13第五章--转向系

第五章汽车转向系机械式转向系的工作演示第一节概述汽车行驶中，驾驶员通过操纵转向盘，经过一套传动机构，使转向轮在路面上偏转一定的角度来改变其行驶方向，确保汽车稳定安全的正常行驶。能使转向轮偏转以实现汽车转向的一整套机构称为汽车转向系。.1转向系的基本组成(1)转向操纵机构主要由转向盘、转向轴、转向管柱等组成。(2)转向器将转向盘的转动变为转向摇臂的摆动或齿条轴的直线往复运动，并对转向操纵力进行放大的机构。转向器一般固定在汽车车架或车身上，转向操纵力通过转向器后一般还会改变传动方向。(3)转向传动机构将转向器输出的力和运动传给车轮(转向节)，并使左右车轮按一定关系进行偏转的机构。2.对转向系统的要求(1)要求工作可靠，操纵轻便。(2)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。(3)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。一、转向系的作用与类型1、转向系的作用通过驾驶员转动转向盘，根据需要保持或改变汽车行驶方向。汽车转向系按其转向能源的不同，可分为机械式转向系、液压式动力转向系和电动式动力转向系。2、转向系的分类(1)机械式转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三部分组成，汽车转向时，驾驶员作用于转向盘上的力，经过转向轴(转向柱)传到转向器，转向器将转向力放大后，又通过转向传动机构的传递，推动转向轮偏转，致使汽车行驶方向改变。1）转向操纵机构：驾驶员操纵转向器工作的机构，包括转向盘、转向轴等机件。2）转向器：转向轴下端的蜗杆与扇形齿轮构成转向器。转向器是一个减速增矩机构，经转向器放大的力矩传给转向传动机构。3）转向传动机构：转向直拉杆、转向节臂、向横拉杆、左右梯形臂等机件构成。前轴的两端和转向节由主销铰接在一起，转向节上连有左右梯形臂，两臂铰接在转向横拉杆上。其中梯形臂及横向拉杆作用是：与前轴构成转向梯形，保证左、右转向轮按一定规律偏转。·转向原理及工作特点1）当—个转向节转动时，另一个转向节也随着变位，使汽车实现转向。2）两个车轮转动的角度不同，因为前轴、转向横拉杆、左右梯形臂及所形成的四边形不是矩形而是梯形。3）机械转向系是以人的体力作为转向动力，其中所有传力件都是机械的4）我国规定汽车转向盘必须在左侧汽车的转向，完全由驾驶员所付的操纵力来实现的，操纵较费力，劳动强度较大，但其具有结构简单、工作可靠、路感性好、维护方便等优点，多应用于中小型货车或轿车上。(2)液压式动力转向系液压式动力转向系，是在机械式转向系的基础上，增加了转向控制阀、转向油泵、转向动力缸等一套液压助力装置，如图3-2所示。1）结构组成·动力转向系兼用驾驶员的体力和发动机动力作为转向能源，并且以发动机动力作为主要能源。·动力转向系是在机械转向系基础上加设一套转向加力装置而成的。转向加力装置包括转向油罐、转向油泵、转向控制阀和转向动力缸等。转向油泵由发动机驱动，以产生高压油液。2）转向工作过程·当驾驶员逆时针方向转动转向盘时，转向摇臂将拉动转向直拉杆向前运动。·转向直拉杆的拉力作用在转向节臂上，使左侧转向节及左侧转向轮绕主销向左偏转一个角度，同时通过梯形臂和转向横拉杆使另一侧转向节与转向轮绕该侧转向主销偏转一定的角度，这时汽车将向左转向。·与此同时，转向直拉杆还带动了转向控制阀中的滑阀移动，使转向动力缸的右腔接通转向油泵的出油口，右腔通过转向控制阀与转向油罐接通，转向动力缸的活塞所受的向右的液压作用力便经其推杆也作用在转向横拉杆上。·由于液压作用力较大，便在很大程度上减轻了驾驶员的操纵力液压式动力转向系操纵轻便，灵活省力，维护简单。目前，广泛应用于高速轿车和重型货车上。（3）、电控液压助力转向1、电控液压助力转向·为了提高汽车的操纵稳定性，可在动力转向系统中采用可变转向力控制机构。