其中密封圈使右端蓋的右側(cè)（與油泵的壓油腔、出油道均相通）與殼體的進(jìn)油腔隔開。定子即位于左、右端蓋之間的進(jìn)油腔內(nèi)，其兩端與左、右端蓋的接合端面靠彈簧的彈力壓緊，彈性擋圈限制端蓋在彈簧作用下向左軸向移動(dòng)。2.葉片式轉(zhuǎn)向油泵的結(jié)構(gòu)及工作原理五、轉(zhuǎn)向油泵2.葉片式轉(zhuǎn)向油泵的結(jié)構(gòu)及工作原理兩個(gè)定位銷使定子與左、右蓋周向定位，右端蓋又通過定位銷與殼體周向定位，從而保證了端蓋各油口以及殼體進(jìn)、出油道之間正確的相對(duì)位置。在右端蓋上開有兩個(gè)對(duì)稱的吸油凹槽，兩凹槽均與進(jìn)油腔相通，實(shí)現(xiàn)雙邊進(jìn)油，以利于增大油泵的流量。此外，在左、右兩端蓋上還對(duì)稱開有兩個(gè)壓油凹槽，轉(zhuǎn)子工作腔內(nèi)壓出的高壓油流入其中的左端蓋壓油凹槽后，經(jīng)定子上的八個(gè)軸向通孔匯集于右端蓋的壓油凹槽內(nèi)，右端蓋的壓油凹槽開有軸向通道，與出油道相通。五、轉(zhuǎn)向油泵2.葉片式轉(zhuǎn)向油泵的結(jié)構(gòu)及工作原理在左、右端蓋與轉(zhuǎn)子葉片槽根部相對(duì)應(yīng)的圓周上分別開有環(huán)形油槽，高壓油經(jīng)端蓋與轉(zhuǎn)子之間的間隙進(jìn)入環(huán)形油槽后，即可流入葉片槽根部的小油腔內(nèi)，迫使葉片可靠地壓向定子內(nèi)表面。轉(zhuǎn)子位于定子的內(nèi)孔中，以三角形花鍵孔與驅(qū)動(dòng)軸的花鍵軸段相配合。轉(zhuǎn)子沿圓周方向均勻地開有條徑向切槽，每條槽內(nèi)裝有可沿槽徑向滑動(dòng)的矩形葉片，葉片兩長(zhǎng)邊制成圓弧形，以利于與定子內(nèi)表面良好接觸，這種接觸必須可靠，以保證油泵正常工作。為此，除依靠葉片本身的離心力外，還在葉片槽根部制有小油腔。五、轉(zhuǎn)向油泵

驅(qū)動(dòng)軸右部軸頸通過向心球軸承支承在殼體上，軸的左端插入左端蓋中的無內(nèi)圈滾針軸承中，起支承作用。軸的左中段制有三角形花鍵；軸的右端與皮帶盤相配合，發(fā)動(dòng)機(jī)傳出的動(dòng)力由此輸入，通過花鍵帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

葉片式轉(zhuǎn)向油泵的輸出油量隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度（從而隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速）的升高而增大。轉(zhuǎn)向油泵設(shè)計(jì)時(shí)一般須保證即使在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，油泵的輸出油量也能足快速轉(zhuǎn)向所需的動(dòng)力缸活塞移動(dòng)速度的要求。這樣，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，油泵的輸出油量將過大，導(dǎo)致油泵消耗功率過多和油溫過高。油泵的輸出油壓取決于液壓系統(tǒng)的負(fù)荷（動(dòng)力缸活塞所受的運(yùn)動(dòng)阻力，也可以理解為油液的流通阻力）。輸出油壓過高，將導(dǎo)致動(dòng)力缸和油泵超載而損壞其零件。為此，在進(jìn)出油道之間裝有控制流量的溢流閥和控制壓力的安全閥。五、轉(zhuǎn)向油泵2.葉片式轉(zhuǎn)向油泵的結(jié)構(gòu)及工作原理當(dāng)輸出油量不大，而輸出油壓過高（如油道堵塞等原因造成）時(shí)，過高的油壓同樣經(jīng)感應(yīng)小孔、橫向油道傳至溢流閥左側(cè)，迫使鋼球和安全閥壓縮彈簧而右移，則高壓油可通過帶濾網(wǎng)的螺塞的中心孔經(jīng)進(jìn)油道流回進(jìn)油腔，從而降低了輸出油壓。當(dāng)輸出油量過大時(shí)，出油管接頭內(nèi)節(jié)流孔中油液的流速很高，其靜壓力相應(yīng)很低，此壓力經(jīng)