第二十章汽车转向系统

第二十章汽车转向系统本章内容：转向系的功用及类型，转向器及转向操纵机构结构型式特点及工作原理，转向传动机构，动力转向系统的组成及工作原理。本章重点：转向中心的计算，转向器的功用、组成，转向器的结构型式系统的、特点与工作原理、可逆特性及传动副啮合间隙的调整原理。本章难点：多轴汽车转向梯形，循环球式转向器的工作原理。第一节概述一、功用汽车在行驶过程中，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角度。在汽车直线行驶时，往往转向轮也会受到路面侧向干扰力的作用、自动偏转而改变行驶方向。此时，驾驶员也可以利用这套机构使转向轮向相反的方向偏转，从而使汽车恢复原来的行驶方向。这一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，即称为汽车转向系。因此。汽车转向系的功用是保证汽车能按驾驶员的意志而进行转向行驶。二、类型按汽车转向系统能源的不同分为：机械转向系统：以驾驶员的体力为转向能源，其中所有的传力件都是机械零件。动力转向系统：兼用驾驶员体力和发动机动力为转向能源，其转向系统中需增加动力转向装置。三、组成及基本工作原理 1.机械转向系（1）组成转向操纵机构：方向盘；转向管柱；转向万向节转向器转向传动机构（2）原理当汽车转向时，驾驶员对转向盘施加一个转向力矩。该力矩通过转向轴、转向万向节和转向传动轴输入转向器。经转向器放大后的力矩和减速后的运动传到转向摇臂，再经过转向直拉杆传给固定于左转向节上的转向节臂，使左转向节和它所支承的左转向轮偏转。为使右转向节及其支承的右转向轮随之偏转相应角度，还设置转向梯形。转向梯形由固定在左、右转向节上的梯形臂和两端与梯形臂作球铰链连接的转向横拉杆组成。（3）万向节和传动轴的应用连接转向盘和转向器 2.动力转向系（1）组成前三项与机械式相同转向动力装置（2）原理如图为一种液压动力转向系的组成和液压转向加力装置的管路布置示意图。其中属于转向加力装置的部件是：转向油罐、转向液压泵、转向控制阀和转向动力缸。当驾驶员逆时针转动转向盘 (左转向)时，转向摇臂带动转向直拉杆前移。直拉杆的拉力作用于转向节臂，并依次传到梯形臂和转向横拉杆，使之右移。与此同时，转向直拉杆还带动转向控制阀中的滑阀，使转向动力缸的右腔接通液面压力为零的转向油罐。转向液压泵的高压油进入转向动力缸的左腔，于是转向动力缸的活塞上受到向右的液压作用力便经推杆施加在转向横拉杆上，也使之右移。这样，驾驶员施于转向盘上很小的转向力矩，便可克服地面作用于转向轮上的转向阻力矩。三、转向轮偏转角关系 1. 概念理想转向中心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，要求转向系能保证在汽车转向时，所有车轮均作纯滚动。显然，这只有住所有车轮的轴线都相交于一点时方能实现。此交点称为理想转向中心。转向半径 R sin L Ra=最小转向半径：当外转向轮偏转角a达到最大值 maxa时，转向半径最小 min R ： min max sin L Ra= 2. 偏转角关系轮距B，轴距 L 两轴汽车前桥转向 B ctgctg Lab=+四、转向系角传动比 1. 转向器角传动比 1 iw转向盘的转角增量与转向摇臂转角的相应增量之比 1 iw称为转向器角传动比。货车：16~32 轿车：12~20 2. 转向传动机构角传动比 2 iw转向摇臂转角增量与转向盘所在一侧的转向节的转角相应增量之比 2 iw，称为转向传动机构角传动比。一般为 1。 3. 