佟 杰

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

浅谈某轻卡车型动力转向机构与方向机的匹配设计

佟 杰

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽车在行驶过程中，需按驾驶员的意志经常改变其行驶方向，即所谓汽车转向。就轮式汽车而言，实现汽车转向的方法是驾驶员通过一套专设的机构，使汽车转向桥（一般是前桥）上的车轮（转向轮）相对于汽车纵轴线偏转一定的角度。汽车转向系根据其转向能源的不同，可以分为机械转向系和动力转向系两大类型。文章将重点介绍动力转向系。动力转向机构采用的动力源到目前为止应用最广泛的是液压源。动力转向机构应用在选择上有一个与方向机匹配的过程，在这一选择过程中，如果匹配不合理，就会出现转向发飘或者沉重的现象。因此，本文以某轻卡车型为例，重点论述了动力转向机构及方向机的匹配设计。

动力转向机构；方向机

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)20-56-03

引言

随着汽车工业的迅猛发展，作为汽车关键部件之一的转向系统也得到了相应的发展，基本已形成了专业化、系列化生产的局面。由于汽车转向器属于汽车系统中的关键部件，它在汽车系统中占有重要位置，因而它的发展同时也反映了汽车工业的发展，它的规模和质量也成为了衡量汽车工业发展水平的重要标志之一。传统的转向器只能相对地解决转向轻便性和操纵灵便性的问题，要想从跟本上解决这两个问题只有安装动力转向器。动力转向功能的实现，方向机起着重要作用，因此本文对转向机构与方向机的匹配设计做了详细论述。

1 动力转向系结构组成

动力转向系兼用驾驶员的体力和发动机动力作为转向能源，并且以发动机动力作为主要能源。动力转向系是在机械转向系基础上加设一套转向加力装置而成的。转向加力装置包括转向油罐、转向油泵、转向控制阀和转向动力缸等。转向油泵由发动机驱动，以产生高压油液。

2 动力转向原理

当驾驶员逆时针方向转动转向盘时，转向摇臂将拉动转向直拉杆向前运动。转向直拉杆的拉力作用在转向节臂上，使左侧转向节及左侧转向轮绕主销向左偏转一个角度，同时通过梯形臂和转向横拉杆使另一侧转向节与转向轮绕该侧转向主销偏转一定的角度，这时汽车将向左转向。与此同时，转向直拉杆还带动了转向控制阀中的滑阀移动，使转向动力缸的右腔接通转向油泵的出油口，右腔通过转向控制阀与转向油罐接通，转向动力缸的活塞所受的向右的液压作用力便经其推杆也作用在转向横拉杆上。由于液压作用力较大，便在很大程度上减轻了驾驶员的操纵力。

3 动力转向机构与方向机的匹配设计

3.1 动力转向机构图解

下图是一个典型的含动力转向机构的转向系统布置图。

图1 动力转向机构示意图

由图1可知，在一个含动力转向机构的转向系统中，主要由四部分构成：方向机、动转油罐、动转泵以及管路。

3.2 动力转向机构与方向机匹配计算

下面，我们就以某轻卡车型为例，来说明轻型载货汽车的动力转向机构与方向机如何进行匹配计算。

3.2.1 方向机的确定

方向机的选择首先应该考虑整车的原地转向阻力矩。

某轻卡车型的前桥负荷为 2500Kg～3000Kg，在计算时为了可靠性的要求，不妨将负荷取最大值3000Kg；该车型的轮胎为8.25-16，按照最大承载时的气压取值，一般取14层级时的气压630Kpa；轮胎与地面间的滑动摩擦系数一般取值为0.7。

将上述数据代入下面公式：

G1—前桥负荷(N)

P—轮胎气压(Mpa)

f—轮胎和路面间滑动摩擦系数

因此，所选方向机的最大输出力矩要大于此值。经过综合考虑，该轻卡车型选用了一款相匹配的成熟方向机产品。下表为该产品的主要性能参数：

表1 方向机参数

那么，以具备上表参数的方向机作为基础，通过计算进行动转泵的选择。

3.2.2 动力转向泵的设计

3.2.2.1 动力转向泵的要求

1）在发动机怠速时提供足够的流量和压力。

2）工作效率高，能耗小。

3）低噪音。

4）工作可靠、耐久。

5）工作温度在希望的范围之内。一般控制在-40°C～120°C。

6）带有限压阀，以保证动力转向系统的最高压力限制在设计要求的正常范围内。

7）带有流量控制阀，以处理发动机高速时带来的过多流量，保证汽车方向盘不“发飘 ”。

8）尺寸小、重量轻。

9）低成本。

3.2.2.2 动力转向泵的重要参数

动转泵的最大工作压力、转向系统实际需要流量；另外，我们开篇就讲过，动转泵的能量来自于发动机，因此，在我们选择动转泵之前，以下三个参数是必需知道的：即发动机的怠速转速、发动机附带动转泵的公称排量、发动机转速与动转泵转速速比。

