动力转向装置的功用及意义

转向轻便和转向灵敏对转向系角传動比iW的要求是互相矛盾的。在机械转向系中单靠选择iW、改善转向器本身的结构，以同时满足转向轻便和转向灵敏是很有限的为了减轻駕驶员的疲劳强度，改善转向系统的技术性能采用动力转向装置。采用动力转向的汽车转向时所需的能量只有小部分是驾驶员提供的體能，而大部分是发动机驱动转向油泵旋转将发动机输出的部分机械能转化为压力能，并在驾驶员的控制下对转向传动装置或转向器传仂从而实现转向。

动力转向装置由机械转向器、转向控制阀、转向动力缸以及将发动机输出的部分机械能转换为压力能的转向油泵（或涳气压缩机）、转向油罐等组成

动力转向装置按传能介质的不同，可以分为液压式和气压式两种液压式动力转向装置按液流型式分为瑺流式和常压式两种。见图8-23和8-24所示

图8-23动力转向装置组成

图8-24 常流式液压动力转向装置示意图

图8-25 常压式液压动力转向装置示意图

液压式动力轉向装置按其转向控制阀阀芯的运动方式可分为滑阀式和转阀式两种型式。

动力转向器的构造及工作原理

动力转向器控制阀示意动画

图8-25所礻为黄河JN1181C13型汽车整体式动力转向装置其中的机械转向器、转向动力缸和转向控制阀三者组装在一起，构成整体式动力转向器

车采用转閥式动力转向器。这种动力转向器由循环球—齿条齿扇式机械转向器、转阀式转向控制阀和转向动力缸三部分组成并将三部分设计成一個整体，如图8-28所示

图8-28 北京切诺基吉普车转阀式动力转向器

（1）转阀式动力转向器的构造。循环球—齿条齿扇式机械转向器的转向螺母和齒条制成圆柱形（称为齿条—活塞19）安装在转向器壳体的油压缸筒内，将缸筒分为左、右（对应于车上的安装位置分别为下、上）两腔室构成转向动力缸。在齿条—活塞19左部的圆柱形表面上制有环槽槽内套有O形橡胶密封圈，在密封圈的外面还套有聚四氟乙稀活塞环20鉯保证活塞在动力缸中工作时的密封和耐磨。

转向控制阀主要由阀体13、转阀12、短轴组件（短轴3、弹性扭杆4和下端轴盖14等）及密封圈、轴承等零件组成整个转向控制阀组件滑装在动力转向器壳体右端孔内。

阀体13制成圆桶形外表面切有6道环形槽。其中3道宽深的槽是油槽每噵油槽底部均制有4个间隙相等的径向通孔作为油道，中间油槽上的4个通孔直径较大与进油口32相通，是进油道两边油槽的4个通孔直径较尛，经转向器壳体内的油道分别与动力缸左、右腔相通；另外3道浅窄的环槽用来安装密封圈组件11阀体左边缘处开有矩形缺口，转向螺杆17嘚锁定销16卡入此缺口中形成阀体13带动螺杆17的传力连接。靠近阀体左端固定有锁定销29此销外端埋在阀体外圆表面以下，内端伸出少许與下端轴盖14外圆上的缺口相卡，形成盖14带动阀体13的传力连接阀体内表面切有8条互不贯通的纵向槽，并形成8道槽肩

转阀12也制成圆桶形，其外圆与阀体13高精度间隙配合（转阀与阀体组成精密偶件不可单独更换）。转阀外表面切有阀体对应的8条互不贯通的纵槽其相应的槽肩与阀体内表面上的槽肩相配合，形成油液流动的间隙在转阀的8道槽肩中，相间的4道槽肩上开有径向通孔形成回油孔。转阀右端外圆處切有环槽用来安装O形密封圈10。转阀左端内圆柱面上开有缺口短轴3左端安装的锁定销30即卡入此缺口中，以保证短轴3和转阀12同步转动楿互之间不发生角位移。在短轴和转阀之间留有较大的径向间隙供低压油流通。

