汽車轉向系統的匹配設計

一.动力转向系统配套设计
1 调查汽车在超载运营时的前桥载荷（双前桥转向时需要调查双桥载荷之和）；
2 调查汽车厂助力方向机的规格，根据经验，前桥载荷p≤5500kg时可选择d=100mm缸径助力方向机，其它载荷可以根据 P/5500 = d2/1002进行计算，助力方向机的缸径系列为70mm、80mm 、90mm、100mm、110mm等，助力方向机缸径选择过小会使助力转向液压系统容易产生故障。
3 核算助力方向机流量需求。保证有足够的助力性能，在典型路面（非水泥路面、土路、乡村公路）上，汽车按实际最高载重量，原地打方向时方向机进油压力为7~13MPa。低于7MPa可以考虑减小方向机油缸直径，高于13MPa时应考虑加大转向器油缸直径。。
方向机最高压力限制（安全压力）：按典型公路重载原地转向时测试压力除以0.85，建议不要超过15MPa，一般建议使用12~13MPa安全压力，安全压力越高可靠性越差。
前桥载荷 方向机型号及主要性能参数 转向泵流量要求 入口端所需提供的转向泵压力要求
P Qmax P1

4 确定转向泵在发动机上的安装位置及进出油口位置，给出一个尺寸范围，这样转向泵厂家方便设计性能更好的转向泵。
5 将转向泵安装连接尺寸、进出油口位置尺寸、方向机流量需求及安全压力提交转向泵生产厂家，转向泵生产厂家根据提供的参数要求设计匹配的转向泵。

二.动力转向泵的配套设计
1 动力转向泵的最大压力：
考虑从转向泵的出口到方向机的进口之间的管路损失，在选择转向泵的最大压力时，应使转向泵的最大压力：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，如果压力已经很高，转向却依然沉重，只能是加大缸径。如果压力PP＜P1 ，必然会转向沉重或是打不动方向盘。
动力转向泵应有可靠的压力装置，任何情况下，输出压力不能高于其许可的最大工作压力。若该输出接口用来驱动其他附件，应得到相关部门审查认可。
2 动力转向泵的控制流量 Qp：
一般取Qp≥（1.05-1.1）Qmax.
Qmax 为方向机所需的最大流量.
3 动力转向泵的公称排量：
根据怠速时(转向泵转速一般为650-750 r/min)，方向机所需的流量，选择转向泵的排量，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。
转向泵的排量过小，容易出现怠速时转向沉重，排量过大，系统容易发热。
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）。

三. 储油罐的选择：
1 储油罐容积选择：考虑系统的供油、散热、油中杂质的沉淀等，一般取油箱的容量：
V=（0.15—0.2）Q1。
Q1为转向泵的最大输出流量。
2 储油罐的散热能力：一般希望转向系统的油温控制在80℃以下。如果油温超过88℃，液压油将很快变质：形成碳化物，液压油失去润滑功能，转向泵将急剧磨损，造成转向沉重；析出胶状物质，堵塞阻尼孔或卡滞控制阀，使整个动力转向系统失效。油温过高，还将使整个系统中的密封件加快老化，密封不良而造成漏油。在大流量及高压力的转向系统中，储油罐的散热已经不能保证油温在80℃以下了，这时须附加专门的散热系统。
3 转向系统一般采用回油过滤方式，根据系统管路工作压力、过滤精度、流通能力选择滤油器。汽车转向系统中，过滤精度一般取10-20μm，压力损失小于0.1MPa。如采用进油过滤，其铜丝网目数一般在100~180目之间。
4 液压转向泵为叶片泵时，其自吸能力较差，应注意液压油罐的正确安装位置，要求油罐出油口位置高于液压转向泵进口20mm以上，同时管路尽可能避免转弯，如不可避免时，转弯角度和转弯半径应尽可能大，避免管路的压力损失。
5 在储油罐中，建议设有压差信号发生器及安全阀。压差信号发生器是在过滤器堵塞时，把信号传递到驾驶室，提醒司机该换滤芯及更换液压油了；安全阀是在滤芯堵塞时，使油从旁路流过，从而保证行驶安全。

