动力转向油泵设计指导

转向系统设计与开发动力转向油泵设计指导AUTOTECHTALK动力转向油泵设计 (II)1.1 概述 ........................................................................................................... I I1.2 结构及工作原理........................................................................................ I I1.2.1 结构 ..................................................................................................... I I1.2.2 工作原理 (IV)1.3 设计准则 (VII)1.3.1排量的参数选择和设计计算 (VII)1.3.2最大工作压力的设计计算 (VIII)1.3.3工作流量的设计计算 (IX)1.3.4 转向油泵带传动比的设计计算 (XI)1.3.5 压力开关参数设定 (XVI)1.3.6 功率的定义 (XVII)1.4 技术标准 (XVIII)1.5 试验标准及设备 (XXVII)1.5.1 试验标准 (XXVII)1.5.2 试验设备 (XXVIII)1.5.3 供应商资源 (XXVIII)动力转向油泵设计1.1 概述转向油泵是汽车动力转向系统的动力源，其性能好差直接影响汽车转向系统的运行，并直接影响汽车的操纵稳定性。

转向油泵由汽车发动机带动其传动轴旋转,油泵输出压力油供给汽车转向系统,使汽车在转向时产生油压助力作用,减轻驾驶员劳动强度。

当汽车发动机转速提高到一定值时,泵内流量阀开启；在正常工作转速范围内,泵输出流量保持恒定,使驾驶员有良好的路感；在高速状况下,泵输出流量随转速调整匹配,呈现下降现象,以确保高速时路感,增加高速行驶的安全性。

1.2 结构及工作原理1.2.1 结构目前，汽车转向系统中普遍采用双作用式叶片泵。

双作用叶片泵由泵体、凸轮环、转子、叶片、左右配流盘和传动轴组成。

动力转向油泵的结构形式如图1.65所示。

油泵的传动轴被安装在泵壳的轴承上并与转子刚性连接。

图1.65动力转向油泵结构图转子的径向槽中插有10个叶片。

为了防止扭动，凸轮环与端盖一起被固定销锁定在壳体中，其表面是由与转子同心的四段圆弧组成，即两段半径为R的大圆弧和两段半径为r的小圆弧及四段过渡曲线组成。

凸轮环两侧左右配流盘开有四个对称布置的腰形孔。

配置位置是四段圆弧过渡曲线处并将转子包围，月牙形的泵室就位于转子的圆周外表面和凸轮环的椭圆形内表面之间，泵室的容积由两个叶片间的最大月牙形扇面与转子或者叶片的宽度决定。

油路通过吸管和吸区，压管和压区之间两个配流盘上的腰形孔进行连接。

此外，压管和压区间的端面受沿着压力区、压力室连接全长的操作压力驱使，这样迫使第一块端盖抵住凸轮环，然后抵住第二块端盖。

压力油从压力室到达整体式压力/流量限制阀，通过节流口然后到压力管路（高压油出口）。

泵用另半个泵壳（泵盖）封住，泵壳的材料为铝合金压铸件，可以大大减轻重量。

叶片泵由发动机通过楔形皮带驱动。

1） 泵轴带轮端的安装方式表1.15泵轴带轮端的安装方式滑动轴承+深沟球轴承固定滑动轴承+滑动轴承固定 优点：启动力矩小，载荷大；缺点：1、噪音大，重量大；优点：1、质量轻，噪音小，成本低； 、两端滑动轴承固定，轴向存在一定的窜动量1~2mm ），在转向泵带轮与发动机轮系偏心时，发动机启动后，可以自动调心； 、油封的密封性好，可以在恶劣的工作环境下工作2）密封结构表1.16 密封结构油封防尘防泥水优点：采用油封防尘防泥水，油封内外唇口，内圈有环形弹簧，外圈接触面积大，同时外安装面有环形凸台，油封座有环形凹槽，密封效果好；气密性检试验能够检测油封，能够保证密封效果转向泵外部防尘、防泥水结构采用油封密封。

3）轴承支撑表1.17 轴承支撑结构结构示意图4）转轴及带轮的轴向限位方式表1.18 轴向限位方式深沟球轴承限位。

限位卡环嵌入转轴，通过转子限位。

5）其他表1.19 其他北京永信、烟台鸿安KYB转向泵IX35（无锡MOBIS）NEXTEER结构示意1.2.2 工作原理1、动力转向油泵工作原理转向油泵传动轴的旋转带动转子旋转，然后被装在转子叶片槽内的叶片被径向离心力推动，贴在固定着的凸轮环内圈轨道上，一部分压力有从压力室通过端盖内的小孔和槽流到叶片基部，帮助叶片外延更好地贴着凸轮圈轨道运动。

10个叶片之间形成了10个独立的压力单元，容积增加时，油被吸入两个月牙形泵室，容积减少时，又被挤出，由于凸轮环的形状意味着有两个吸油区和两个排油区相对应，所以泵轴每转动一周，10个泵室便各自吸排两次。

此外，这种吸油和排油的双动结构布置，改善了转子受液压径向力的影响。

整体式压力/流量控制阀的作用是在限定的最大压力下，在发动机转速的整个工作范围内，保证液压转向器接收到的液压油流量差不多恒定。

2、整体式压力/流量控制阀工作原理目前，普遍的转向油泵的整体式压力/流量控制阀主要由流量控制弹簧、控制阀、阀芯、节流弹簧和节流座等零部件组成，是一个典型的可变节流的流量控制系统，结构如图1.66所示。

图1.66整体式压力/流量控制阀结构图油泵部分输出压力油进入油腔A ，一方面通过泵体与出油口接头形成的环形节流区进入油腔B ，同时产生压力降1p ∆；另一个方面通过阻尼孔1作用在阀芯右侧。

