大卡車液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)論文

1、陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院大卡車液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)論文題目：大卡車液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)系部：汽車工程系專業(yè)：汽車制造與裝配技術(shù)學(xué)號:32班 級：汽車制造1102姓 名：溫帥指導(dǎo)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(zhuǎn)向系的類型和組成 2機(jī)械轉(zhuǎn)向系 2122動力轉(zhuǎn)向系 31.3動力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展 4液壓動力轉(zhuǎn)向 4電動動力轉(zhuǎn)向 52液壓助力布置方案的擬定 52.1轉(zhuǎn)向系的功用與要求 52.2轉(zhuǎn)向器方案分析 62.3液壓助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置方案分析 6動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置方案 6動力轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)形式的選擇 8分配閥的結(jié)構(gòu)方案 92.4液壓系統(tǒng)方案分析 9常用轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)工

2、作原理 9系統(tǒng)設(shè)計工作原理 102.5小結(jié) 111.1 問題的提出轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能和整車及其它總成、系統(tǒng)的性能息息相關(guān)，在系統(tǒng)設(shè)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(zhuǎn)向系統(tǒng)必須能夠?qū)崿F(xiàn)整車所要求的車輪轉(zhuǎn) 角，這為轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計及動力轉(zhuǎn)向器匹配提出了基本要求。其次，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和懸架系 統(tǒng)必須有協(xié)調(diào)的運動學(xué)關(guān)系，這就對轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計提出了附加的要求。這兩項要求基本 可以在系統(tǒng)設(shè)計層面進(jìn)行分析解決， 而和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相關(guān)的行駛穩(wěn)定性及行駛路感則必須 在整車層面進(jìn)行計算分析。1.2 汽車轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向。就 輪式汽車而言， 實

3、現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向的方法是， 駕駛員通過一套專設(shè)的機(jī)構(gòu)， 使汽車轉(zhuǎn)向橋 （ 一 般是前橋 ）上的車輪 （轉(zhuǎn)向輪）相對于汽車縱軸線偏轉(zhuǎn)一定角度。在汽車直線行駛時，往 往轉(zhuǎn)向輪也會受到路面例向干擾力的作用，自動偏轉(zhuǎn)而改變行駛方向。此時，駕駛員也 可以利用這套機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪向相反的方向偏轉(zhuǎn)，從而使汽車恢復(fù)原來的行駛方向。這一 套用來改變或恢復(fù)汽車行駛方向的專設(shè)機(jī)構(gòu)，即稱為汽車轉(zhuǎn)向系。因此，汽車轉(zhuǎn)向系的 功用是，保證汽車能按駕駛員的意志而進(jìn)行轉(zhuǎn)向行駛。汽車轉(zhuǎn)向系可按轉(zhuǎn)向能源的不同分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系和動力轉(zhuǎn)向系兩大類。 機(jī)械式轉(zhuǎn)向 器由轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)三大部分組成。按照轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向器。不同的轉(zhuǎn)向器有著不同的特點應(yīng) 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(zhuǎn)向器。1.2.1 機(jī)械轉(zhuǎn)向系機(jī)械轉(zhuǎn)向系以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源，其中所有傳力件都是機(jī)械的。機(jī)械轉(zhuǎn)向 系由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)三大部分組成。1 一轉(zhuǎn)向盤；2 一轉(zhuǎn)向軸；3 一轉(zhuǎn)向萬向節(jié)；4 一轉(zhuǎn)向傳動軸；5 一轉(zhuǎn)向器；6-轉(zhuǎn)向搖臂；7 一轉(zhuǎn)向直拉桿；8 一轉(zhuǎn)向節(jié)臂；9 一左轉(zhuǎn)向節(jié)；10、12 一梯形臂；11 一轉(zhuǎn)向橫拉桿；13 一右轉(zhuǎn)向節(jié)圖1-1機(jī)械轉(zhuǎn)向系示意圖圖1-1所示為機(jī)械轉(zhuǎn)向系的組成和布置示意圖。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時，駕駛員對轉(zhuǎn)向盤1施加一個轉(zhuǎn)向力矩。該力矩通

