动力转向泵工作原理和系统匹配

第二部份：动力转向系统匹配参数
一、转向泵的配套参数
1 转向泵的最大压力： PP= P1+△P P1 为方向机的最大压力;
△P为管路损失,一般取(0.3-0.5)MPa ； a、如果压力很高时，转向依然沉重，应考虑加大缸径； b、如果压力PP＜P1 ，必然会导致转向沉重；
转向泵应有可靠压力装置，输出压力不能高于最大工作压力。 2 动力转向泵的控制流量 Qp：
二、电动助力转向系统 (Electrically Power Assisted Steering EPAS EPS)
电动转向系统是一种全自动，且与发动机无关的动力转向系统。这 种系统取消了传 统的液压泵、油管、油罐、 液压油、皮带轮等零件。 与液压转向系统相比燃油 消耗减少4％左右。 图为一种电动转向系统。 由电机、电控单元ECU、 转向器、传感器构成。

以代表国内主流重型车型斯太尔系列来
说，配装该车型的转向器是ZF8098,国内的转
向系统出现故障的几率非常高，不是转向油泵
烧坏就是转向沉重。在工作状态下测量转向器
的温度，基本上都在100℃左右。在矿区超负
荷工作的车辆，国产转向器的寿命最多三个月，
转向助力泵的寿命则更短。国外产品则往往能
达到一年。究其原因，属转向系统的自保护能
汽车转向系统分类
助力转向系统，也就是动力转向，目前已经成为绝大多数轿车、载重 车、卡车等车型的标准配置。顾名思义，助力转向系统就是协助驾驶 员作汽车方向调整时，为驾驶员减轻打方向盘强度的装置。
动力转向系统的分类：
液压助力及电动助力转向系统两种
一、液压助力转向系统。（Hydraulic Power Steering )
1、不转向时，不消耗功率，比液压助力系统节省燃油3－5％。 2、比液压助力转向系统简捷，无油泵、液压油、油管、油罐等元 件。 3、环保。 目前电动转向在国内应用还不是很普遍，主要存在以下原因： A、技术不成熟。 B、成本高。 C、国内的路面比较复杂，对电机等寿命造成很大影响。
汽车转向系统分类
电动转向系统分类：
2、转向泵和方向机的进出油口应用专用的液压接头，配套时注意接 头通道面积，应达到管路最小管径面积要求
3、转向泵接头尽量采用O型密封圈密封形式，接头在连接时不允许 涂密封胶。接头密封形式和转向泵进、出油口的密封形式应相匹配， 角度密封的选择O型圈密封形式，端面密封的转向泵接头采用复合密
封垫圈+铜螺母的密封形式
L/min
T : 转向器的螺杆螺距 一般来说，70缸径以下的产品按 9.525mm选取，70~80缸径（含）的产品按11.5mm选取， 85缸径以上的按照13.5mm选取。
N : 转向盘最大瞬时转速
S : 转向器的助力缸径
Q1=(1.5~2) Q0 + Q2 经验公式
Q1 : 实际需要的流量 L/min
动力转向油泵简介 及工作原理
目录
第一部分：汽车转向系统分类 第二部分：动力转向系统匹配参数 第三部分：动力转向油泵简介 第四部分：动力转向油泵的结构 第五部分：动力转向油泵的工作原理 第六部分：动力转向油泵的阀工作原理 第七部分：动力转向油泵的检验与试验 第八部分：液压油的选择与管理
第一部份：汽车转向系统分类
常规的循环球转向器压力一般取10~15MPa，齿轮 齿条式转向器一般取8MPa左右，这个范围内的压 力基本能满足车辆的原地转向功能。压力取高，对 转向器本身没有多大的影响，但对泵的影响比较大。 这一点主要是体现在方向打死舵的情形。前面说过， 国外的转向器都有行程限位阀，而国内很多产品都 没有装，而且产品质量也难以保证，打死舵将会使 油泵的压力急剧升高，直到安全阀卸荷为止，这将 严重加剧转向泵的磨损并提早损坏。
Q2 : 转向器允许的内泄漏值。一般规定≤15% Q1
举例计算解放151六平柴转向器所需的流量：
与解放151六平柴相配套的转向器的助力缸径是100mm， 螺杆螺距13.5mm
Q0=60×1.25×13.5×1/4×3.14×1002/106
=7.95 L/min ≈ 8L/min
这样的匹配优点在于：
1、转向系统的过载压力通过转向器的压力安全阀卸 荷，形成外部循环，可以降低转向系统的温度，特别 是降低转向助力泵因小循环而产生的局部高温，有利 于保护转向泵和转向器的密封系统。
2、当汽车转向轮处于极限转角时（即最大的转向 角），转阀全部作用，来自泵的高压油全部进入由转 向螺母与外壳组成的密封腔的一端。继续施加转向力， 这时系统的压力最高，泵在长时间的高压作用下容易 磨损、损坏，此时前桥及转向杆系因所受的拉压力过 大而产生了形变。
液压助力转向系统到现在已经有半个世纪的历史，可以说技术非常成熟， 所以被广泛利用。液压助力转向系统由液压和机械等两部分组成，是以液压 油为动力传递介质，通过液压泵产生的动力来推动转向器，从而实现助力转 向。
液压助力转向系统的液压泵由发动机驱动。为保证汽车原地或低速转向时 的轻便性，液压泵要保证发动机怠速时的流量。
合理流量的选取