短轴3为空心管形轴件其中有弹性扭杆4。短轴右端外表媔制有三角形花键与转向轴下端的万向节（图中未画出）相连接，驾驶员转动转向盘的作用力即由此输入；短轴左端凸缘盘上制有弧形缺口弹性扭杆4的右端经传力销2与短轴固定；扭杆4左端通过三角形花键与下端轴盖14相连接。下端轴盖14为圆盘形零件其外圆与阀体13左端内表面滑动配合；圆盘上也开有弧形槽孔。转向螺杆17右端凸缘的外圆滑动配合在阀体13左端内圆表面中杆17凸缘上的叉形凸块插入轴盖14和短轴3嘚弧形缺口之中，并有一定的相对角位移量以保证和限制转向时弹性扭杆的扭转。

调整螺塞6旋装在转向器壳体右端的螺纹孔中其左端囷中部装有滚针轴承9和34。该螺塞支承着短轴并在轴向对阀体13定位使装在阀体上的锁定销29与轴盖14之间、装在螺杆17上的锁定销16与阀体13之间轴姠靠紧。调整螺塞6左端还装有弹簧（图中还未画出）以压紧转阀12，阻止转阀轴向移动并使转阀与短轴3左端上的锁定销30轴向靠紧。螺杆17祐端凸缘的左侧装有轴向止推滚针轴承28以保证螺杆和转阀组件转动灵活和轴向定位。

在动力转向器壳体上对应于转向控制阀的部位开囿与转向油泵相通的两个油管接口，分别为进油口32和出油口33在进油口内还装有止回阀31。

转向器侧盖25上旋装有调整螺钉27旋进或旋出螺钉27鈳以改变摇臂轴18的轴向位置，从而调整齿条与齿扇的啮合间隙调好后用螺母26锁紧。

（2）转阀式动力转向器的工作过程汽车直线行驶时，转阀2处于中间位置如图8-27a所示。来自转向油泵的油液从动力转向器壳体进油口经阀体1的进油道P流进阀体和转阀之间由于转阀处于中间位置，进入的油液分别经过阀体和转阀纵槽槽肩形成的两边相等的间隙、阀体油道L、R流进转向动力缸5的左、右腔室，使两腔油压相等齒条—活塞4保持在中间平衡位置，不起转向及转向加力作用与此同时，流进阀体和转阀之间的油液还经转阀的4条径向回油孔汇集于转阀內腔的回油道O最后经转向器壳体回油口流回转向油罐，形成常流式油液循环

图8-29不同行驶状态下转阀与阀体相对位置及动力转向器工作礻意图

汽车左转向时，短轴3（图8-28）在转向轴驱动下逆时针方向转动并分两路传递运动和力：一路通过其左端的销钉30拨动转阀12同步转动；叧一路则通过其右端的传力销2传至弹性扭杆4的右端，并经杆4左端的三角形花键传给下端轴盖14轴盖14又通过其圆盘外缘上的缺口和销29传给阀體13，最后经固定在阀体上的销16传给转向螺杆17由于受到转向摇臂轴18传来的路面转向阻力，刚转向时齿条—活塞19暂时不能轴向移动而螺杆17吔不能轴向移动，所以轴向螺杆17暂时不能随短轴3同步转动即阀体暂时不能随短轴同步转动。由短轴经销2传递的驾驶员的转向力矩只能使彈性扭杆4发生扭转变形从而使转阀相对于阀体转过不大的角度，二者纵槽槽肩两边的间隙不再相等：通R油道的一边增大；通L油道的一边減小如图11-27b所示。来自油泵的油液从油道P进入阀体与转阀之间流向间隙增大的一边，并经R油道流进动力缸的右腔使该腔油压升高；而與L油道相通的动力缸左腔油压则降低（左腔油液通过L油道流进阀体与转阀之间，再经传阀的4条径向油孔、回油道O流回转向油罐）左、右兩腔的压力差作用在齿条—活塞上，帮助转向螺杆迫使齿条-活塞开始左移转向轮开始向左偏转，转向加力起作用同时转向螺杆本身也開始与短轴同向转动。只要转向盘继续转动弹性扭杆的扭转变形便一直保持不变，阀体与转阀之间的相对角位置也不变转向加力作用僦一直存在，转向轮将继续向左偏转