5、過轉(zhuǎn)向軸 2、轉(zhuǎn)向萬向節(jié)3和轉(zhuǎn)向傳動軸4輸入轉(zhuǎn)向器5。 經(jīng)轉(zhuǎn)向器放大后的力矩和減速后的運動傳到轉(zhuǎn)向搖臂6，再經(jīng)過轉(zhuǎn)向直拉桿7傳給固定于左轉(zhuǎn)向節(jié)9上的轉(zhuǎn)向節(jié)臂8，使左轉(zhuǎn)向節(jié)和它所支承的左轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。為使右轉(zhuǎn)向節(jié) 13及其支承的右轉(zhuǎn)向輪隨之偏轉(zhuǎn)相應(yīng)角度，還設(shè)置7轉(zhuǎn)向梯形。轉(zhuǎn)向梯形由固定在左、右轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向橫拉桿 n組成。從轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向傳動軸這一系列部件和零件，均屬于轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)。由轉(zhuǎn)向搖臂至 轉(zhuǎn)向梯形這一系列部件和零件（不含轉(zhuǎn)向節(jié)），均屬于轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)。動力轉(zhuǎn)向系動力轉(zhuǎn)向系是兼用駕駛員體力和發(fā)動機(jī)動力為轉(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向系。在正常情況下， 汽車轉(zhuǎn)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(jī)通過動力轉(zhuǎn)向 裝置提供的。但在動力轉(zhuǎn)向裝置失效時，一般還應(yīng)當(dāng)能由駕駛員獨立承擔(dān)汽車轉(zhuǎn)向任務(wù)。 因此，動力轉(zhuǎn)向系是在機(jī)械轉(zhuǎn)向系的基礎(chǔ)上加設(shè)一套動力轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向裝置失效，駕駛員通過機(jī) 械傳動系加于轉(zhuǎn)向節(jié)的力遠(yuǎn)不足以使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。故這種汽車的動力轉(zhuǎn)向裝置應(yīng)當(dāng)特別可靠。轉(zhuǎn)向搖臂轉(zhuǎn)向汕親轉(zhuǎn)向控制閥梯形臂轉(zhuǎn)向動力的轉(zhuǎn)向橫拉卄轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向盤圖1-2動力轉(zhuǎn)向系示意圖圖1-2為一種液壓動力轉(zhuǎn)向系的組成和液壓動力轉(zhuǎn)向裝置的管路布置示意圖。其中屬于動力轉(zhuǎn)向裝置的部件是：轉(zhuǎn)向油罐、轉(zhuǎn)向油泵、轉(zhuǎn)向控制閥和轉(zhuǎn)

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

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

9、電力增大駕駛員操縱前輪轉(zhuǎn)向的力矩。使駕駛員可以輕便靈活 地操縱汽車轉(zhuǎn)向，減輕了勞動強(qiáng)度，提高了行駛安全性。開始階段液壓動力轉(zhuǎn)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?；y式控制閥結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)閥代替。1.3.2 電動動力轉(zhuǎn)向電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向。 該系統(tǒng)由電動助力機(jī)直接提供轉(zhuǎn)向 助力，省去了液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所必需的動力轉(zhuǎn)向油泵、軟管、液壓油、傳送帶和裝于 發(fā)動機(jī)上的皮帶輪，既節(jié)省能量，又保護(hù)了環(huán)境。2 液壓助力布置方案的擬定2.1 轉(zhuǎn)向系的功用與要求轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向 傳動裝置兩大部分所組成。在采用動力轉(zhuǎn)向的汽車上還有動力系統(tǒng)。根據(jù)轉(zhuǎn)向系的工作特點，對其提出如下要求：1. 工作可靠。轉(zhuǎn)向系對汽車的行駛安全性影響很大，因此其零件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、 剛度和壽命。2. 操縱輕便。這是減輕駕駛員的勞動強(qiáng)度和保證汽車安全行駛的重要因素之一。操 縱輕便性應(yīng)包含三方面內(nèi)容：(l) 汽車轉(zhuǎn)向時必須作用在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向器方案分析根據(jù)轉(zhuǎn)向器所用傳動副的不同， 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)向器應(yīng)有汽車用途來決定，并和轉(zhuǎn)向系方案有 關(guān)。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(zhuǎn)向器。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(shè)計 者的意圖。綜上最后本次設(shè)計選定循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。2.3 液壓助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置方案分析液壓式動力轉(zhuǎn)向由于油壓工作壓力高，動力缸尺寸小、質(zhì)

12、量輕，結(jié)構(gòu)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(yīng) 用。2.3.1 動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置方案液壓式動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是由分配閥、轉(zhuǎn)向器、動力缸、液壓泵、儲油罐和油管等組成。 根據(jù)分配閥、轉(zhuǎn)向器和動力缸三者相互位置的不同，液壓式動力機(jī)構(gòu)可分為整體式、半 整體式、轉(zhuǎn)向加力器。機(jī)械轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向動力缸設(shè)計成一體，并與轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向器（如圖 2-1）。另一種方案是只將轉(zhuǎn)向控制 閥同機(jī)械轉(zhuǎn)向器組合成一個部件，該部件稱為半整體式動力轉(zhuǎn)向器（如圖2-2），轉(zhuǎn)向動力缸則做成獨立部件。第三種方案是將機(jī)械轉(zhuǎn)向器作為獨立部件，而將轉(zhuǎn)

