CQZG汽车转向油罐的设计

CQZG汽车转向油罐的设计罗茂琼，黄达时，吴远军上海汽车集团股份有限公司，上海200041摘要指出了目前汽车转向油罐设计应用存在的问题，探讨了转向系对转向油罐的技术要求，阐述了CQZG系列汽车转向油罐总成结构与原理，参照ZF公司汽车转向油罐滤芯安全开启压力、系列转向油罐额定流量、出油口的结构，在原红岩128系列转向油罐的基础上进行CQZG的汽车转向油罐的优化设计。关键词滤芯安全开启压力；过滤精度；过滤效率；中置油标；旁置油标DESIGNFORCQZGSTEERINGOILTANKLUOMAOQIONG，HUANGDASHI，WUYUANJUNSAICMOTORCO，LTD，SHANGHAI200041，CHINAABSTRACTTHEPROBLEMSOFTHESTEERINGOILTANKEXISTINDESIGNANDAPPLICATIONATPRESENTWEREINDICATED，ANDTHETECHNICALREQUIREMENTSOFSTEERINGSYSTEMFOROILTANKWEREDISCUSSEDTHESTRUCTUREANDPRINCIPLEOFCQZGSERIESSTEERINGOILTANKWASDESCRIBEDASSEMBLYREFERENCETHESAFETYOPENINGPRESSUREOFFILTER，RATINGFLUX，OUTLETSTRUCTUREOFZFSERIESVEHICLESTEERINGOILTANK，ACHIEVEDDESIGNOPTIMIZATIONOFCQZGSTEERINGOILTANKWHICHBASEONTHEORIGINALHONGYAN128SERIESPRODUCTSKEYWORDSSAFETYOPENINGPRESSUREOFFILTER；FILTRATIONPRECISION；FILTRATIONEFFICIENCY；CENTEROILLEVELER；SIDEOILLEVELER0引言随着汽车转向油罐生产厂工艺改进，降低了转向油罐成本，但设计不合格的转向油罐装上汽车，对转向系统造成的危害不容忽视。为了杜绝转向油罐的问题危害转向性能，通过对转向油罐结构原理的分析，探讨转向系统对转向油罐的技术要求，优化设计了CQZG汽车转向油罐。本文也对汽车转向油罐的设计和选用，以及质量监督、产品检验人员识别转向油罐的优劣有一定参考价值。1目前转向油罐存在的问题11A型转向油罐如图1所示为A型转向油罐。焊接的出油接头13顶起了滤芯总成下盖23MM，使组合密封圈L2失去了密封作用，油不经滤芯直接进入油罐壳体，使滤芯丧失了过滤功能。有些结构基本相同，焊接的出油接头未顶到滤芯下盖但却存在以下问题。1由于油标6没有O形圈密封，使部分油不经滤芯，而是从油标6与上弹簧座11上部的螺纹间隙注入油罐壳体，降低了过滤效率。当滤芯堵塞内腔油压超过安全开启压力时，滤芯向上移动，D孔与油罐壳体相通，蓄积在滤芯下盖内孔周边内的铁屑、型沙等杂质冲过下盖的内孔与进油接头的间隙喷向四周，一部分杂质直接掉进敞开的出油接头的进油口；另一部分杂质也被出油接头的进油口强力的旋涡吸入转向油泵和转向器。D孔卸压后粘附在滤芯内壁的杂质和堆积在下盖上的大颗粒杂质就无法排出。5421SR1。一昌LI，IIE壬II卜FTJ_弓F、；十、蜀L一、L,11，IJL矗圈R_LL1兰L2L3L一油罐壳体2一滤芯总成3一下弹簧座4一上盖50型固6一油标总成7一组合密封垫8一密封圈9一弹簧1OO型圈11一上弹簧座12一组合密封垫13一出油接头L4进油接头15一胶固L6一网板图1A转向油罐总成2严重超差的上弹簧座L1外螺纹长度和杆部长度直接影响弹簧9预压后的长度H的变化，使滤芯开启压力不符合设计要求。研究与开发AUTOMOBI1EPARTS201001074678宝9N3弹簧9在上弹簧座11与下弹簧座3没导径定位，滤芯下盖孔也设有定位导径，当滤芯上升后下落时下盖的内孔有可能斜置在组合密封垫的锥面上，使转向油罐失去了过滤功能。