车速感应动力转向ＰＳ系统，是依靠车速控制所对应的转向力，通过驾驶员的操作，使车辆操纵性获得提高的系统。驾驶员所希望车辆在低速行驶区实现敏捷的运行和轻便的操舵力，而在高速行驶区能获得稳定性好的适当略重的操舵力。其控制方法有机械控制和电子控制两种，(4)电动式动力转向系电动式动力转向系由电控单元、电源、电机、转向齿轮机构和转向传感器组成。当汽车转向时，电控单元根据传感器检测的转向力矩及转向速度等参数，计算出最佳作用力后，使电机工作，推动转向，减轻驾驶员的劳动强度。电动式动力转向具有节能，无需油压管路系统，并不直接消耗发动机功率，环保优势强、安装自由度大等优点，但电能动力不如液压动力大，目前只用于前轴负荷较小的轿车上。二、转向原理1.转向过程(以机械式转向系为例)汽车转向时，驾驶员对转向盘施加一力矩，该力矩通过转向轴，输入转向器。经过减速增力传给转向摇臂再通过转向纵拉杆传给左转向节上的转向节臂，使左转向节和它所支承的左轮偏转，由于右转向节与左转向节之间用左、右梯形臂和横拉杆连接，故右转向节及支承的右轮也随之偏转相应的角度，实现了汽车转向。2.转向车轮的运动汽车转向时，由于车轮在转弯过程中，内、外车轮滚动的距离不相等，必然会引起车轮边滚动边滑动的现象，造成轮胎加速磨损。汽车转向时，要保证每个车轮都是纯滚动而不发生侧滑，必须使汽车车轮转向轨迹符合一定的规律，必须使各个车轮的轴线都相交于一点，即使所有的车轮能围绕它们的共同圆心转动，如图3-4所示，交点O称为转向中心，这个转向中心随驾驶员操纵的转向轮转角的变化而改变，因此转向中心也称为瞬时转向中心。内转向轮偏转角大于外转向轮偏转角，两偏转角的关系是:式中B—两侧主销中心距离L—汽车轴距这个关系式是由转向梯形(前轴，左右梯形臂和横拉杆组成)来保证的。LBcotcot从转向中心到转向外轮中心的距离称为转弯半径，用R表示。当外转向轮偏转到最大允许转角时，转弯半径最小，称为最小转弯半径。转弯半径越小，汽车转向性越好。三.转向器的传动比及传动效率1)线位移输出的转向器的传动比：用转向盘每转一圈时转向器输出轴的线位移的大小来表示；2)角位移输出的转向器的传动比：转向器角传动比（i1）=转向盘摆角/转向摇臂摆角一般货车i1为16-32，轿车i1为12-22转向传动机构角传动比（i2）=转向摇臂摆角/同侧转向轮偏转角i2一般为1左右3)转向系角传动比（iw）=i1×i2转向器的传动比越大，转动转向盘所需要的操纵力就越小，但转向操纵的灵敏度就会下降。有的汽车转向器在转向过程的不同阶段，其传动比的大小是不相等的（可变传动比转向器）。4)转向器除要保证汽车转向轻便灵活外，还应能防止由于路面反力对转向盘产生过大的冲击(即所谓的回弹打手现象)，造成操纵困难和驾驶员工作疲劳。5)为了实现这一目的，转向器应具有较高的正传动效率和适当的逆传动效率。通常称转向操纵力由转向盘传到转向摇臂(或齿条轴)的过程为正向传动，相应的传动效率称为正传动效率；称由路面的冲击力反向通过转向摇臂(或齿条轴)和转向器传到转向盘的过程称为逆向传动，相应的传动效率称为逆传动效率。根据转向器正向和逆向传力的特性不同，转向器可分为可逆式转向器、不可逆式转向器和半可逆式转向器三种类型。6)可逆式转向器正传动效率高，逆传动效率也高；不可逆转向器正传动效率高，逆传动效率为零；半可逆式转向器正传动效率高，逆传动效率较低。7)所有的转向器都要求正传动效率要高，这样转向力通过转向器时损失少，转向操纵便灵活。好的转向器应有适当的逆传动效率，使驾驶员通过操纵转向盘既能对道路情况有明显的路感，但又不能使路面不平对转向盘产生过大的冲击。四、四轮转向系简介当汽车低速行驶转向，转向盘转动角很大时，其后轮相对前轮反向偏转。当汽车急转弯、掉头、避障或进出车库时，转向半径减小，转向机动性大大提高。当汽车高速行驶转弯时，后轮相对于前轮同向偏转，从而迫使汽车横摆角度和横摆角速度大大减小，提高行驶的操纵性、稳定性和舒适性，确保高速行车安全。