1第二十三章汽车转向系统

第二十三章汽车转向系统第一节概述定义：一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构。功用：保证汽车能按驾驶员的意志而进行转向行驶。类型：机械转向系、动力转向系一、汽车转向系的类型和组成1、机械转向系以驾驶员的体力作为转向能源，所有传递力的构件都是机械的。转向能源：驾驶员的体力；组成：转向操纵机构、转向器、转向传动机构、转向减振器等。转向操纵机构：方向盘、转向轴、万向传动装置等；转向传动机构：转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂、转向梯形臂、转向横拉杆。当前轮为非独立悬架时由于转向盘距离转向器较远，二者之间用万向节和传动轴构成的万向传动装置相连。当前轮为独立悬架时一、汽车转向系的类型和组成2．动力转向系统动力转向系统是兼用驾驶员体力和发动机（或电动机）的动力作为转向能源的转向系统。动力转向系统是在机械转向系统的基础上加设一套转向加力装置而形成的。一、汽车转向系的类型和组成转向能源：驾驶员的体力（小部分）、发动机的动力（大部分）气压或液压；组成：转向操纵机构、转向器、转向传动机构；转向油罐、转向油泵、转向控制阀、转向动力缸等。对动力转向系的要求：在动力转向装置失效时，一般还应当能由驾驶员独立承担汽车转向任务。对于总质量在50吨以上的重型汽车，一旦转向装置失效，驾驶员的力量不足以实现转向，所以该车的动力转向装置应特别可靠。二、两侧转向轮偏转角之间的理想关系为了避免在汽车转向时产生的路面对汽车行驶的附加阻力和轮胎过快磨损，要求所有车轮均作纯滚动。为保证所有车轮均作纯滚动，只有在所有车轮的轴线都相交于一点时方能实现。这由转向梯形的几何参数决定，但只能使车轮偏转角的关系大体上接近于理想关系。为保证所有车轮均作纯滚动，只有在所有车轮的轴线都相交于一点时方能实现。由转向梯形的几何参数决定，但只能使车轮偏转角的关系大体上接近于理想关系。Rmin=L/sinαmax二、两侧转向轮偏转角之间的理想关系转向中心：所有车轮的轴线相交的一点。转弯半径：由转向中心到外转向轮与地面接触点的距离。理想关系：cotα=cotβ+B/L其中α、β分别是内外侧转向轮的偏转角，B是两侧主销轴线与地面相交点之间的距离；L是汽车轴距。二、两侧转向轮偏转角之间的理想关系如果是多轴汽车转向，转向轮转角间的关系与双轴汽车基本相同。两转向桥的多轴汽车，最小转弯半径是一个转向桥两轴汽车的一半。L1=L2=L/2Rmin=L/2sinαmax三、转向系统传动比1．转向器角传动比转向盘转角增量与相应的转向摇臂转角增量之比iω1称为转向器角传动比。2．转向传动机构角传动比转向摇臂转角增量与转向盘一侧转向节的相应转角增量之比iω2称为转向传动机构角传动比。3．转向系统角传动比转向盘转角增量与同侧转向节相应转角增量之比iω为转向系统角传动比。iω=iω1iω2转向系角传动比愈大，转向愈轻便，但过大，转向不灵敏。要求：既要灵敏又要轻便。动力转向。三、转向系统传动比4．转向系统的力传动比两个转向轮受到的转向阻力与驾驶员作用在转向盘上的手力之比ip称为转向系统的力传动比，它与角传动比iω成正比。四、转向盘的自由行程定义：转向盘在空转阶段的角行程。原因：转向系各传动件之间的装配间隙。大小：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10°-15°。转向盘的自由行程有利于缓和路面冲击，避免驾驶员过度紧张，但不宜过大，否则将使转向灵敏性能下降。第二节转向操纵机构一、转向操纵机构的组成和布置1、定义：转向盘到转向器之间的所有零部件总称为转向操纵机构。2、组成：转向盘、转向柱管、转向轴、转向传动轴、万向节等。第二节转向操纵机构二、转向操纵机构的部件及安全装置1．转向盘组成：转向盘由轮缘、轮辐和轮毂组成。结构：转向盘轮毂的细牙内花键与转向轴连接，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安全气囊。