4在转向油罐口设置网板16冲压网材孔径LNLNL、铜丝网布孔径0IMM作为加油过滤装置，误导用户和维修员将废油或或被赃桶污染过的好油通过网板过滤后加入油罐，破坏了转向系统的清洁度，这是造成早期磨损的第一大杀手。5大容量的转向油罐，油罐容积增大，滤芯的过滤面积并没增加，造成转向滤芯使用寿命降低。I2B型转向油罐如图2所示为B型转向油罐。678L01油罐壳体2一滤芯总成3一下弹簧座4一上盖5一油标总成6一密封圈7一弹簧80型圈9一卜弹簧10一组合密封垫LLM油接头L2一进油接头图2B转向油罐总成1转向油罐滤芯2上下孔的大小相等，滤芯的安全开启功能丧失。造成滤芯压力降升高而破裂，堵塞油路，同时也影响了转向的回位性能。2转向油罐出油接头LL的进油口过低，油口向上，进油13形成强力的旋涡，将罐底的大小杂质吸入转向泵，造成转向油泵和转向器零件磨损、油道堵塞，转向发卡。3用水箱盖制成的油标5把油罐内腔与大气隔开，使转向进入的气体不能瞬间排出，造成油液乳化，当油罐内的压力上升到一定的时候油气一起喷射出。4油标下腔与油面不通，即使油罐的油都漏完，油标的291001AUTOMOBI1EPARTSO75研究与开发指示也显示有油。5油罐壳体1不圆度很大，大、小相差2RAM以上，罐口有毛刺，密封圈6不耐油，造成拆卸困难，复原更难。13C型转向油罐如图3所示为C型转向油罐。59678L6L0L7L一油罐壳体2一滤芯总成3一下弹簧座4一上盖5一油标总成6一密封圈7弹簧8一刑9一上弹簧座10组合密封垫11出油接头12进油接头13一胶圈L4一网板L5一开U销16中心螺柃17中心接头冈3C转油罐总成由于偏心的上盖紧固中心螺栓L6组装后与油罐壳体底部的垂直度难以达到要求，容易出现上盖漏油。装配结构的进、出油接头提高了生产成本。2转向油罐的结构原理转向油罐的结构如图4所示。该总成由油罐壳体L、滤芯总成2、下弹簧座3、0形圈10、弹簧9、网板16等零件组成。为了确保过滤效率，滤芯的上端通过上弹簧座内的0形圈10密封，下端通过固定在进油接头上的组合密封圈12密封，油标6与上弹簧座的密封通过固定在油标上的0形圈5解决。含有杂质的油液从转向器回油管流入油罐的进油接头L4经径向的4个孔，大部分液体混合小于20TXM微小颗粒喷至网板的上部；小量液体通过滤纸破裂的JTL、滤芯与油标密封不良的缝隙喷至网板的上部，油液碰到网板流速减慢，混合在液体里面的大颗粒的杂质留在网板上部，小颗粒的杂质经过均布的直径为1INLN的小孔沉入油罐底部，同时少量的气体从油液中分离出来，经过孔D、排出大气，有效的防止油液乳化。当滤芯2阻塞，通过滤芯的压力降大于011MPA时，滤芯克服弹簧9的预压力向上移动，滤芯下盖离开组合密封垫，此时进油接头的压力油通过两组径向的孑L冲刷粘附在滤芯内壁上的杂质，混合了杂质的油液通过滤芯2下盖内孔与进油接头L4形成的四个扇形通道喷向网板，油液中颗粒较大铁屑、沙粒、纸片、棉纱被保存在网板上，其余的杂质通过JJL和网板周围的空隙沉淀在出油接头L3高位进油口形成的7MM深的杂质沉淀空间。出油接头的进油口孔径收缩并从滤芯切线方向吸油，有效地防止出油接头13的进油口形成旋涡吸入油罐体部铁屑、沙子等杂质。54L516L489L011L31一油罐壳体2一滤芯总成3下弹簧座4一上盖5一O型圈6一油标总成7组合密封8一密封圈9一弹簧1O一0型圈11一上弹簧座L2一组合密封垫13一出油接头14一进油接头15胶圈L6一网板图4D转向油罐总成3汽车转向系统对转向油罐的技术要求1从出油接头进入转向油泵必须是清洁的油液。不允许在油罐上部设置进油过滤网板，如图1所示。误导用户将维修放出来的含有机械杂质的液压油或被脏桶污染了的液压油加入油罐。转向油罐的结构要确保通过滤芯过滤后含有微小大于阀三分之一间隙杂质的液体不经沉淀直接吸入转向油泵。滤芯的绝对精度为201XM。过滤效率不能低于85，为了提高过滤效率，滤芯的上盖、下盖密封部位，中置油标的螺纹部位不能泄漏。2由于转向油泵进油产生的真空形成的被压，进油管路和油封会吸入空气，因此转向油罐必须与大气相通。3当油位低于滤芯上盖低时，滤芯喷出的油液要与空气混合，油罐能消除油液乳化。4当滤芯堵塞时，卸压装置能自动开启，排出内腔的杂质，安全开启压力01至018MPA。