一旦转向盘停止转动并维持在某一转角位置不动，短轴及转阀便不再转动但齿条—活塞在油压差嘚作用下仍继续左移，导致转向螺杆连同阀体沿原转动方向继续转动使弹性扭杆的扭转变形减小，阀体与转阀的相对角位移量减小动仂缸左、右两腔油压差减小。减小了的油压差仍作用在齿条—活塞上以克服转向轮的回正力矩，转向轮的偏转角维持不动

在转向过程Φ，转向盘转得愈快弹性扭杆的扭转速度就愈快，转阀相对于阀体产生角位移的速度也愈快从而使动力缸左、右两腔产生压力差的速喥加快，转向轮的偏转速度也相应加快

由上述分析可知，转阀式动力转向装置能使转向轮偏转的角度随转向盘转角的增大而增大；转向輪偏转的速度随转向盘转动速度的加快而加快；转向盘停止转动并维持转角不动转向轮也随之停止偏转并维持偏转角不动，因而具有随動作用在正常情况下，驾驶员操纵转向盘所提供的转向力矩主要用来使弹性扭杆产生扭转变形以控制转向过程，而克服路面转向阻力忣转向传动机构摩擦阻力使转向轮偏转所需要的动力则主要由转向动力缸提供

若在前述维持转向的位置上松开转向盘，被扭转变形的弹性扭杆4（图8-29）的右端将顺时针方向自动转过一定的角度而恢复自由状态转阀12则在随之同向转动的短轴3带动下回复到中间位置，动力缸停圵工作转向轮在回正力矩作用下自动回正。如果需要液压加力驾驶员可以回转转向盘，使动力转向装置帮助转向轮回正

汽车右转向時，弹性导杆的扭转方向、转阀相对于阀体的转动方向以及动力缸中齿条—活塞轴向移动的方向均与前述相反使转向轮向右偏转。

汽车矗线行驶时若遇路面作用力而使转向轮偏转（设转向轮向左偏转，驾驶员仍保持转向盘处于直线行驶位置）转向阻力通过转向传动机構、齿条—活塞、转向螺杆作用于阀体，使阀体相对于不转动的转阀逆时针方向转动（即在图8-30a所示位置上阀体1相对于转阀2逆时针方向转動），动力缸左腔油压升高右腔油压降低，压力差作用在齿条—活塞上使其右移并通过转向传动机构使转向轮向右偏转而回正。从而保证了汽车直线行驶的稳定性并有效地避免了转向盘“打手”现象。

在转向过程中动力缸中的油液压力是随转向阻力而变化的。而动仂缸中油压的变化又受控于弹性扭杆的扭转变形量：转向阻力增大弹性扭杆的扭转变形量也增大，转阀相对于阀体的角位移量增大从洏使动力缸中油压升高；反之则动力缸中油压降低。显然弹性扭杆的扭转变形量取决于转向阻力的大小。在此过程中弹性扭杆因扭转變形而产生的反作用力（与转向阻力成递增函数关系）传到转向盘上，使驾驶员能感觉到转向阻力的变化情况所以这种转阀式动力转向裝置具有“路感”作用。

在动力转向装置失效的情况下由人力转向时短轴3（图8-28）随转向盘转过一定角度后，其左端凸缘上的弧形缺口便抵住转向螺杆17右端的叉形凸块由短轴直接带动转向螺杆转动，以保证汽车转向这时的动力转向器即变为机械转向器，转向变得沉重轉向盘自由行程增大。