四.转向管路 进、出油管的选择：
1 管路材料的选择：油管可以是软管、钢管或混合式。软管又分为高压钢丝编织耐油软管、高压耐油塑料软管及低压帘线编织耐油软管；钢管为高压无缝钢管，材料一般为20钢或08F钢。
对于油管和选用，无论是钢管、耐油胶管或塑料管，都必须根据系统的工作压力进行选用。建议不采用高压钢丝编制耐油软管，避免因温升膨胀而缩小管路内径，最好采用高压钢管。
2 管路内径的选择：
管路内径的选择：根据管道内的流速，确定管道内径尺寸，允许流速的推荐值为：
1） 液压泵吸油管道：0.5～1.5 m/s.一般取1 m/s以下。
2） 液压系统压油管道：3～ m/s.压力高时取大值。
3) 液压系统回油管道：1.5～2.5 m/s。
管道内径与流量、流速的关系式为：
d=（4Q/πv）0.5
其中d为管道内径，Q为通过管道的流量，v为管道内液流平均流速。
管路内径经验值，可以参照下表：
转向泵控制流量 进油管路最小通径 出油管路最小通径
8L/min φ8 φ5
11.5L/min φ10 φ6
15L/min φ11 φ7
16L/min φ11.2 φ7.2
20L/min φ13 φ8
以上管路内径是管路长为500mm时的经验值，当管路每增加△l=500mm 时，管路内径增加△d=2mm。
配套时保证管路密封合格，进油管漏气漏水时会使液压油变质，这一点很容易被忽视。管路直径不能过小，进油管口径过小时会引起吸空，产生气穴现象，出油管直径过小时会产生阻尼，引起系统压力升高，系统可靠性变差。
3 方向机及进出油管必须保持清洁，不允许有铁屑、铁锈等杂质。

五.转向器机参数校核
1．转向力矩计算：
• Mr＝÷3
• Mr-----在沥青或混凝土路面上的原地转向阻力矩，N.mm；
• f--------轮胎与地面间的滑动摩擦系数，取0.7；
• G1-----转向轴负荷，N；
• P-------轮胎气压，MPa；
2．压力计算：
• M＝ 或P＝M÷
• P-------油泵的最大工作压力，MPa；
• M------动力转向器输出扭矩，N.m；
• S0------油缸工作面积，㎡；
• S1------螺杆外径所占面积，㎡ ；
• RF------扇形齿分度圆半径，m。
3．流量需求计算：
• Q=(1. 5~2)×60ntS/K
• n—汽车方向盘最大瞬时转速(转/秒)，轿车取1.5r/S, 其它车辆取1.25r/S；
• t---助力方向机丝杆螺距；
• S---助力方向机油缸实际工作面积；
• K---助力方向机效率系数(泄漏系数)。
• 1.5~2---经验系数，可能与制造水平有关
另外一种算法：
• 理论流量为Q1，允许泄漏量为Q2，流量需求Q计算如下：
• Q1 =60ntS
• Q=（1.5~2） Q1 + Q2

六.转向油品的选择：
1 在夏季，全国均可用航空液压油；在冬季，长江以南仍可用航空液压油，在长江以北，可以使用HV-32或HV-46低温抗磨液压油；对于8号液力传动油或8号及10号航空液压油.自动变速箱油等等，一年四季中在全国各地均可使用，但价格较贵。禁止型号不一致油液混用
2 加注油料时必须经过转向系统油罐上的过滤网过滤，禁止油液不经过过滤直接加入转向系统油罐中。
3 油量加注必须在油罐标尺规定的两刻度线之间。油量加注后启动发动机3～5min，检查补加油料至规定标尺刻度线。过多，发动机启动后油易溢出，既造成浪费又破坏车容；过少，易造成转向叶片泵烧蚀。

七.注意事项:
1.转向泵布置时要考虑泵体内不能有存留空气，必要时采取排气措施。
转向系统排空气，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
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