第二十三章汽车转向系

第二十三章汽车转向系统学习目标转向系由哪几部分组成？各起什么作用？为什么微型、轻型货车和轿车广泛采用齿轮齿条式转向器？列出几种安全转向管柱，并画简图说明其结构原理。动力转向器有什么优点？试说明动力转向系的工作原理。学习目标转向系由哪几部分组成？各起什么作用？为什么微型、轻型货车和轿车广泛采用齿轮齿条式转向器？列出几种安全转向管柱，并画简图说明其结构原理。动力转向器有什么优点？试说明动力转向系的工作原理。23.1概述23.1概述23.1概述23.1概述内容提要概述转向器转向操纵机构转向传动机构液压助力转向系统电动助力转向系统汽车转向系统：用来改变汽车行驶方向的专设机构的总称功用：保证汽车能按驾驶员的意愿进行直线或转向行驶类型：按转向能源的不同分为机械转向系和动力转向系两大类。23.1概述转向盘转向轴转向万向节转向器转向摇臂转向直拉杆转向节臂转向节梯形臂横拉杆转向梯形1）机械式转向系以驾驶员的体力作为转向动力，其中所有传力件都是机械机构，它由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。传动轴23.1概述传力途径：转动方向盘—通过万向节输入转向器—经转向器减速增扭—转向摇臂6—纵拉杆7—转向节臂8—左转向节9绕主销偏转—左梯形臂10—横拉杆11—右梯形臂12—右转向节131、转向操纵机构：转向盘、转向轴、万向节、传动轴2、转向器：改变力矩方向，减速增扭3、转向传动机构：转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂、转向节、梯形臂、横拉杆采用万向节优点：（1）便于汽车结构的合理布置，有助于转向盘和转向器等部件的通用化和系列化。（2）可补偿部件安装误差和基体变形造成的不利影响（3）拆装维修方便23.1概述我国交通规则规定车辆靠右侧通行，因而国产汽车转向盘应安置在驾驶室的左侧。这样，驾驶员在驾驶车辆时，左方视野比较广阔，有利于行车安全。23.1概述!注意2）两侧转向轮偏转角之间的理想关系式为了避免在汽车转向时产生路面对汽车行驶的附加阻力和轮胎过快磨损，要求转向系统能保证在汽车转向时所有车轮均作纯滚动。这只有在所有车轮的轴线都相交于一点方能实现。此交点O称为车轮的转向中心。由图可见，内转向轮偏转角应大于外转向轮偏转角。cotcotBL。最小转弯半径minmaxsinLRR23.1概述OLB3）转向梯形设计理论依据cotcotBL。βα23.1概述4）三轴或多轴汽车的转向11L2L1(a)11L2L212(b)23.1概述5）转向系角传动比1wi方向盘转角增量转向器角传动比转向摇臂转角增量2wi转向摇臂转角增量转向传动机构角传动比转向节转角增量12转向系角传动比pii转向轮受到的阻力矩转向系力传动比转向系角传动比驾驶员作用在方向盘的手力对一般汽车而言，大约等于1，转向系角传动比主要取决于转向器的传动比。越大转向越省力，但转向不够灵敏。采用传动比可变的转向器只能在一定程度上改善转向“轻”与“灵”之间的矛盾。因此，采用动力转向系已成为发展趋势。2wiwi1wiwi23.1概述6）对转向系统的要求要求工作可靠，操纵轻便。转向机构还应能减小地面传到转向盘上的冲击，并保持适当的“路感”。当汽车发生碰撞时，转向装置应能减轻或避免对驾驶员的伤害。23.1概述功用：增大转向盘传到转向节的力，并改变力的传递方向，减速增扭。概念：正向传动：作用力从转向盘传到转向摇臂的过程。相应的功率由转向轴输入、转向摇臂输出，这种情况下得到的传动效率为正效率。逆向传动：转向摇臂将地面的冲击力传到转向盘的过程。这种情况下得到的传动效率为逆效率。逆效率很高的转向系成为可逆式转向器。易发生“打手”情况。逆效率很低的转向系成为不可逆式转向器。驾驶员易丧失“路感”。逆效率略高于不可逆式的转向系称为极限可逆式转向系。当地面冲击力很大时，冲击力才能传到转向盘上。驾驶员有一定的“路感”，方向盘也能自动回正。