机械转向系

单元十一机械转向系课题11.1机械转向系基本组成和工作原理学习目标鉴定标准教学建议1．掌握转向系的功用。2．掌握机械转向系的基本组成。3．掌握机械转向系的工作原理。4．了解转向系角传动比以及对汽车转向的影响。5．了解转向时车轮的运动规律。应知：转向系的功用、基本组成和工作原理。应会：机械转向系各机件的名称及在汽车上的安装位置。建议：以理实一体化教学为主，以实物和多媒体教学为辅。想一想：汽车中的发动机、传动系、行驶系能保证汽车的行驶。但汽车在行驶过程中经常需要改变行驶方向，或者在行驶中转向轮自动改变了原来的行驶方向，需要恢复汽车原来的行驶方向。那么，汽车在行驶过程中，驾驶员是依靠什么来改变和保持汽车的行驶方向的？一、转向系的功用、类型、组成和工作过程1.功用汽车转向系的功用是改变和保持汽车的行驶方向。当汽车需要改变行驶方向时，必须使转向轮绕主销轴线偏转一定角度，直到新的行驶方向符合驾驶员的要求时，再将转向轮恢复到直线行驶的位置。这种由驾驶员操纵，转向轮偏转和回位的一套机构，称为汽车的转向系。2.类型、组成及系统的工作过程汽车转向系按转向动力源的不同分为机械转向系和动力转向系两大类。机械转向系以驾驶员的体力作转向动力源。机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成，其机件名称和一般布置情况如图11-1所示。图11-1机械转向系示意图1-转向盘；2-转向轴；3-转向万向节；4-转向传动轴；5-转向器；6-转向摇臂；7-转向直拉杆；8-转向节臂；9-左转向节；10、12-梯形臂；11-转向横拉杆；13-右转向节机械转向系统是如何工作的？让我们借助实物（或模型、多媒体）来看一看。如图11-1所示，汽车转向时，驾驶员转动转向盘1，通过转向轴2、转向节3和转向传动轴4，将转向力矩输入转向器5。从转向盘1到转向传动轴4这一系列部件即属于转向操纵机构。转向器5中有1～2级啮合传动副，具有减速增力作用。经转向器5减速后的运动和增大后的力矩传到转向摇臂6，再通过转向直拉杆7传给固定于左转向节9上的转向节臂8，使左转向节9及装于其上的左转向轮绕主销偏转。左、右梯形臂10和12的一端分别固定在左、右转向节9和13上，另一端则与转向横拉杆11作球铰链连接。当左转向节偏转时经梯形臂10、横拉杆11和梯形臂12的传递，右转向节13及装于其上的右转向轮随之绕主销同向偏转相应的角度。转向摇臂6、转向直拉杆7、转向节臂8、梯形臂10、12和转向横拉杆11总称为转向传动机构。梯形臂10、12以及转向横拉杆11和前轴构成转向梯形，其作用是在汽车转向时，使内、外转向轮按一定的规律进行偏转。提示：为了掌握机械转向系的基本组成和工作过程，此处可观看模型、实际操纵转向系使学生增加感性认识。想一想：汽车转向过程中，内外侧转向车轮的偏转角是否相同？关系如何？如何保证这一关系？转向盘操纵的轻便性及转向操纵灵敏性如何兼顾？让我们了解一点转向理论。二、转向系的角传动比、转向时车轮的运动规律1．转向系角传动比转向盘的转角与安装在转向盘同侧的转向轮偏转角的比值，称为转向系角传动比，用ⅰw表示。而转向盘转角和转向摇臂摆角之比i1称为转向器角传动比。转向摇臂摆角与同侧转向节带动的转向轮偏转角之比i2称为转向传动机构角传动比。显然ⅰw=i1i2。ⅰw越大，转向操纵越轻便，但操纵灵敏性越差，所以ⅰw不能过大。2.转向时车轮运动规律汽车转向时，内侧车轮和外侧车轮滚过的距离是不等的。对于一般汽车而言，后桥左右两侧的驱动轮由于差速器的作用，能够以不同的转速滚过不同的距离。但前桥左右两侧的转向轮要滚过不同的距离，必然要引起车轮沿路面边滚动边滑动，致使转向时的行驶阻力增大，轮胎磨损增加。为避免这种现象，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，这只有在转向时，所有车轮的轴线都交于一点方能实现。此交点o称为汽车的转向中心，如图11-2所示。