转向系角传动比iw转向盘转角增量与同侧转向节相应转角增量之比则为转向系角传动比，以iw表示。 12 iii=´转向系角传动比iw越大，则为了克服一定的地面转向阻力矩所需的转向盘上的转向力矩便越小。从而在转向盘直径一定时，驾驶员应加于转向盘的手力也越小。但iw过大，将导致转向操纵不够灵敏，即为了得到一定的转向节偏转角，所需的转向盘转角过大。所以，选取iw时应适当兼顾转向省力和转向灵敏的要求。 4. 中级以上轿车、中型以上货车用动力转向。第二节转向器及操纵机构一、转向器分类和概念 1. 效率传动效率：转向器的输出功率与输入功率之比正效率：在功率由转向轴输入，由转向摇臂输出的情况下求得的传动效率，称为正效率；逆效率：而传动方向与上述相反时求得的效率，则称为逆效率。 2. 分类（1）按结构分循环球—齿条齿扇式循环球—曲柄指销式蜗杆—曲柄指销式齿轮齿条式（2）按逆效率高低分可逆式：逆效率很高的转向器很容易将经转向传动机构传来的路面反力传到转向轴和转向盘上，故称为可逆式转向器。可逆式转向器有利于汽车转向结束后转向轮和转向盘自动回正，但也能将坏路对车轮的冲击力传到转向盘，发生“打手”情况。不可逆式：逆效率很低的转向器，称为不可逆式转向器。不平道路对转向轮的冲击载荷输入到这种转向器，即由其中各传动零件(主要是传动副)承受，而不会传到转向盘上。路面作用于转向轮上的回正力矩同样也不能传到转向盘。这就使得转向轮自动回正成为不可能。此外，道路的转向阻力矩也不能反馈到转向盘，使得驾驶员不能得到路面反馈信息(所谓丧失“路感”)，无法据以调节转向力矩。极限可逆式：逆效率略高于不可逆式的转向器，称为极限可逆式转向器，其反向传力性能介于可逆式和不可逆式之间，而接近于不可逆式。采用这种转向器时，驾驶员能有一定的路感，转向轮自动回正也可实现，而且只有在路面冲击力很大时，才能部分地传到转向盘。 3. 转向盘的自由行程单从转向操纵灵敏而言，最好是转向盘和转向节的运动能同步开始并同步终止。然而，这在实际上是不可能的。因为在整个转向系中，各传动件之间都必然存在着装配间隙，而且这些间隙将随着零件的磨损而增大。在转向盘转动过程的开始阶段，驾驶员对转向盘所施加的力矩很小，因为只是用来克服转向系内部的摩擦，使各传动件运动到其间的间隙完全消除，故可以认为这一阶段是转向盘空转阶段。此后，才需要对转向盘施加更大的转向力矩以克服经车轮传到转向节上的转向阻力矩，从而实现使各转向轮偏转的目的。转向盘在空转阶段中的角行程，称为转向盘自由行程。转向盘自由行程对于缓和路面冲击及避免使驾驶员过度紧张是有利的，但不宜过大，以免过分影响灵敏性。一般说来，转向盘从相应于汽车直线行驶的中间位置向任一方向的自由行程最好不超过 0 10 ～ 0 15 。当零件磨损严重到使转向盘自由行程超过 0 25 ～ 0 30 时，必须进行调整。二、转向器及操纵机构 1.循环球式（1）组成螺杆螺母副，循环球齿条齿扇副（2）原理螺杆旋转，带动螺母轴向移动，下部的齿条带动齿扇转动，摇臂轴转动。为了减少转向螺杆与转向螺母之间的摩擦，两者之间的螺纹以沿螺旋槽滚动的许多钢球代之，以实现滑动摩擦变为滚动摩擦。转向螺杆转动时。通道钢球将力传给转向螺母。螺母即沿轴向移动。同时，在螺杆与螺母两者和钢球间的摩擦力偶作用下，所有钢球便在螺旋管状通道内滚动，形成“球流”。钢球在管状通道内绕行1.5 周后，流出螺母而进入导管的—端，再由导管另—端流回螺旋管状通道。（3）结构特点钢球导管：钢球环流两个斜面：齿条安装斜面, 齿扇斜面啮合间隙调整：螺钉 17 正效率：90~95%，轻型车多用 2.