23.2转向器转向盘自由行程：转动转向盘消除传动副之间的间隙后，车轮才偏转，此时转向盘转过的角度为转向盘自由行程。一般来说，转向盘从相应于汽车直线行驶的中间位置向任意一方的自由行程最好不超过10°~15°。23.2转向器传动副：齿轮4、齿条9齿轮4垂直安装在壳体中，齿条水平布置。弹簧7通过压块8将齿条压靠在齿轮上，保证无间隙啮合。转向拉杆10一端铰接在转向节臂上，另一端支承在齿条上工作情况：转动方向盘—带动齿轮转动—齿条轴向移动—带动拉杆移动—车轮偏转1）齿轮齿条式转向器1-转向盘2-转向轴3-安全联轴器4-转向齿轮5-套管6-调整螺栓7-弹簧8-压块9-齿条10-转向拉杆11-转向器壳体23.2转向器传动副：齿轮4、齿条9齿轮4垂直安装在壳体中，齿条水平布置。弹簧7通过压块8将齿条压靠在齿轮上，保证无间隙啮合。转向拉杆10一端铰接在转向节臂上，另一端支承在齿条上工作情况：转动方向盘—带动齿轮转动—齿条轴向移动—带动拉杆移动—车轮偏转1）齿轮齿条式转向器1-转向盘2-转向轴3-安全联轴器4-转向齿轮5-套管6-调整螺栓7-弹簧8-压块9-齿条10-转向拉杆11-转向器壳体23.2转向器齿轮齿条式转向器特点：结构简单、紧凑。不需要转向摇臂和转向横拉杆等。质量轻、刚性大、转向灵敏、制造容易、成本低、正逆效率高及便于布置，而且特别适用于与麦弗逊式悬架配用。目前，在轿车和微型轻型货车上得到广泛应用。应用：奥迪上海桑塔纳天津夏利南京依维柯轻型货车23.2转向器2）循环球式转向器-齿条齿扇式转向螺母两级传动副：一级螺杆螺母传动；二级齿条(转向螺母）齿扇传动转向螺母既是一级传动的从动件又是二级传动的主动件。为了减少螺杆和螺母之间的摩擦，两者之间的螺纹以沿螺旋槽滚动的许多钢球代之，使滑动摩擦变为滚动摩擦。工作情况转动转向螺杆—传力给钢球—螺母沿轴线移动（钢球在螺母与螺杆间通道滚动，绕行两周后，流出螺母进入导管，再回流到螺母通道内，形成球流）—通过螺母外表面齿条——齿扇——摇臂轴转动23.2转向器特点：正逆效率都高，广泛应用于各类汽车。23.2转向器循环球式转向器3）蜗杆曲柄指销式转向器23.2转向器转向操纵机构的组成和布置汽车转向操纵机构主要由转向盘、转向轴以及转向管柱等机件组成。配合总布置的要求，转向盘与转向器的轴线相交成一定的角度，在结构中采用了万向节和传动轴。23.3转向操纵机构1）转向盘由轮缘，轮辐和轮毂组成。轮辐一般为三根辐条或四根辐条，也有用两根辐条的。转向盘轮毂孔具有细牙内花键，借此与转向轴连接。转向盘内部是由成形的金属骨架构成。骨架外面一般包有柔软的合成橡胶或树脂，也有包皮革的，这样可有良好的手感，而且还可防止手心出汗时握转向盘打滑。当汽车发生碰撞时，从安全性考虑，不仅要求转向盘应具有柔软的外表皮，可起缓冲作用，而且还要求转向盘在撞车时，其骨架能产生变形，以吸收冲击能量，减轻驾驶员受伤的程度。转向盘上都装有喇叭按钮，有些轿车的转向盘上还装有车速控制开关和撞车时保护驾驶员的气囊装置。23.3转向操纵机构转向轴是连接转向盘和转向器的传动件，并传递它们之间的转矩。转向柱管安装在车身上，支承着转向盘。转向轴从转向柱管中穿过，支承在柱管内的轴承和衬套上。转向轴多用无缝钢管制成，它的上部用轴承或衬套支承在转向管柱内，下端与转向万向节相连。转向管柱的下端压装在下固定支架的孔内。下固定支架用两个螺栓固定在驾驶室底板上。转向管柱上端通过上支架固定在驾驶室前围仪表板上。23.3转向操纵机构2）转向轴和转向柱管由于在发生车祸时，对驾驶员造成主要威胁的是转向盘及转向柱管等，所以人们在设计转向操纵机构时，增加了安全措施。如采用安全转向柱、安全联轴节及能量吸收装置等。转向轴和转向柱管的吸能装置有多种形式。其基本结构原理是1）使转向轴产生轴向位移2）使支架或某些支承件产生塑性变形，从而吸收冲击能量。3）转向轴和转向柱管的吸能装置23.3转向操纵机构工作原理当发生猛烈撞车时，将引起车身、车架产生严重变形，导致转向轴、转向盘等部件后移。