由图可见，汽车转向时内侧转向轮偏转角β大于外侧转向轮偏转角α。α与β的关系是：LBcotcot式中：B——两侧主销中心距（略小于转向轮轮距）；L——汽车轴距。图11-2双轴汽车转向示意图提示：这一关系是由转向梯形保证的，故上式也称为转向梯形理论特性关系式。所有汽车转向梯形的设计实际上都只能保证在一定的车轮偏转角范围内，使两侧车轮偏转角大体上接近以上关系式。从转向中心Ο到外侧转向轮与地面接触点的距离R称为汽车转弯半径。转弯半径R愈小，则汽车转向所需要场地就愈小，汽车的机动性也愈好。从图11-2可以看出，当外侧转向轮偏转角达到最大值αmax时，转弯半径R最小。汽车内侧转向轮的最大偏转角一般在35°～42°之间。汽车的最小转弯半径一般约为5～12m。讨论或提问：转向系角传动比、转向轻便性、操纵灵敏性和转向半径、汽车机动性之间的关系。提示：三轴或四轴汽车转向时，与二轴汽车类似。有兴趣的同学课后可自己推导。小结：汽车转向系的功用是改变和保持汽车的行驶方向，汽车转向系按转向动力源的不同分为机械转向系和动力转向系两大类，机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成，测试题：1．对照模型或实物，说出机械转向系的组成、机件名称。２．对照模型或实物，说出机械转向系的动力传递路线。课题：11.2机械转向器学习目标鉴定标准教学建议1．熟悉机械转向器的功用。2．掌握常见机械转向器的类型、构造和工作原理。3．能够正确检修、调整机械转向器。应知：机械转向器的功用、组成、结构和工作原理。应会：齿轮齿条式、循环球式、蜗杆曲柄指销式转向器的拆装、检修和调整。建议：由教师讲解和示范演示后，学生分组进行各类型转向器的拆装、检修和调整理实一体化学习想一想：根据我们的感性认识，汽车转向时，驾驶员操纵转向盘的力并不大，但汽车却能够轻松转向，用什么方式，是哪个部件将转向力增大了？其次，又是哪个部件将转向盘转动转换为转向摇臂的前后摆动？回顾我们以前学过的机械基础知识，依靠什么样的机械传动能实现减速增力和改变力的方向呢？一．转向器的功用、类型和传动效率1.功用转向器是转向系中的减速增力传动装置，其功用是增大由转向盘传到转向节的力，并改变力的传动方向。2.类型转向器的种类较多，一般按转向器中的传动副的结构形式分类。目前应用较广泛的有循环球式、齿轮齿条式和蜗杆曲柄指销式等几种。3.两个重要概念——转向器的传动效率与转向盘的自由行程转向器传动效率：转向器输出功率与输入功率之比。当功率由转向盘输入，从转向摇臂输出时，所求得的传动效率称为正传动效率，反之转向摇臂受到道路冲击而传到转向盘的传动效率则称为逆效率。提示或讨论：正、逆传动效率都很高的转向器（可逆式转向器），有利于汽车转向后转向轮的自动回正，转向盘“路感”很强，也容易在坏路行驶时出现“打手”，所以主要应用于经常在良好路面行驶的车辆。正传动效率远大于逆传动效率的转向器（极限可逆式），能实现汽车转向后转向轮的自动回正，路面冲击力只有很大时，方能部分地传到转向盘，“路感”较差，主要应用于中型以上的越野汽车、工矿用自卸汽车等。转向盘自由行程：转向盘为消除转向系各传动件之间的装配间隙、克服弹性变形所空转过的角度称为转向盘自由行程。提示：由于转向系各传动件之间都存在着装配间隙，而且这些间隙将随零件的磨损而增大，因此在一定的范围内转动转向盘时，转向节并不随即同步转动，而是在消除这些间隙并克服机件的弹性形变后，才作相应的转动，即转向盘有一空转过程。转向盘自由行程对于缓和路面冲击及避免驾驶员过于紧张是有利的，但过大的自由行程会影响转向灵敏性。所以汽车维护中应定期检查转向盘自由行程。标准值：（GB7258-1997）机动车转向盘的最大自由转动量从中间位置向左或向右均应≤10º（最大设计车速≥100km/h的机动车）或15º（最大设计时速＜100km/h的机动车）。若超过此规定值，则必须进行调整。通常是通过调整转向器传动副的啮合间隙来调整转向盘自由行程。4．