四轮转向主要类型有机械式四轮转向系、液压式四轮转向系、电控式四轮转向系。第二节机械式转向系组成一、转向器1.转向器的作用与分类(1)转向器的作用转向器的作用是增大由转向盘传到转向节的力并改变力的传递方向，获得所要求的摆动速度和角度。(2)转向器的分类转向器按结构型式，可分为蜗杆指销式、循环球式和齿轮齿条式三种。按其作用力的传递情况，可分为可逆式、不可逆式和极限式三种。2.蜗杆指销式转向器(1)组成蜗杆指销式转向器，按其传动副中的指销数目，可分为单销式和双销式两种。指销在曲柄孔中的的只承型式有滑动结构和滚动结构两种。此种转向器传动副为蜗杆与指销。东风EQl40型汽车采用的蜗杆双指销式转向器主要由壳体、蜗杆、曲柄、指销、转向摇臂轴、上盖、下盖、调整螺塞及螺钉等组成，如图3-5所示。·蜗杆曲柄指销式转向器的传动副以转向蜗杆为主动件，装在摇臂轴的指销为从动件。(2)工作过程汽车转向时，通过转向盘和转向轴使蜗杆转动，嵌于螺杆螺旋槽的锥形指销一边自转，一边绕转向摇臂轴摆动，并通过转向传动机构，使汽车转向轮偏转，实现汽车转向。3）工作特点·采用双指销不但可使播臂轴转角范围加大，而且由于直线行驶及修正行驶方向时两指销均与转向蜗杆啮合，因而使指销受力小、寿命长。指销装在滚动轴承上可以大大提高转向器的传动效率。（4）蜗杆与摇臂轴主销啮合间隙的调整调整时，应使摇臂轴主销与蜗杆处在中间啮合位置上进行。首先松开摇臂轴调整螺钉的锁紧螺母，用手握住蜗杆轴输入端，使蜗杆行程到中间位置，来回转动蜗杆，同时用螺丝刀顺时针方向转动调整螺钉。当感到有摩擦阻力时停止旋转螺钉，再检测蜗杆输入端的扭矩，到合适为止，拧紧锁紧螺母。3.循环球式转向器(1)组成循环球式转向器传动效率高，机件磨损小，操纵省力，使用寿命长，广泛使用于轻型，中型汽车上(BJ1041,BJ2023,CA1092型等)。循环球式转向器由二套传动副组成，一套是螺杆螺母传动副、一套是齿条齿扇传动副或滑块曲柄销传动副。解放CA1092所采用的循环球式转向器由螺杆、螺母、齿条、齿扇、外壳等组成。(2)工作过程当转动转向盘时，转向螺杆也随之转动，通过钢球将作用力传给螺母，螺母即产生轴向移动，同时，由于摩擦力的作用，所有钢球在螺杆与螺母之间滚动，形成“球流”。钢球在螺母内绕行两周后，流出螺母进入导管，再由导管流回螺母，随着螺母沿螺杆作轴向移动，其齿条带动齿扇运动，齿扇带动垂臂轴转动，从而使转向垂臂产生摆动，通过转向传动机构使转向轮偏转完成汽车转向。（3）齿扇与齿条的啮合的调整调整时，齿条与齿扇的啮合，必须处在中间位置才能进行，否则间隙不准确。一般是利用摇臂轴轴向位移调整螺钉来进行调整。调整螺钉旋进，啮合间隙减小，反之，增大。当齿扇在中间位置时，不允许有间隙但应转动自如，无轻重不均匀感觉或卡滞现象，最后拧紧锁紧螺母。4）传动副的传动特点·正传动效率高，操纵轻便，使用寿命长。逆效率也高，有“打手”现象4.齿轮齿条式转向器齿轮齿条式转向器具有结构简单，轻巧，传力杆件少，维修方便，操纵灵敏等优点，目前广泛吨用于采用前轮独立悬架的轻、微型汽车和中、高级轿车上，如上海桑塔纳、一汽奥迪、天津TJ7100等。(1)组成如图所示轿车转向器主要由转向齿轮、转向齿条、转向器壳、调整螺钉等组成。·传动副为齿轮、齿条·转向齿轮连接转向轴的安全联轴节·齿条水平布置·齿条被弹簧和压块压在齿轮上，保证无间隙啮合，弹簧弹力可调·转向减振器用来减小转向轮的摆动·安全联轴节功用是受较大冲击力时联轴节脱开，防止驾驶员被挤伤弹簧通过转向齿条压块将转向齿条压紧在转向齿轮上，以保证齿轮齿条始终无间隙啮合，有效地减小转向自由行程，提高操纵灵敏度，而其弹力的大小可由调整螺钉调整。防尘套钉调整。防尘套由来防止尘土等杂物进入转向器。为了使条轴向运行时，两防尘套内腔压力平衡，壳体上钻有通气孔，使两腔连通。(2)工作过程驾驶员通过转向操纵机构，转向齿轮转动，从而使转向齿条移动，转向齿条通过转向直拉杆，转向摆杆