与此同时，在惯性作用下驾驶员人体向前冲，致使转向轴上的上、下凸缘盘的销子与销孔脱开，从而缓和了冲击，吸收了冲击能量，有效地减轻了驾驶员受伤的程度。23.3转向操纵机构使转向轴产生轴向位移吸能结构转向轴分为上、下两段，中间用柔性联轴器连接。联轴器的上、下凸缘盘靠两个销子与销孔扣合在一起。销子通过衬套与销孔配合。23.3转向操纵机构使转向管柱发生塑性变形吸能从转向器到转向轮之间的所有传动杆件（一）与非独立悬架配用的转向传动机构组成：转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂和转向梯形23.4转向传动机构转向垂臂直拉杆转向节梯形臂转向节臂横拉杆直拉杆空间运动,易产生运动干涉问题.球头销调整横拉杆的长度,改变前束值.双转向桥的转向传动机构双转向桥的转向传动机构（二）与独立悬架配用的转向传动机构23.4转向传动机构用于独立悬架的转向传动机构直接驱动横拉杆（一）动力转向系统动力转向系统是一套兼用驾驶员体力和发动机动力为转向能源的转向系统。23.5动力转向系采用传动比可变的转向器只能在一定程度上改善转向“轻”与“灵”之间的矛盾，采用动力转向系已成为发展趋势。分类：液压助力、气压助力和电动助力（二）液压助力动力转向系统工作原理常压式液压助力动力转向系统常流式液压助力动力转向系统23.5动力转向系两种转向加力装置比较1）常压式优点储能器积蓄压力能，可以用小流量的油泵，而且可以在油泵不运转的情况下保持一定的转向加力能力，这一点对重型汽车很重要。2）常流式优点结构比较简单、油泵寿命长，泄漏少，消耗功率也较小。目前常压式应用很少，常流式广泛应用于各型汽车。3）常流式转向加力装置的结构布置方案按机械转向器、转向控制阀和转向动力缸三者的组合及相对位置，可有如下三种布置方案23.5.1液压助力动力转向系液压式动力转向器的基本结构型式转向油缸转向油泵机械转向器转向控制阀转向动力缸整体式转向动力缸直接驱动横拉杆转向油泵机械转向器转向控制阀转向动力缸整体式机械转向器转向油泵转向动力缸转向控制阀转向节臂横拉杆转向加力器机械转向器转向控制阀转向油泵转向动力缸目前，国产轿车上几乎毫无例外地采用了转阀式的整体动力转向器。如：桑塔纳、一汽生产的红旗CA7220型、一汽大众生产的奥迪、捷达以及神龙汽车有限公司生产的富康等轿车，皆为这种结构形式。23.5.1液压助力动力转向系采用的带整体式动力转向器，机械转向器、转向动力缸和控制阀设计成一体，组成整体式动力转向器。其控制阀为滑阀或转阀。转向动力缸活塞与机械转向器制成一体。活塞将转向动力缸分成左右两腔。转向控制阀组装在机械转向器的下端，转向轴转动控制转向控制阀的工作状态。23.5.1液压助力动力转向系转向控制阀转向动力缸滑阀动力缸活塞油泵转向控制阀的工作原理动力转向器工作情况(直行状态)转向动力缸滑阀进油口出油口动力转向器工作情况(右转状态)动力转向器工作情况(左转状态)转向控制阀滑阀转向动力缸转阀的结构1）阀体绕其圆心转动来控制油液流量的转向控制阀，称为转阀式转向控制阀。2）转阀具有四个互相连通的进油道，出油通道分别与动力缸的左、右腔连通。3）当阀体顺时针转过一个很小的角度时，从液压泵来的压力油经通道流入四个通道，继而进入动力缸的一个腔内。另外四个通道的进油被隔断，压力油不能进入，因而动力缸另一腔的低压油，在活塞推动下经回油遭流回储油罐。AAAABCBCBCCB23.5.1液压助力动力转向系转阀的工作原理汽车直线行驶时，阀芯与阀套的位置关系如图中所示。自油泵来的液压油经阀芯与阀套间的间隙，流向动力缸两端，动力缸两端油压相等。驾驶员转动方向盘时，阀芯与阀套相对位置发生改变，使得大部分或全部来自泵的液压油流入动力缸某一端，而另一端与回油管路接通，动力缸促进汽车左传或右转。23.5.1液压助力动力转向系分类：转向柱助力CEPS、小齿轮助力PEPS、齿条助力REPS23.5.2电动助力动力转向系（EPS）优点1.各种工况提