转向油泵工作流量的选取是根据方向盘最大瞬 时转速计算的。先计算出满足方向盘最大瞬时 转速所需的理论流量Q0，再确定实际需要的流 量Q1。
汽车方向盘的最大转速n对于轿车来说，按1.5 r/s计算，对于其他车辆来说按照1.25 r/s计算。
循环球转向器流量计算公式：
Q0=60×T×N×S
转向器和助力泵的 匹配关系
国内外现状研究
对德国ZF、美国SAGINO、英国BURMAN等 公司的动力转向系统研究，无一例外的发现， 他们的转向器除具备正常的转向功能外（即具 备常规的转向控制阀），均带有安全压力阀、 自动行程限位阀等，而在转向油泵上不带有压 力安全阀，转向油泵仅负责提供动力源（即将 机械能转化为液压能）。
第三部份：动力转向油泵简介
动力转向油泵简介
前面已经作了介绍，液压动力转向系统目前在国内应用非常广泛，95％ 以上的带动力转向的车辆全部都是采用液压助力方式。因其历史悠久， 技术成熟，所以被广泛利用。助力转向油泵作为转向系统的一个安全件， 引用量也非常大。
助力转向油泵是转向系统的动力源，它通过发动机作为传动介质，将机 械能转换为液压能，方向机通过油泵输出的液压油把液压能转换成机械 能，从而起到减轻驾驶员操舵的强度，同时提高车辆的可操纵性。
一、转向泵的配套参数（续）
5、转向泵在发动机上的安装位置：（转向泵设计需要） a、转向泵安装连接尺寸， b、进出油口位置和尺寸，
c、理论排量， d、方向机流量需求, e 、安全压力。
二、转向系统在使用中的注意事项:
1、转向泵布置时要考虑泵体内不能有存留空气，必要时采取相应的 排气措施。
转向系统排空，一般在转向泵的出油口处排空气即可，具体方 法是在发动机不转动时，拧松出油接头，待有油漏出来后再将出油接 头拧紧，这时起动发动机，左右扳动方向盘，空气便全部被排到储油 罐中，通过呼吸器排到空气中；
无论是否转向，这套系统都要工作，而且在低速时大转向，需要液压泵输 出更大的功率以获得比较大的助力，所以在一定程度上浪费了发动机的动力 资源。这也可以说是液压助力转向的一个缺点。
汽车转向系统分类
二、电动助力转向系统 最早的电动转向系统出现在上世纪70年代中期，当时采用这种系
统的目的是：当车辆行驶时，发动机突然停止工作，失去液压助力时， 防止突然失去对车辆的控制，此时用蓄电池供电的电动转向系统投入 工作。近代电动转向有了进一步发展，主要因为有以下优点：（日本 用得较多，也主要是用于轿车及微车方面）
力泵的退货控制将会起到一定的作用。
压力的选取
压力的选取从本质上来说并没有多大的意义。 只是针对国内的状况，超载现象层出不穷，所 以主机厂在用户的反馈下，屡屡提出系统压力 需要提高。其实，前桥的负荷和转向器的缸径 选取有关，压力高无非是承载能力高一点罢了。 以前曾流行高压技术的研究，但现在也偃旗息 鼓，未见动静，也就是说，研究高压技术没有 实质上的意义。
自动卸荷阀很好的解决了这个问题，即当转向轮
达到极限转角时，卸荷阀自动开启，卸压，即使继续 施加转向力（即手力），系统的压力也不会再升高， 维持在3—5Mpa的压力，当转向轮偏离极限转角时， 自动卸荷阀复位，维持系统压力。
而作为国内产品，在转向器上安装压力安全阀的
寥寥无几，几乎都是在转向泵上带压力安全阀。在中 型车上，带行程限位阀的也为数不多，轻型车上更是 没有，只是在重型车转向器上部分带有行程限位阀， 而且常常因为调整不方便，主机厂又缺乏该方面的技 能，有些干脆不用，形同虚设。
要，流量选大了，对转向助力泵和系统的效率都
非常不利，选小了，又会导致转向沉重、转向滞
后等非常严重的影响。而选择的依据就是必须要
明确装车状态。尤其是现在有很多转向器，不论
单双桥都适用，装双桥车的时候只需要把随动器
接口打开就行了。所以哪怕是同一型号的方向机，
它所选配的助力泵未必是相同的，所以在转向泵
上做上明确的标识并让经销商理解，这一点对助
一般取Qp≥（1.05-1.1）Qmax. Qmax 为方向机所需最大流量. 3 转向泵公称排量： 发动机怠速时(转向泵转速一般为650-750 r/min)，方向机所需流量。 在怠速时（转向泵限制转速以下），转向泵输出流量与排量的关系为： Q=qt* n （ 其中 qt 为泵的理论排量；n 为怠速时转向泵的转速）。 转向泵排量过小，易出现怠速时转向沉重，排量过大，系统易发热。 4 对应发动机特征转速下的转向泵实际流量要求（怠速，最大扭矩转速， 标定转速）。
Q0 = 60×1.5r/s×i×△S/106 L / min
实际流量的计算方式同循环球转向器。 举例计算配捷达轿车的齿轮齿条转向器的流量计算： 该转向机的相关参数： Mn=1.75 Z=8 βγ=9 deg 缸筒直径 D1=37.5mm 齿条直径D2=22mm 代入公式计算 Q0= 2.9 L /min Q1=(1.5~2) Q0 +0.15Q1
力不足。
流量和压力的关系
由液压原理中微小流速伯努里方程式可以得到 节流阀口压力差与流量的关系为：