齿轮齿条式（Audi100）（1）组成主动件：转向齿轮3 从动件：转向齿条2 转向拉杆托架 23、24 转向减振器 15 （2）原理当转动转向盘时，转向齿轮转动，使与之啮合的转向齿条沿轴向移动，从而使左、右横拉杆带动左右转向节转动，使转向轮偏转，以实现汽车转向。（3）特点柔性万向节连接弹簧3、压块 6 保证无间隙啮合轿车及微型车多用 3.蜗杆曲柄指销式（1）组成主动件: 转向蜗杆3 从动件: 曲柄和指销2 （2）特点转角范围大啮合间隙调整：螺钉 17（EQ1090）（3）原理转向蜗扦转动时，与之啮合的指销即绕摇臂轴线沿圆弧运动，并带动摇臂轴转动。第三节转向传动机构一、功用转向传动机构的功用是将转向器输出的力和运动传到转向桥两侧的转向节，使两侧转向轮偏转．并使两转向轮偏转角按一定关系变化，以保证汽车转向时车轮与地面的相对滑动尽可能小。二、与非独立悬架配用的转向传动机构 1. 组成 1)转向器 2)转向摇臂 3）转向直拉杆 4)转向节臂 5)梯形臂 6）转向横拉杆 2. 原理转向器的旋转运动—转向摇臂前后摆动—驱动转向直拉杆—驱动转向节臂—驱动梯形臂—驱动转向横拉杆—带动右侧梯形臂和转向轮。 3. 转向梯形的布置梯形臂和转向横拉杆构成转向梯形后置式前置式摇臂左右摆动式 4. 主要部件转向摇臂：大端，三角细花键；小端，球头销转向直拉杆：两端球头销（连摇臂、转向节臂）在转向轮偏转而且因悬架弹性变形而相对于车架跳动时，转向直拉杆与转向摇臂及转向节臂的相对运动都是空间运动。因此，为了不发生运动干涉，三者之间的连接件都是球形铰链。直拉杆体是一段两端扩大的钢管。其前端(图中为左端)带有球头销。球头销的尾端可用螺母固定于转向节臂的端部。两个球头座在压缩弹簧的作用下，将球头销的球头夹持住。为保证球头与座的润滑，可从油嘴注入润滑脂，使其充满直拉杆体端部管腔。拆装时，供球头出入的孔口用耐油橡胶防尘垫封盖。转向横拉杆：两端球头销，横拉杆体可调前束两接头借螺纹与横拉杆体联接。接头螺纹部分有切口，故具有弹性。接头旋装到横拉杆体上后，用夹紧螺栓夹紧。横拉杆体两端的螺纹，一为右旋，一为左旋。因此，在旋松夹紧螺栓以后，转动横拉杆体，即可改变转向横拉杆的总长度，从而可调整转向轮前束。三、与独立悬架配用的转向传动机构 1. 特点分段式转向梯形：两段式、三段式横向摆动的转向摇臂带动 2. 红旗 CA7560 轿车转向机构摇杆前端固定于横梁中部，后端球头销；左右横拉杆以球头销与梯形臂铰接。转向直拉杆仅在外端有球头座，故有必要在两球头座背面各设一个压缩弹簧分别吸收由横拉杆 4 和 5 传来的两个方向上的路面冲击，并自动消除球头与座之间的间隙。第四节动力转向器一、转向加力装置概述 1. 定义利用发动机产生的压力能，在驾驶员的控制下，对转向传动装置或转向器施加作用力，以帮助操纵转向的机构的总称。 2. 类型按传能介质分气压式液压式：常压式、常流式（整体、半整体、转向助力）电动助力转向式二、常压式液压转向加力装置 1. 组成转向控制阀、动力缸、油泵、储能器等 2. 原理不转向：转向阀关闭，油泵 → 储能器保压，动力缸活塞两端封闭。转向：转向盘 → 转向器→转向阀开启，压力油进缸，推动活塞。转向盘停止，转向阀关闭。 3. 特点有储能器，油泵流量小。油泵不转时可应急。车辆直线行驶时车辆转向行驶时三、常流式液压转向加力装置 1. 组成转向控制阀、安全阀、流量控制阀等 2. 原理不转向：转向油泵空转，动力缸活塞两端低压。转向：控制阀动作，高压油流入动力缸，助力作用产生。转向盘停，控制阀回到不工作位置。—— 随动作用。 3. 特点结构简单，能耗低。大多数汽车采用。四、几种常流式液压转向加力装置