转向系统的构造原理与鼓掌检修

第十五章转向系统的构造原理与故障检修第一节机械转向系的构造与工作原理汽车机械转向系由转向操纵机构、机械转向器和转向传动机构三大部分组成。机械转向系以驾驶员的体力作为转向能源，其所有传动件都是机械的。一、转向操纵机构汽车转向操纵机构包括转向盘、转向轴、转向柱管等，它的作用是将驾驶员的操纵力传给转向器。汽车转向操纵机构包括转向盘、转向轴、转向柱管等，它的作用是将驾驶员的操纵力传给转向器。1.转向盘2.转向盘主要由轮圈、轮辐和轮毂组成2.转向柱管与转向轴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，是连接转向盘和转向器的传动件，并传递它们之间的转矩。3.撞车安全保护装置为保护驾驶员的安全，汽车转向操纵机构中常采用以下几种安全保护措施：（1）吸能式转向盘：在撞车时，转向盘骨架产生变形（图15-5），以吸收能量，减轻驾驶员受伤的程度。另外，转向盘柔软的外表面也有缓冲保护作用。（2）可分离式安全转向操纵机构：该机构的转向轴分为上、下两段，当发生撞车时，上、下两段互相分离或互相滑动，从而避免在第一次冲击时转向盘随车身后移对驾驶员造成的伤害。如图15-6所示，（3）缓冲吸能式转向操纵机构：这种操纵机构从结构上能使转向轴和转向管柱在受到冲击后，轴向收缩并吸收冲击能量，从而有效缓和转向盘对驾驶员的冲击，减轻驾驶员所受到伤害的程度。按其结构不同又可分为：网格状转向管柱（图15-7）、波纹管变形吸能装置（图15-8）和钢球滚压变形吸能装置（图15-9）。二、机械转向器转向器是转向系中的减速增矩装置，并改变转向力矩的传动方向。1.齿轮齿条式转向器图15-10所示为两端输出的齿轮齿条式转向器。其工作过程为：转向轴旋转→万向节旋转→转向齿轮轴旋转→转向齿条直线运动→转向横拉杆带动转向节转动。2.循环球式转向器它是目前国内外汽车上较为流行的一种结构形式，一般有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。图15-12所示为一种循环球式转向器。图15-12循环球式转向器3.螺杆曲柄指销式转向器图15-13为螺杆曲柄指销式转向器。其动力传递路线为：转向蜗杆→指销→摇臂轴。图15-13螺杆曲柄指销式转向器三、转向传动机构转向传动机构的功用是将转向器输出的力和运动传给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。1.转向传动机构的组成与布置方式以图15-14为例，转向传动机构主要由转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂、转向梯形臂和转向横拉杆等组成。图15-14与非独立悬架配用的转向传动机构示意图转向传动机构的组成和布置，因转向器位置和转向桥悬架类型不同而异。（1）与非独立悬架配用的转向机构布置方案：主要有图15-14所示几种。（2）与独立悬架配用的转向机构布置方案：主要有图15-15所示几种。图15-15与独立悬架配用的转向传动机构示意图2.转向传动机构零部件结构（1）转向摇臂：其作用是把转向器输出的力和运动传给直拉杆。转向摇臂的典型结构如图15-16所示。（2）转向直拉杆：其作用是将转向摇臂传来的力和运动传给转向梯形臂或转向节臂。结构如图15-17所示。图15-16转向摇臂和摇臂轴图15-17转向直拉杆（3）转向横拉杆：它是联系左、右梯形臂并使其协调工作的连接杆。图15-18a所示为一种转向横拉杆结构图。转向横拉杆由横拉杆体和两端的横拉杆接头组成。两端接头为球头座——球头销结构，其上有压紧弹簧和调节螺塞（图15-18b）。球头座分上、下两部分（图15-18c）。图15-18汽车转向横拉杆（4）转向减振器：随着汽车车速的不断提高，现代汽车的转向轮有时会产生摆振，即转向轮绕主销轴线往复摆动，进而引起整车车身的振动，大大影响了汽车行驶的稳定性和舒适性，加剧了前轮轮胎的磨损。