Q’ C S0 2 △P /
其中：
△P—阀节流边压力差

S0—阀节流边过流面积
C—流量系数，一般取0.7。
ρ—流体密度
△P
Q,2 ρ 2 C2 S02
Q1=(1.5~2)×8 + Q2 Q2= 0.15Q1
Q1= 14 ~18.8 L/min 取Q1 =16 L/min 可以满足转向器的供油要求。
对于齿轮齿条转向器而言，它的计算方式和循环 球转向器不同，整个计算比较复杂。
1、线角传动比公式： i = π×mn×z/cosβγ i表示方向盘转一圈齿条移动的距离 2、有效缸径： △S=1/4×π×（D12－D22) D1 : 缸筒直径 D2 : 齿条直径 理论流量计算公式：
计算出Q1 = 5~6.8 L/min
实际选取流量为6L/min,比较合理。
对于双桥转向系统，还需要根据整车的配置情况， 进行系统流量分析：
双桥转向系统除满足转向器的供油量外，还必须满 足随动转向助力器（简称随动器）的供油需要。随 动器的流量计算方式参照液压缸的流量计算。

综上分析，选取合适的流量对转向器非常重

Q2 ρ 8 N2 C2 S02
wk.baidu.com
从公式中我们可以看到压力和流量的平方成正比。
流量直接影响到建立压力的速度，也就是说，流量 越大，压力的响应将越快。
对于一个转向系统来说，由于转向器内部结构的限制 和油路布置的限制，系统内必定存在背压。流量越 大，则背压越高。高背压的存在，将减小转向系统 的有效压力，也加剧了转向泵的磨损。但流量偏小， 将引起转向沉重和明显的转向滞后。
一、电动液压助力转向系统 (Elector-Hydraulic Power Steering EHPS)
液压油泵的驱动与发动机无关，改成由智能电控单元ECU控制 的高性能直流无刷电机驱动，它可根据转向的需要向转向机提供压 力油。与液压助力相比，根据不同的车型，油耗的降低可以达到3％ 以上。
汽车转向系统分类