汽车转向泵的设计规范

1 范围
本规范规定了柴油机转向泵及转向系统配套设计参数的选择及注意事项。
本规范适用于各型柴油机转向泵的配套开发设计。
2 规范性引用文件
下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本规范。
Q/YC 711.1 转向油泵设计规范
《机械设计手册》 第5册液压系统设计部分
3 动力转向系统配套设计步骤
3.1 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）；
3.2 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。
3.3核算助力方向机流量需求，确定安全压力。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。核算方法见附一。
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
3.4 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。
3.5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。
4 动力转向泵的配套参数选择：
4.1 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。
4.2 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.
4.3 动力转向泵的公称排量：
根据怠速时(转向泵转速一般为650-750r/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。
4．4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）。
5 进、出油管的选择：
5.1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。
5.2 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。
5.3 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。
6 转向泵接头的选择：
6.1 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。
6.2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。
7 储油罐的选择：
7.1 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。
7.2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。
7.3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。
7.3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。
7.4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。
8 油品的选择：
8.1在夏季，全国均可用HM-46或HM-32抗磨液压油；在冬季，长江以南仍可用HM-46或HM-32抗磨液压油，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，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
8.2 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。
8.3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。
9 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。
附一：助力方向机参数校核
1．转向力矩计算：
· Mr＝[f×（G 13÷P）1/2]÷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＝[P×(S0－S1)×RF] 或P＝M÷[ (S0－S1)×RF]
· 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
以上参数在配套过程中一般由整车厂提供，公式是一般经验公式。