13、向控制閥和轉(zhuǎn) 向動力缸組合成一個部件，稱為轉(zhuǎn)向加力器（如圖 2-3）。機(jī)皈輯向瞻iKW轉(zhuǎn)起舊盤般為協(xié)II囲輕旬ifiF圖2-1整體式動力轉(zhuǎn)向器轄旬訕肯妄全鶴機(jī)擁轉(zhuǎn)向器呢軸印廣，匸片轉(zhuǎn)常揑制犢'u呂 -6C!Sa 日1 -h n轉(zhuǎn)駒動力£1直挫制潤轉(zhuǎn)嵐宜拉桿圖2-2半整體式動力轉(zhuǎn)向器d望句閥nwRi 器I C 0-“ I .I" “ r 二轉(zhuǎn)向動力缸圖2-3轉(zhuǎn)向加力器分置式動力轉(zhuǎn)向器由于分開布置，故其機(jī)械轉(zhuǎn)向器可以采用任何一種典型的結(jié)構(gòu)； 轉(zhuǎn)向器零件也不受動力缸助力載荷的影響；當(dāng)汽車的轉(zhuǎn)向橋負(fù)荷過大時，可加大缸徑或 增加動力缸的缸數(shù)而不影響轉(zhuǎn)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(fù)雜。在分置式的結(jié)構(gòu)中，半分置式和聯(lián)閥式的應(yīng)用最多，連桿式的應(yīng)用最少。綜上最后本次設(shè)計的布置形式選定為半分置式。動力轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)形式的選擇動力轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)形式有常壓式和常流式之分。當(dāng)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向器，稱為常壓式動力轉(zhuǎn)向器；當(dāng)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向器， 稱為常流式動力轉(zhuǎn)向器上述的兩種液壓轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向液壓泵，而且能還可以在液壓泵不運轉(zhuǎn)的情況下保持一定得轉(zhuǎn)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(shè)計采用 常壓式的。233分配閥的結(jié)構(gòu)方案遇動力虹遇油泵輔 左、左嗨岀置苗的左"左咗的運進(jìn)的週追土儒営洗置灑閥通動力紅 圭、左腔進(jìn)油慕輸.更站力缸 出H的左.左蠱 通僅 的ilifi圖2-4滑閥的結(jié)構(gòu)和工作原理分配閥有兩種結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)運動來控制油路的稱為轉(zhuǎn)閥式。滑閥式分配閥結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)閥式與滑閥式比較，靈敏度高、密封件少而且結(jié)構(gòu)較為先進(jìn)。由于轉(zhuǎn)閥式是利用 扭桿彈簧使轉(zhuǎn)閥回位，所以結(jié)構(gòu)復(fù)雜。綜上最后本次設(shè)計的控制閥選用滑閥。2.4液壓系統(tǒng)方案

16、分析常用轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)向時，駕駛員旋轉(zhuǎn)方向盤，螺桿作微前移或后移，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向器分配閥5,進(jìn)入轉(zhuǎn)向缸6,由液壓缸推動轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向器分配閥 6液壓缸7單向閥8油箱圖2-5常用轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)設(shè)計工作原理(1) 汽車直線行駛?cè)鐖D2-6所示：轉(zhuǎn)向器分配閥在中位時，汽車處于直線行駛狀態(tài)，轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)無負(fù)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(jìn)入轉(zhuǎn)向分配閥8后全部回油箱1,其原因有兩種：一是轉(zhuǎn)向器分配閥8的中位油路接通結(jié)構(gòu)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?fù)Q向閥8及液壓缸10處于非工 作狀態(tài)。(2) 汽車左轉(zhuǎn)向：如圖2-6所示，方向盤向左轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)向器分配閥 8工作位置移到“平行”位置，壓力油接通到液控?fù)Q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?fù)Q向閥9的閥芯開啟壓力，推動閥芯，使液控?fù)Q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?fù)Q向閥9進(jìn)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(jìn)入液控 背壓閥7的有桿腔，在保證液控?fù)Q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(zhuǎn)向橋的負(fù)載升 壓，當(dāng)壓力升過減壓閥的設(shè)定出口壓力時，減壓閥開始減壓工作，始終保證轉(zhuǎn)向器分配 閥壓力恒定，不超載，大大提高了轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向分配閥9液控?fù)Q向閥10液壓缸圖2-6系統(tǒng)設(shè)計工作原理(3) 汽車右轉(zhuǎn)向：方向盤向右轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)向器分配閥