为此，越来越多的高速汽车转向传动机构中安装了转向减振器。转向减振器一端与车身或前桥铰接，另一端与转向直拉杆或转向器铰连。第二节动力转向系的构造与工作原理按传能介质不同，动力转向系有液压式和气压式两种。一、液压动力转向系组成与工作原理它由动力装置（转向液压泵）、执行机构（转向动力缸）、控制元件（转向控制阀、单向阀等）以及辅助元件（转向油罐、油管）组成，如图15-19捷达CiF轿车动力转向系统所示。2.液压动力转向系工作原理以图15-20为例，说明如下：汽车直线行驶时，转向阀在转向控制下将低压油油路回O、高压动力油路P、通动力缸左腔L的油路A、通动力缸右腔R的油路B四路油道接通，转向油泵处于卸荷状态，动力缸R、L腔无压力，动力转向器无助力。驾驶员顺时针转动方向盘，带动转向阀，控制动力油由P经A到达动力缸L腔，R腔制动油由B回流到O，动力缸两腔压力不同，推动活塞运动，通过传动机构使左、右转向轮向右偏转，从而实现右转向助力。向左转向时情况相反。在转向过程中，驾驶员只施加很小的操纵力，大部分动力由液压转向泵提供。当动力转向装置出现故障时，在驾驶员的作用下，实现机械转向。此时，单向阀打开，R、L两腔液压油可与主油路自由流通。图15-20液压转向加力装置结构布置方案示意图二、整体式液压动力转向器1.齿轮齿条式整体动力转向器（图15-21）转向动力缸活塞与转向齿条制成一体。活塞将动力缸分成左右两腔。由转向油罐、转向液压泵、流量控制阀组成的供能装置输出的油液流人转阀进油口进入阀腔，由转向阀控制油液流向。转向阀阀套与转向齿轮制成一体。2.循环球式整体液压动力转向器（图15-22）转向螺母同时也是动力活塞。转向动力传递路线为：转向盘→转向轴→短轴→锁销→阀芯锁销→扭杆→轴盖→定位销→阀套→锁销→转向螺杆→转向螺母→转向摇臂轴较大间隙的扇形凸缘合→转向螺杆→转向螺母→转向摇臂轴图15-21图15-22循环球式液压整体动力转向器三、转向液压泵转向油泵是助力转向的动力源，其作用是将输出的机械能转化为液压能，经转向控制阀向转向动力缸提供一定压力和流量的工作油液。1.叶片式转向泵的基本结构和工作原理图15-23所示为双作用叶片泵工作原理图。叶片泵为容积式液压泵，主要由定子环、转子、叶片、泵体、配油盘等组成。2.流量-安全组合阀为了限制动力转向系的最高工作和最大流量，在转向油泵内装有流量安全组合阀。图15-24所示的叶片泵中，由柱塞和弹簧组成流量阀；钢球、阀杆和弹簧组成安全阀，安装在流量阀体内腔中。图15-23双作用叶片泵工作原理图图15-24潜没式双作用叶片泵第三节转向系统常见故障诊断与检修一、常见故障及经验诊断法大多数汽车的转向轴是前轴。前轴和转向系的常见故障是前轮轮胎磨损不正常、转向盘自由行程过大、转向沉重、自动跑偏和前轮摆头等。1.前轮轮胎磨损不正常（1）现象：轮胎磨损速度加快，胎面形状出现异常。（2）原因：a.轮胎气压不符合要求；b.轮胎长期未换位；c.前轮定位不正确，其中尤其是前束与外倾配合不正确；d.轮毂轴承松旷或转向节与主销松旷；e.纵、横拉杆或方向机松旷；f.钢板弹簧u形螺栓松旷；g.钢板弹簧衬套与其销松旷；h.前轮径向圆或端面圆跳动太大；i.前轮旋转质量不平衡；j.前轮摆头；k.前轴与车架纵向中心线不垂直或车架两边的轴距不等；l.前轴或车架弯、扭变形；m.前轴刚度不足；n.转向横拉杆（尤其是弓形横拉杆）或横拉杆臂刚度不足；o.前轮放松制动回位慢或制动拖滞；p.轮胎螺栓松动；q.经常超载、偏载、起步过急、高速转弯或制动过猛；r.经常行驶在拱度较大的路面上；s.转向梯形不能保证各车轮纯滚动，出现过多转向或不足转向；t.轮胎质量不佳。（3）诊断方法：按下列方法诊断，其流程图如图15-25所示。2.转向盘自由行程过大（1）现象：汽车保持直线行驶位置静止不动时，轻轻来回晃动转向盘，感到游动角度很大。（2）原因：a.转向器内主、从动啮合部位松旷或主、从动部分的轴承松旷；b.转向盘与转向轴的连接部位松旷；c.转向器垂臂轴与垂臂连接部位松旷；d.