该轻卡车型所用发动机的怠速转速为760r/min；发动机附带动转泵的公称排量 11ml/r；发动机转速与动转泵转速速比有两个选择分别是1.69和1.15。

3.2.2.3 动力转向泵选择时的必要计算

转向泵的最大压力 Pmax取决于方向机的最高工作压力，一般取：

其中：

P1—方向机的最高压力，最大压力应由方向机厂家提供

△P—管路损失，取0.3～0.5Mpa

由表1可知，方向机的最高压力为10.3Mpa,管路损失取中间值0.4Mpa，代入公式Pmax=P1+△P=10.3+0.4=10.7Mpa

转向油泵必须有足够的流量以保证汽车有较快的转向速度。据对江淮汽车关于转向速度的统计，汽车转向盘的最快转速一般要求在 1.0～1.25转/秒 。如取中间值为 1.125转/秒，即68转/分（68r/min），则动力转向系统设计时要求油泵在发动机怠速运转时要能够提供给方向机足够的工作流量，由此对于动转泵的流量可计算如下：

其中：

Q—动转系统实际需要流量（L/min）。

S—动力转向器油缸实际工作面积（mm2）

Q1—动力转向器允许的内泄漏量（L/min）

V—活塞移动速度（mm/min）。

n—转向盘最大转速（r/min）。

t—螺距(mm)

根据上面计算结果，即可确定动转系统所需要的实际流量。

如将方向机所提供的参数代入公式 4-2-3可得该车型的转向系统实际需要流量为6.9L/min，即所选定的动转泵的实际流量不能小于6.9L/min。

3.2.2.4 怠速流量与转向助力泵的实际流量对比

已知：发动机动转泵公称排量11ml/r.发动机转速与动转泵转速速比有两种选择分别是1.69和1.15，发动机的怠速转速为760r/min。则

其中：

Q怠—发动机怠速状态流量（L/min）；

V怠—发动机的怠速转速（r/min）；

η1—发动机转速与动转泵转速速比；

V排—动转泵公称排量(ml/r)。

将两组速比1.69和1.15分别带入公式4-2-4，得到的结果如表2所示：

表2 计算结果

由表2中结果可知：当速比为1.69时发动机怠速状态流量为 4.9L/min，此流量小于转向系统实际的工作流量6.9L/min。不能满足转向系统的工作流量要求。而速比为1.15时发动机怠速状态流量为7.3L/min，此流量大于转向系统实际的工作流量6.9L/min。满足转向系统的工作流量要求。

即：发动机转速与动转泵转速速比为1.15时，满足转向系统的工作流量要求。故我们选择动转泵时应将发动机转速与动转泵转速速比定为1.15。

下面我们再来确认低速流量值，低速流量的计算方法与怠速状态流量的计算方法相似。

即：

其中：

Q低—发动机低速状态流量（L/min）；

V低—发动机的低速转速（r/min）；

η1—发动机转速与动转泵转速速比；

V排—动转泵公称排量(ml/r)。

一般况下，我们确定发动机的低速转速为600r/min，则把以上已知条件带入公式 3-2-5有：Q低=600÷1.15×11×10-3= 5.7L/min。

3.3 匹配文件输出

3.3.1 绘制流量特性曲线图

依据以上计算结果，可绘制流量特性曲线图如下：

图2 流量特性曲线图

3.3.2 确定动转泵参数表

参照方向机所供参数及以上的计算结果我们可以对转向泵主要性能参数列表如下：

表3 动转泵主要性能参数

在该轻卡车型底盘上搭载上述发动机后，我们可以直接确定所选用的动转泵的几个主要性能参数：公称排量11mi/r、最大工作压力 10.5MPa、转速范围500-3500r/min（由发动机参数得到）、控制流量 10±1L/min、传动比 1.15（通过计算对比确定）。另外，我们还可以通过计算得出的动转泵怠速流量与动转泵的实际流量进行对比以确定动转泵选择的合理性，同时我们还可以通过计算来确定我们选用的动转泵的低速流量，然后将我们的结果提供给供应商，以便其产品开发。

[1] 余志生.汽车理论.机械工业出版社,2000.

[2] 王望予.汽车设计.机械工业出版社,2000.

[3]（日）武田信之.载货汽车设计.人民交通出版社,1997.

[4] 陈家瑞.汽车构造.机械工业出版社,2000.

Matching design of power steering mechanism and steering machine for a light truck

Tong Jie
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

In the course of driving, car drivers will often need to press change its driving directi- on, the so-called steering. Is concerned, realize wheeled car steering method is the driver through a set of institutions and exclusively steering bridge(usually front axle) of the wheel (steering wheel) longitudinal axis deflection relative to car certain Angle. Autom-otive steering system according to its steering energy is different, can be divided into mechanical steering system and power steering system two types.This article will focus on power steering system. Power steering organizations to adopt the power so far are the most widely hydraulic source. Power steering mechanism application on the choice a and direction in the process, machine matcching the selection process, if match is not reasonable, can appear to drift or heavily sreer.Therefore based on HFC1063KR 1 as an example, discusses the matching design of power steering mech- anism and traversing mechanism.

Power steering mechanism; traversing mechanism

U462.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)20-56-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.20.019

佟杰（1982-），女，助理工程师。就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。