第二节转向操纵机构2．转向轴、转向柱管及其吸能装置转向轴是连接转向盘和转向器的传动件；转向柱管固定在车身上，转向轴从转向柱管中穿过，支承在柱管内的轴承和衬套上。要求：轿车除要求装有吸能式转向盘外，还要求转向柱管必须装备能够缓和冲击的吸能装置。第二节转向操纵机构转向轴和转向柱管吸能装置的基本工作原理是：当转向轴受到巨大冲击而产生轴向位移时，通过转向柱管或支架产生塑性变形、转向轴产生错位等方式，吸收冲击能量。类型1）转向轴错位缓冲2）转向轴错位和支架变形缓冲3）转向柱管变形吸收冲击能量并缓冲转向轴错位缓冲第二节转向操纵机构2）转向轴错位和支架变形缓冲Mazda6轿车转向柱管吸能装置的工作原理是：发生碰撞时，转向器向后移动，下转向传动轴插入上转向传动轴的孔中，上转向传动轴被压扁，吸收了冲击能量。此外，转向柱管通过支架和U形金属板固定在仪表板上。当驾驶员身体撞击转向盘后，转向管柱和支架将从仪表板上脱离下来向前移动。这时，一端固定在仪表板上而另一端固定在支架上的U形金属板就会产生扭曲变形并吸收冲击能量。转向轴错位和支架变形缓冲第二节转向操纵机构3）转向柱管变形吸收冲击能量并缓冲网格状或波纹管式转向柱管吸能装置如果汽车上装用了网格状或波纹管式转向柱管吸能装置，当发生猛烈撞车导致人体冲撞转向盘时，网格部分或波纹管部分将被压缩产生塑性变形，吸收冲击能量。转向柱管变形吸收冲击能量并缓冲第三节转向器一、转向器的传动效率1、转向器的传动效率转向器的输出功率与输入功率之比称为转向器传动效率正效率：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：功率由转向摇臂输入，由转向轴输出的情况下求得的传动效率称为逆效率。第三节转向器可逆式转向器：逆效率很高的转向器。不可逆式转向器：逆效率很低的转向器。极限可逆式转向器：逆效率高于不可逆式的转向器可逆式转向器（1）有利于汽车转向结束后转向轮和转向盘自动回正；（2）但也能将坏路面对车轮的冲击力传到转向盘，发生“打手”情况。不可逆式转向器（1）转向轮不能自动回正；（2）失去“路感”。经常在路况好的情况下：可逆式；路况差（中型以上越野汽车和矿用自卸汽车）：极限可逆式第三节转向器一、转向器类型1、齿轮齿条式转向器2、循环球式转向器3、蜗杆曲柄指销式第三节转向器二、齿轮齿条式转向器1、结构特点：齿轮齿条式转向器是以齿轮和齿条传动作为传动机构，主动件：齿轮。从动件：齿条。2、优点：可以使转向机构简化。如：红旗、奥迪3、应用：适合与麦弗逊式独立悬架配用，常用于轿车、微型货车和轻型货车。4、基本工作原理：转向盘转动时，转向齿轮转动并使与之啮合的转向齿条轴向移动，通过转向横拉杆带动左、右转向节转动，使转向轮偏转，实现汽车转向。当前轮为独立悬架时捷达轿车转向器的安装及布置如下图所示，其转向器通过两个U形支架和橡胶管支承并固定在副车架上，两个转向横拉杆分别通过球头销与转向齿条的两端相连。有些轿车转向齿条的动力不是两端输出，而是中间输出第三节转向器三、循环球式转向器1、结构特点：双级式：一级：螺杆和转向螺母二级：齿条（转向螺母）和齿扇2、应用：常用于各种轻型和中型货车，也用于部分轻型越野汽车。解放CA1040、北京BJ1041、黄河JN1181C13。3、工作原理：转向螺杆转动时，通过钢球将力传给转向螺母，使螺母沿轴向移动。同时，在螺杆、螺母和钢球间的摩擦力矩作用下，所有钢球便在螺旋管状通道内滚动，形成“球流”。第三节转向器四、蜗杆曲柄指销式转向器1、结构：有梯形截面螺纹的转向蜗杆支承在转向器壳体两端的球轴承上，蜗杆与锥形指销相啮合，指销用双列圆锥滚子轴承支于摇臂轴内端的曲柄孔中。主动件：蜗杆从动件：指销2、应用：EQ1090E等。3、工作原理：当转向蜗杆随转向盘转动时，指销沿蜗杆螺旋槽上下移动，并带动曲柄及摇臂轴转动。第四节转向传动机构定义从转向器到转向轮之间的所有传动杆件总称为转向传动机构。