5额定流量通过新滤芯的压力降不能大于03MPA。4CQZG的汽车转向油罐的优化设计41转向油罐的系列设计411转向油罐结构设计1材料和油罐壳体外径规格的选择由于我国的载货汽车工况恶劣，转向油罐的油温高达140C，而工程塑料长期耐温都低于100C，而且又缺乏散热功能，因此我们采用钢板冲压结构；为了与国际普遍采用的ZF油罐互换，外径尺寸为128。2进、出油管接头选择焊接式管接头成本低，选用焊接式管接头。42油标位置的选择中置油标密封性能好，选用中置油标。421中置油标油标布置在转向油罐的中心称之为中置油标，如图3所示，由于中置油标在上盖中心与油罐壳体中心同轴，上盖的密封性能好。422旁置油标油标布置在转向油罐的中心旁边称之为旁置油标，如图4所示。由于旁置油标造成进油接头上的上盖4的紧固螺栓不在油罐壳体中心，上盖密封性能不好，但给出油接头的布置留下了较大的空间。43出油接头的结构设计431下置出油管接头结构图5ZF7632转向油罐总成研究与开发AUTOMOBILEPANS201001I、L固IIL一_ILJ图6ZF7633、7635转向油罐总成出油管接头布置在滤芯2下盖以下的结构称下置出油接头结构，如图5、6所示，为防止乳化的油液和纤维吸入油口，在上面设置了均布LMM孔径的网板16，为了避免吸油口形成涡流吸人滤芯直喷或油罐底部的油液，吸油13设在滤芯的切线方向，下边缘距罐底的距离有7RAM形成了足够的沉淀杂质空间，由于吸油口位置低，当转向系统瞬时外漏时不容易损坏转向油泵，这种结构适用于出油管垂直走向的转向管路。432上置出油接头结构如图7所示，出油管接头布置在滤芯下盖以上的结构称上置出油接头结构，出油接头右边有档板和网板，形成与滤芯切向的吸油口，防止滤芯喷射带有气体、纤维吸人出油接头。由于吸油口位置高，铁屑、型沙等杂物不容易吸入转向油泵，早期磨损事故不容易发生，这种结构适用于出油管水平布置的转向管路。1一油罐壳体2一滤芯总成3一下弹簧座4一上盖50型圈6一油标总成7一组合密封垫8一密封圄9弹簧100型圈L1一上弹簧座12一组合密封垫L3一出油接头14一进油接头L5一胶圈L6一网板图7E转向油罐总成5CQZG转向油罐通用化设计51通用化设计如图4所示，转向油罐有四种不同规格，除油罐壳体1、滤芯总成2、上弹簧座长度有变化外，其他零件全部通用。52性能参数性能参数如表1所示。表1性能参数表201001AUTOMOBI1EPARTS077研究与开发53CQZG转向油罐适用范围由于CQZG转向油罐能有效防止转向器和转向油泵内部残存或磨损后产生的杂质直接进入转向油泵。同时，又有良好的散热和防油液乳化功能，因此特别适用于粉尘多的矿山工地汽车，防止转向器和转向油泵内部残存或磨损产生的杂质反复对转向系统造成损害，如果匹配在城市公交汽车、高速公路载货汽车上能有效防止转向油泵和转向器的早期磨损。6滤芯过滤有效面积计算1式中A为过滤有效面积，CIN；为滤芯材料通过能力系数，LCM；Q为过滤油的流量，LMIN；“为油的动力粘度，泊；P为过滤前后油压差，KGCM。当温度为3O时，介质为上海炼油厂的N32液力传动油，动力粘度为056泊，过滤纸的通过能力系数为00351MCM，压差为025KGCNL，滤芯的额定通过流量分别为Q14LMIN，Q222LMIN，Q330LMIN，Q40LMMIN，将上述数据代人1得瑚6CM2A。Q鱼1480。ZKAP0035X025A，Q鱼1920。ZKAP0035X025一Q鱼2560MT4ZKAP一0035X025一为了提高滤芯的使用面寿命，滤芯实际过滤面积大于理论面积。日HZLZ，JDH二式中日为滤芯实际过滤面积，CM；N为滤芯折叠数目，取N78；D为滤芯外径，取D78CM；D为滤芯内径，取D48CM；日为滤芯高度，取H49CM99CM，129CM。2把上述数据代入式2得BLNDDHL78X7848X4911466CINBNDDH278X78487918486CMB3NDDH378X7848X9923166CMBNDD4478X7848X12930186CM因B141，B2A2，B3A3，BA4，所以滤芯合乎要求。