纵、横拉杆球头连接部位松旷；图15-25前轮轮胎磨损不正常诊断流程图e.纵、横拉杆臂与转向节的连接部位松旷；f.转向节与主销松旷；g.轮毂轴承松旷。（3）诊断方法：按下列方法诊断，其流程图如图15-26所示。图15-26转向盘自由行程太大诊断流程图3．转向沉重（1）现象：汽车行驶中驾驶员向左、右转动转向盘时，感到沉重费力，无回正感；当汽车以低速转弯行驶或掉头时，转动转向盘非常吃力，甚至打不动。（2）原因：a.轮胎气压不足；b.转向节与主销配合过紧或缺油；C.纵、横拉杆球头连接调整过紧或缺油；d.转向器主动部分轴承预紧力太大或从动部分与衬套配合太紧；e.转向器主、从动部分的啮合调整得太紧；f.转向器无油或缺油；g.转向节承推轴承缺油或损坏；h.转向器转向轴弯曲或其套管凹瘪造成刮碰；i.主销后倾过大、主销内倾过大或前轮负外倾；j.前梁、车架变形造成前轮定位失准。（3）诊断方法：按下列方法诊断，其流程图如图15-27所示。图15-27转向沉重诊断流程图4.自动跑偏（1）现象：汽车行驶中自动跑向一边，必须用力把住转向盘才能保持直线行驶。（2）原因：a.两前轮轮胎气压不等、直径不一或车箱装载不均；b.左右两架前钢板弹簧挠度不等或弹力不一；c.前梁、后桥轴管或车架发生水平平面内的弯曲；d.车架两边的轴距不等；e.两前轮轮毂轴承或轮毂油封的松紧度不一；f.前、后桥两端的车轮有单边制动或单边拖滞现象；g.两前轮外倾角、主销后倾角或主销内倾角不等；h.前束太大或负前束；i.路面拱度较大或有侧向风。（3）诊断方法：按下列方法诊断，其流程图如图15-28所示。图15-28自动跑偏诊断流程图5.前轮摆头（1）现象：汽车在某低速范围内或某高速范围内行驶时，有时出现两前轮各自围绕主销进行角振动的现象，通常称之为前轮摆头。尤其是高速摆头时，两前轮左右摆振严重，握转向盘的手有麻木感，甚至在驾驶室内可看到整个车头晃动。（2）原因：a.前轮旋转质量（包括轮胎、轮辋、制动鼓或盘、轮毂等）不平衡；b.前轮径向圆或端面圆跳动太大；c.前轮使用翻新胎；d.前轮外倾角太小、前束太大、主销负后倾或主销后倾角太大；e.两前轮的主销后倾角或主销内倾角不一致；f.前梁或车架弯、扭变形；g.转向系与前悬挂的运动互相干涉；h.转向系（如横拉杆、横拉杆臂、垂臂等）刚度太低；i.转向机主、从动部分啮合间隙或轴承间隙太大；j.转向机垂臂与其轴配合松旷；k.纵、横拉杆球头连接松旷；l.转向节与主销配合松旷或转向节与前梁拳形部沿主销轴线方向配合松旷；m.前轮轮毂轴承松旷；n.转向机在车架上的连接松动；o.前悬挂减振器失效或左、右两边减振器效能不一；p.左、右两架前悬挂高度或刚度（钢板弹簧表现在厚度、长度、片数、弧高或新旧程度等方面）不一；q.前钢板弹簧U形螺栓松动或钢板销与衬套配合松旷；（3）诊断方法：按下列方法诊断，其流程图如图15-29所示。图15-29前轮摆头诊断流程图二、机械转向机构的检修1.齿轮齿条转向器及转向操纵机构的检修：将拆下的转向器总成壳体的安装部分夹持的台钳上（钳口垫上铜片或铝片），再按下述步骤进行拆卸：（1）拆卸转向横拉杆接头分总成在拆卸之前，应先在转向齿条接头分总成上做好装配标记，以便装配时使用；拧松锁紧螺母，拆下转向横拉杆接头分总成。（2）拆卸防尘罩拆卸防尘套锁簧和防尘罩管箍；拆下转向器齿条防尘罩。（3）拆卸转向齿条接头分总成将转向齿条接头螺母松开，从转向齿条壳接头上拆下转向齿条接头螺母；使用专用工具拆卸锁紧螺母。（4）拆卸压簧导向螺母用17mm扳手拆下压簧导向螺母，从转向齿条壳总成里拆下压簧和导向块分总成。（5）拆下转向器齿条拉出齿条时，齿条应朝壳体侧面拔出，以防划伤衬套，要直接拔出齿条，不允许旋转。（6）用螺丝刀拆下油封要注意拆卸时不要划伤壳体。（7）用专用工具拆下弹性挡圈从转向齿条壳体中将转向器小齿轮和轴承一起拆出。（8）拆卸向心球轴承用专用工具拆下轴上弹性挡圈；用专用工具拆卸轴承。图15-31调整转向盘自由行程图15-30转向盘的自由行程2.调整与维护（1）转向盘自由行程的检查与调整汽