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。第三节转向传动机构类型1、与非独立悬架配用的转向传动机构2、与独立悬架配用的转向传动机构转向梯形分成两段或三段，由转向摇臂或转向直拉杆带动。第三节转向传动机构一、与非独立悬架配用的转向传动机构1．转向传动机构的组成转向传动机构由转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂和转向梯形等零部件共同组成，其中转向梯形由梯形臂、转向横拉杆和前梁共同构成。2．转向摇臂循环球式转向器和蜗杆曲柄指销式转向器通过转向摇臂与转向直拉杆相连。转向摇臂的大端用锥形三角细花键与转向器中摇臂轴的外端连接，小端通过球头销与转向直拉杆作空间铰链连接。3．转向直拉杆转向直拉杆是转向摇臂与转向节臂之间的传动杆件，具有传力和缓冲作用。在转向轮偏转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.为了不发生运动干涉，三者之间的连接件都是球形铰链。4．转向横拉杆转向横拉杆是转向梯形机构的底边，由横拉杆体和旋装在两端的横拉杆接头组成。其特点是长度可调，通过调整横拉杆的长度，可以调整前轮前束。二、与独立悬架配用的转向传动机构当转向轮采用独立悬架时，为了满足转向轮独立运动的需要，转向桥是断开式的。转向传动机构中的转向梯形也必须断开。与独立悬架配用的多数是齿轮齿条式转向器，转向器布置在车身上，转向横拉杆通过球头销与齿条及转向节臂相连。第五节液压助力转向系统一、概述气压式：应用于一部分前轴最大轴载质量为3~7t并采用气压制动系的货车和客车。（不高于0、7MPa)液压式：广泛应用于轿车和重型汽车（高达10MPa）无噪声、工作滞后时间短，吸收冲击。（一）液压动力转向系的类型1、常压式2、常流式：结构简单、油泵寿命长，泄露较少，消耗功率较少。（二）液压动力转向系的转向控制阀1、滑阀式2、转阀式二、整体式动力转向器以捷达轿车为例。第五节液压助力转向系统一、动力转向系统概述功用：动力转向系统是将发动机输出的部分机械能转化为压力能（或电能），并在驾驶员控制下，对转向传动机构或转向器中某一传动件施加辅助作用力，使转向轮偏摆，以实现汽车转向的一系列装置。优点：采用动力转向系统可以减轻驾驶员的转向操纵力。组成:动力转向系统由机械转向器和转向加力装置组成。类型：根据助力能源形式的不同可以分为液压助力、气压助力和电动机助力三种类型。其中液压助力转向系统应用较为普遍。第五节液压助力转向系统1．液压助力转向系统(1）常压式液压助力转向系统特点：是无论转向盘处于中立位置还是转向位置，也无论转向盘保持静止还是运动状态，系统工作管路中总是保持高压。优点：可使用流量较小的转向油泵，如果油泵短时间内不运转，也可保持一定的加力能力，使汽车续驶一定里程．(2）常流式液压助力转向系统其特点是转向油泵始终处于工作状态，但液压助力系统不工作时，基本处于空转状态。多数汽车都采用常流式液压助力转向系统。优点：结构简单，油泵寿命长，泄漏较少，功率消耗较少．2．液压助力转向系统的转向控制阀1）滑阀式转向控制阀滑阀：阀体沿轴向移动来控制油液流量的转向控制阀，称为滑阀式转向控制阀，简称滑阀。图24-242）转阀式转向控制阀阀体绕其轴线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，简称转阀。3．常流式液压助力转向系统的结构布置方案机械转向器和转向动力缸设计成一体，并与转向控制阀组装在一起，这种三合一的部件称为整体式动力转向器。另一种方案是只将转向控制阀同机械转向器组合成一个部件，该部件称为半整体式动力转向器，转向动力缸则做成独立部件。第三种方案是将机械转向器作为独立部件，而将转向控制阀和转向动力缸组合成一个部件，称为转向加力器。二、整体式动力转向器捷达轿车采用的是整体式动力转向器，由转阀、齿轮齿条式转向器和转向动力缸组成的整体式动力转向器如下图所示，转向动力缸