7滤芯安全开启弹簧的计算图8滤芯示意图弹簧下弹簧座中心螺栓滤芯中心接头当滤芯堵塞面造成回油压力01018MPA过高时，滤芯克服弹簧的压力面浮起，其力平衡方程式为PA。一PAA一F03式中为滤芯底盖、上盖面积，ITLM；A为中心螺栓截面积，IBM；A为中心接头截面积，MM；P为油压。式1可化为PA一A一F0令滤芯上下受力面积差为A，则4A2一AL则为PAF0即FP5A笔者设计弹簧刚度为23NMM，即滤芯开启的最小液压为011MPA，最大液压为017MPA。滤芯上、下受压面积为AA“ITD一D式中A为滤芯上、下面积差，INLI1；D为中心接头直径，MM；D为中心螺栓直径，MM。把D22MM，D12INM代入3得寻22一12267MM则弹簧受力为FP,L44式中F为弹簧受力，N。把P0112MPA0112X10。MPA研究与开发AUTOMOBI1EPARTS1001O78P0172MPA017210。MPAAA26710MM26710MM代入式4得FMJPAA011X10X26710一30NFPAA017X10X267X1046N弹簧变形为A5把F30N，F46N，K230NMM代入式5得1S20MM滤芯完全开启，则弹簧行程为AA一A20137MM弹簧预压缩量为13RAM，即液压大于011MPA时，滤芯才开启，保证了油罐正常工作。7】计算实际直径D16FJCR式中D为簧丝直径，MM；为弹簧最大载荷，N；K为弹簧曲度系数C为弹簧指数；R为许用扭应力，MPA。711弹簧指数假设簧丝直径D2MM，由此取弹簧指数C125。412514125411141256713许用扭应力，因为弹簧受载情况为类，因此取弹簧材料为普通材料的炭素弹簧钢丝，则R04O式中O为弹簧材料强度极限。取日1030MPA，得R04OB041030412MPA把F46N，C125，7_，412MPA代入式6得D1616,46X1114X125412一1995MM把D调整为D2RAM。2O1OIO1AUTOMOBILEPARTSO79研究与开发72计算弹簧有效圈数GDA8FC式中N为弹簧有效圈数；G为弹簧材料剪切弹性模量，把G82500NMM，D2MMC125代入式7得GDA825002208F846125取N5。73弹簧芯圈数15式中N。为弹簧总圈数，则N、N15515657JMPA。A20MMF46N4599174弹簧尺寸741弹簧中径D2CD把C125，D2RAM代入式8得D2CD125225LILM8742弹簧外径DD2D9把D225MM，D2MM代入式9得DD2D25227ILLM743弹簧节距D01D10把D2MM，A20NLM，N5代入式1OJ得Z201X262MM取，7MM744弹簧自由高度NT16D11把N5，T7MM，D2MM代入式11得HORTT15D5715X238MM745自由状态下螺旋升角一ARCIAN去12把T7MM，D225MM代入12得DARCTA“TARCTAN7J509扑J8双管路转向油罐的设计1目。JD吐卫黾结两油罐土钢管或软管暑I1土，L；LLX一I卜L审审9舣管路转向油罐对多轴转向的汽车和对安全性要求很高的特种工程车、军用车，为满足欧盟与中国法规ECE、GB17675的要求，欧盟已普遍采用了双管路转向系统的设计，与这个系统匹配的转向油罐是在图3的基础上，在最低油位以下LOMM处开一个孔，并用钢管或软管联接，如图9所示。参考文献【I】ZF公司ZFTECHNISCHEOBERSIOHTZ【2】吉林T业大学T程机械液压与液力传动上册M北京机械T业出版社，1979【3】机械设计于册编委会机械设计手册MJ匕京机械工业出版社2005作者简介岁茂琼1973一，汉，四川汉源人，小科，工程师，研究方向为卡车转向、制动系统。联系人黄达时，电EMAILCQSQHDS163CONL。收稿日期20091207罗地亚为其MMICONFIDENTDESIGN聚合物机械性能预测技术新增三项初始功能为客户提供具有竞争优势的技术，是罗地亚开发MMICONFIDENTDESIGN”技术的原动力。与罗地亚合作开发聚酰胺短纤维复合材料的厂商，将受益于MMIC