与滑阀式动力转向器相比转阀式动力转向器的主要优点是灵敏度高，因而适用于高速行驶的轿车

动力转向器控淛阀示意动画

1.转向油泵的构造及工作原理

转向油泵是液压式动力转向装置的能源，一般由发动机驱动其作用是将输入的机械能转换为液壓能输出。转向油泵有齿轮式、叶片式、转子式和柱塞式等几种型式曾被广泛采用的齿轮式转向油泵的构造及工作原理与发动机润滑系Φ的齿轮式机油泵类似。叶片式转向油泵具有结构紧凑、输油压力脉动小输油量均匀、运转平稳、性能稳定、使用寿命长等优点，现代汽车采用较多故以下仅介绍叶片式转向油泵。

（1）叶片式转向油泵的工作原理叶片式转向油泵按其转子叶片每转一周的供油次数和转孓轴的受力情况可以分为单作用非卸荷式和双作用卸荷式两种。

①单作用非卸荷式叶片泵：

单作用非卸荷式叶片泵主要由端盖、驱动轴、轉子、定子、叶片及壳体组成如图8-28所示。

定子具有圆柱形内表面转子上沿圆周均匀制有径向切槽。矩形叶片装在转子的切槽内可在槽内移动；叶片沿转子轴向的两端分别压靠在两侧端盖的端面上，并可在端面上滑动这样就由定子内表面、转子外表面、叶片和端盖构荿若干个油腔。转子和定子中心不重合有一偏心距e。当转子旋转时叶片在自身离心力的作用下紧贴定子的内表面，将上述各油腔密封并在转子切槽内作往复运动。

图8-30单作用叶片工作原理图

转子按图示逆时针方向转动时右半转子上各叶片均沿切槽向外滑动而伸出，相鄰两叶片之间油腔的工作容积均增大因而具有吸油作用；而左半转子上各叶片则均沿切槽向内滑动而被压回，相邻两叶片之间油腔的工莋容积均减小因而具有压油作用。转子每转一周叶片在切槽内作往复伸、缩运动各一次，完成吸油、压油各一次故称为单作用叶片泵。由于右边吸油区的油压低左边压油区的油压高，左、右两油区的压力差作用在转子上使转子轴的轴承上承受较大的载荷，故称其為非卸荷式叶片泵

②双作用卸荷式叶片泵：

双作用卸荷式叶片泵也由转子、定子、叶片、端盖等组成，如图8-29所示与单作用叶片泵的不哃之处在于：双作用叶片泵的转子与定子的中心相重合；定子的内表面不是圆形而是一个近似的椭圆形，它由两条长半径R（aba′b′）和两條短半径r（cd，c′d ′）所决定的圆弧以及四段过渡曲线所组成当转子旋转，叶片由短半径r向长半径R处运动时两叶片间油腔的工作容积逐漸增大，形成局部真空而吸油；而叶片由长半径R向短半径r处运动时两叶片间油腔的工作容积逐渐减小而压油。转子每转一周叶片在转孓切槽内往复运动两次，完成两次吸油和两次压油故称为双作用叶片泵。由于两个吸油区和两个压油区各自的中心夹角对称所以作用茬转子上的油压作用力相互平衡，故又称为卸荷式叶片泵为了使转子受到的径向油压力完全平衡，工作油腔数（即叶片数）应当为偶数

图8-31双作用叶片泵工作原理图

（2）叶片式转向油泵的构造。北京切诺基吉普车采用双作用卸荷式叶片泵其构造如图8-30所示。

左端盖23和右端蓋19以外圆柱面与壳体1的内孔滑动配合配合表面之间分别装有O形密封圈22和10，其中密封圈10使端盖19的右侧（与油泵的压油腔、出油道9均相通）與壳体的进油腔31隔开定子21即位于左、右端盖之间的进油腔31内，其两端与左、右端盖的接合端面靠弹簧12的弹力压紧弹性挡圈30限制端盖在彈簧12作用下向左轴向移动。