转向盘自由行程的检查汽车每行驶12000km左右，应检查转向盘的自由行程，检查方法是：（1）使汽车停放在平坦、坚实的路面上，使前轮处于直线行驶位置。（2）将如图11-3所示的转向参数测量仪安装于转向盘上，将测量仪接好电源。（3）按下“角测”按钮，向一个方向缓慢转动转向盘直至车轮刚刚开始摆动，停止转动转向盘，仪器显示出转向盘的自由转动角度。将转向盘回正后，可测出另一个方向的自由转动角度。也可将转向盘打到一个车轮即将开始摆动到另一个车轮即将开始摆动的位置，既可测出转向盘自由行程。图11-3转向盘自由行程检测用转向参数测量仪1-固定杆；2-固定螺丝；3-显示器；4-打印机；5-操纵盘；6-连接叉；7-主轴箱；8-电压表；9-电源开关5．齿轮齿条式转向系转向盘自由行程的检查使汽车前轮处于直线行驶状态，用指尖向左、向右侧轻轻推动转向盘，在转向盘外园周上测量手感变重时（即轮胎开始转动）的自由行程。如该值在规定值之内，说明状况正常。桑塔纳轿车转向盘自由行程在转向盘边缘处测量，其值为15～20mm。原则上运动副为无间隙配合，应无自由行程。当自由行程过大时，说明齿条与转向齿轮啮合间隙偏大，或各连接处松旷，或齿轮磨损。调整补偿弹簧的压力，可使齿条微量变形，实现无间隙或小间隙啮合。测试题：1．转向器的功用是什么？常见转向器的类型有哪些？2．什么是转向盘的自由行程？使用过程中，对转向盘自由行程有何要求？3．转向盘自由行程如何检查？二、转向器的构造、工作原理和检修转向器的功用和类型了解以后，下面具体学习各类型转向器的构造、工作原理和检修内容。1．齿轮齿条式转向器1）构造和工作原理图11-4齿轮齿条式转向器1-调整螺塞；2-罩盖；3-压簧；4-压簧垫块；5-转向齿条；6-齿轮轴；7-球轴承；8-转向器壳体；9-转向齿轮；10-滚柱轴承；11-转向横拉杆；12-拉杆支架；13-转向节图11-4a所示为齿轮齿条式转向器，它主要由转向器壳体8、转向齿轮9、转向齿条5等组成。转向器通过转向器壳体8的两端用螺栓固定在车身（车架）上。齿轮轴6通过球轴承7、滚柱轴承10垂直安装在壳体中，其上端通过花键与转向轴上的万向节（图中未画出）相连，其下部分是与轴制成一体的转向齿轮9。转向齿轮9是转向器的主动件。它与相啮合的从动件转向齿条5水平布置，齿条背面装有压簧垫块4。在压簧3的作用下，压簧垫块4将齿条5压靠在齿轮9上，保证二者无间隙啮合。调整螺塞1可用来调整压簧的预紧力。压簧3不仅起消除啮合间隙的作用，而且还是一个弹性支承，可以吸收部分振动能量，缓和冲击。转向齿条5的中部（有的是齿条两端，如图11-4b所示）通过拉杆支架12与左、右转向横拉杆11连接。转动转向盘时，转向齿轮9转动，与之相啮合的转向齿条5沿轴向移动，从而使左、右转向横拉杆带动转向节13转动，使转向轮偏转，实现汽车转向。提示：齿轮齿条式机械转向器因其结构简单，可靠性好；转向机构又几乎完全封闭，维修工作量少，也便于独立悬架的布置；转向齿轮啮合，无须中间传动，因此，操纵的灵敏性很好。同时转向齿条的节距由齿条端头起至齿条中心逐渐由大变小，转向齿轮与转向齿条的啮合深度逐渐变大，在转向盘转动量相同的条件下，齿条的移动距离在靠近齿条端头要比靠近齿条中心部位稍短些，从而使转向力变化微小，使转向器转矩传递性能好，而且转向非常轻便，将转向器的这种传动比称为“可变传动比”。因此，轿车已经广泛采用可变传动比的齿轮齿条式转向器。提示：为了掌握齿轮齿条式转向器的基本结构，此处可观看课件、录像或分解的实物测试题：对照齿轮齿条式转向器实物，说出主要元件的名称、动力传递路线和调整部位。2）检修（1）拆卸如图11-5所示，拆卸分解中，应先在转向齿条端头与横拉杆连接处打上安装标记；然后，拆卸转向齿条端头，但不能碰伤转向齿条的外表面；拆下转向齿条导块组件后，拉住转向齿条，使齿对准转向齿轮，再拆卸转向齿轮；最后抽出转向齿条。抽出时，注意不能让转向齿条转动，防止碰伤齿面。（2）主要零件的检修①零件出现裂纹应更换，横拉杆、齿条在总成修理时应进行隐伤检验。②转向齿条的直线度误差不得大于0.30mm。③齿面上无