油腔B 中的压力油一方面作用在控制阀左侧，另一方面从出油口接头及阀芯内通过节流座上的两个节流孔输出至出油口，同时产生压力降2p ∆。

出油口处的压力油一方面进入系统，另一方面又通过阻尼孔2引至控制阀右侧。

这样，控制阀的受力可简化为：右侧为流量弹簧的弹簧力1F ，左侧为两次压力降之和21p p ∆+∆.阀芯的受力可简化为：右侧为压力降1p ∆，左侧为节流弹簧的弹簧力2F 。

其工作原理为：(1) 当油泵转速较低（600~1000rpm ）时，流量较小，21p p ∆+∆小于1F ，控制阀在流量弹簧的作用下处于最左端，全部油液通过节流孔输出至系统中。

如图1.67、1.68、1.69为示意图，节流阀的控制方式与图1.67不同。

此状态对应流量曲线图1.70上①处的流量。

泵体流量弹簧控制阀 油腔B 阀芯 出油口接头 节流弹节流座阻尼孔2 出油节流孔 阻尼油腔A 节流溢流口图1.67 油泵转速较低时 (2) 当油泵转速（1200~3500rpm ）逐渐升高时，流量逐渐增加，21p p ∆+∆也随之逐渐加大，当转速升高至一定程度1n 时，21p p ∆+∆大于1F ，控制阀逐渐向右移动至打开，一部分油液从溢流口排出，从而使输出流量保持为一恒定值1Q 。

这时，1p ∆小于2F ，阀芯位于最右端，如图1.68所示。

此状态对应流量曲线图1.70上②、③处的流量。

图1.68 油泵转速逐渐提高过程中 (3) 当油泵转速（3500~5000rpm ）继续升高时，流量增大时1p ∆大于2F ，阀芯向左移动，使节流孔的节流面积减小，从而使2p ∆增大，控制阀在1p ∆和2p ∆的共同作用下更加向右移动，更多的油液从溢流孔排出，最终使输出流量降低，因而，实现了输出流量随油泵转速升高而降低的目标；如图1.69所示。

此状态对应流量曲线图1.70上④处的流量。

图1.69 油泵转速继续升高过程中转向油泵流量开始减细微回流大量 RETURN图1.70 流量特性曲线3、压力开关工作原理在停车状态下发动机回转时，由于油泵的内部压力的增加，使发动机回转速度降低，可能导致发动机熄火；因此，需要提升发动机转速。

压力开关就是在泵内产生一定压力时接通, 传递给发动机ECU 信号，开放一定部分节气门, 起着提高转速的作用(发动机功率小的汽油车，LPG 车辆必须安装压力开关)。

压力开关从泵室引入油液，迫使动触头在一定压力的作用下移动，当动触头与定触头接触时，就会向发动机发出压力信号，使发动机提高转速，压力开关的结构如图1.71所示。

压力开关OFF 状态， PUMP 负荷小，不补偿发动机转速；压力开关ON 状态，判断为泵负荷高时，补偿转速。

发动机转速补偿是根据发动机状态作决定。

图1.71 压力开关结构原理图1.3 设计准则本节主要对转向油泵的排量、工作压力、控制流量、带传动比、压力开关参数进行参数选择和设计计算。

1.3.1排量的参数选择和设计计算转向油泵的排量选大些，可以提高转向系统的响应特性；特别是低速响应特性。

但是，在高速区高压工作时，造成发动机的功耗较大，泵发热比较快，容易损坏。

如果排量小，转向系统的响应特性就差，容易出现怠速时转向沉重；但是，泵在高速区的功率消耗小，所以合理选用转向油泵的排量是转向油泵设计关键的环节。

转向油泵的排量是根据发动机怠速时，动力转向器所需流量确定的。

转向油泵输出的流量和排量之间的关系为：动定弹1000'⨯⋅=v s s n Q q μ （1.11）q ——排量，单位：r ml /； s Q ——实际输出流量，单位：min /L ；s n ——发动机怠速时，转向油泵的转速,单位：min /r ；v 'μ——半载容积效率，达到QC/T 299-2000的要求，可靠性试验前%80≥，可靠性试验后%75≥。

当低速时（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关系的满足上式；在高速时，油泵流量控制阀开启，上述关系式就不成立了。

特别注意，应该对泵的排量和发动机怠速时泵的转速进行协调规定，因为，这两个参数的增加都会使泵的消耗功率和噪声增大。

油泵排量的大小和凸轮环的长短径决定。

转向油泵的排量范围，见下表1.20：表1.20 油泵的排量规格1.3.2最大工作压力的设计计算转向油泵的最大工作压力应能满足动力转向器所需的最大工作压力，考虑从动力转向油泵的出口到动力转向器的进口之间的管路损失，在选择动力转向油泵的最大工作压力时，应使动力转向油泵的最大压力为：p P P s p ∆+= （1.12）p P —动力转向器的最大压力，单位MPa ；p ∆—管路损失压力（考虑到高压油在管路中的压力损耗及转向器内泄露造成的压力损耗，一般（5%~10%）p P ）。

油泵的最大工作压力由泵内的压力控制阀控制，压力控制阀又是有其内部的弹簧预紧力调整。

因此，油泵在装配和调整时，可以通过采用增、减垫圈的办法来改变安全阀内弹簧的预紧力，从而达到调整最大工作压力的目的，如图1.72所示。

图1.72压力控制阀的结构汽车按实际最高载重量，原地打方向时动力转向器进油压力为7~13MPa 。