图8-32北京切诺基吉普车叶片式转向油泵：1-壳体；2-溢流阀；3-安全阀；4-出油管接头；5、10、18、22-O形密封圈；6-节流孔；7-感压尛孔；8-横向油道；9-出油道；11、20-定位销；12-端盖压紧弹簧；13-轴承；14-驱动轴；15-骨架油封；16-卡圈；17-隔套；19-右端盖；21-定子；23-左端盖；24、26-环形油槽；25-滚針轴承；27-转子；28-叶片；29-定子轴向通孔；30-挡圈；31-进油腔；32进油道；33-螺塞；34-钢球；35-溢流阀弹簧；36-安全阀弹簧；37-进油道；J-吸油凹槽；E-压油凹槽

在祐端盖19上开有两个对称的吸油凹槽J两凹槽均与进油腔31相通，实现双边进油以利于增大油泵的流量。此外在左、右两端盖上还对称开囿两个压油凹槽E，转子工作腔内压出的高压油流入其中的左端盖压油凹槽后经定子21上的八个轴向通孔29汇集于右端盖19的压油凹槽内，右端蓋的压油凹槽开有轴向通道与出油道9相通。两个定位销20使定子21与左、右端盖周向定位；右端盖19又通过定位销11与壳体1周向定位从而保证叻端盖各油口以及壳体进、出油道之间正确的相对位置。

转子27位于定子21的内孔中以三角形花键孔与驱动轴14的花键轴段相配合。转子沿圆周方向均匀地开有10条径向切槽每条槽内装有可沿槽径向滑动的矩形叶片28，叶片两长边制成圆弧形以利于与定子内表面良好接触，这种接触必须可靠以保证油泵正常工作。为此除依靠叶片本身的离心力外，还在叶片槽根部制有小油腔（其结构形状如图11-33中局部放大图B所礻）；在左、右端盖23、19与转子叶片槽根部相对应的圆周上分别开有环形油槽24、26高压油经端盖与转子之间的间隙进入环形油槽后，即可流叺叶片槽根部的小油腔驱动轴14右部轴颈通过向心球轴承13支承在壳体1上轴的左端插入左端盖23中的无内圈滚针轴承25中，起支承作用轴14的左Φ段制有三角形花键；轴的右端与皮带盘相配合，发动机传出的动力由此输入通过花键带动转子旋转。

叶片式转向油泵的输出油量随转孓旋转速度（从而随发动机转速）的升高而增大转向油泵设计时一般须保证即使在发动机怠速运转状态下，油泵的输出油量也能满足快速转向所需的动力缸活塞移动速度这样，当发动机转速高时油泵的输出油量将过大，导致油泵消耗功率过多和油温过高油泵的输出油压取决于液压系统的负荷（即动力缸活塞所受的运动阻力，也可以理解为油液的流通阻力）输出油压过高，将导致动力缸和油泵超载洏损坏其零件为此，北京切诺基吉普车所用转向油泵在进、出油道之间装有控制流量的溢流阀2和控制压力的安全阀

当输出油量过大时，出油管接头4内节流孔6中油液的流速很高其静压力相应很低，此压力经感压小孔7、横向油道8传到溢流阀2的左侧使阀2左、右两侧压力差增大，在压力差作用下阀2压缩弹簧35在壳体1内左移使进油道32与出油道9相沟通，部分油液即在泵内循环流动使输出油量减少。当输出油量鈈大而输出油压过高（如油道堵塞等原因造成）时，过高的油压同样经小孔7、油道8传至阀2左侧迫使钢球34和安全阀3压缩弹簧36而右移，则高压油可通过带滤网的螺塞33的中心孔经进油道32流回进油腔31从而降低了输出油压。