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1、内容回顾 轮式底盘行驶系 车架 车轮 悬架 车桥 转向车轮如何实现偏转？ 第六章 轮式底盘转向系 转向系的功用和组成 转向系基本要求 转向方式 转向器 转向传动机构 转向系的功用是操纵车辆的行驶方向，应能根据驾驶员的 意愿，改变工程机械的行驶方向。 按作用原理不同，转向系可分为机械式和动力式2种。 一、转向系功用和类型 机械式转向系包括：转向操纵机构（转向盘和转向 轴）；转向器（蜗杆和曲柄及两者之间的转动啮合副）； 转向传动机构（转向垂臂、转向纵拉杆、转向节臂、左梯 形臂、转向横拉杆和右梯形臂）。 转向盘 转向轴 蜗杆 曲柄 转 向 垂 臂 转向纵拉 杆 转向节臂 主销 左转向节 左梯形臂 转
2、向横拉 杆 右梯形臂 右转向节 前轴 二、机械式转向系组成和工作原理 二、机械式转向系组成和工作原理 转向盘转向轴蜗杆曲柄转向垂臂转向纵拉杆 左转向节左梯形臂 转向横拉杆右梯形臂 右转向节 转 向 节 臂 为什么是左转向节带动右转向节偏转？ 为什么要形成转向梯形？ 转向梯形 三、转向系基本要求 1、转向时各车轮必须作纯滚动而无侧向滑移 偏转车轮转向时，要保证所有车轮都作纯滚动，即应使转 向时所有车轮均绕一个共同的瞬时中心作弧形滚动。 注意：转向梯形不能完全消除车轮的侧向滑移！ 三、转向系基本要求 2、操纵轻便且灵敏 转向时，作用在方向盘上的操纵力要小，同时方向盘转动 的圈数又不宜过多，以保证转
3、向灵敏。为了同时满足操纵轻便 和转向灵敏的要求，由方向盘至转向轮间的传动比应选择得合 理。该传动比由转向器决定。 a. 转向器减速比过大操纵轻便，但转向不够灵敏 b. 转向器减速比过小 转向灵敏，但操纵不够轻便 设 为方向盘转角， 为转向轮偏角， 为施加在方向盘上的扭矩， 为转向 轮输出扭矩。 转向器减速比i1632。 3、方向盘至转向轮间的传动要有一定的传动可逆性 具有可逆性，可以使驾驶员有一定的路感。可逆性不能太大， 不至于“打手”造成驾驶员的疲劳感和不安全感。 三、转向系基本要求 四、转向方式 常用的转向方式有偏转车轮转向、铰接转向和滑移转动三 种。 （1）偏转车轮转向 偏转前轮式 偏转
4、后轮式 全轮转向式（相反） 全轮转向式（相同） 前轮转向 优点：驾驶员可以很方便的用 前外轮是否避过障碍来判断整机的 行驶路线，有利于安全行驶。前轮 转向是最常用的转向方式。 缺点：当车辆前方装有工作装 置时，若采用前轮转向，不仅车轮 偏转角受到工作装置的限制，而且 工作装置会增加作用在转向轮上的 载荷，使转向沉重。 后轮转向 缺点：驾驶员要同时用前、后 轮来判断整机的行驶方向，不利于 安全行驶。 优点：当车辆前方装有工作装 置时，则可使工作装置外缘的转向 半径接近后轮转向半径。这样驾驶 员就可以用工作装置外缘来判断整 机的行驶方向。 全轮转向 前后轮相反方向偏转，可使轴距较长的轮式工程机械具
5、 有较小的转向半径，使转向灵活。斜行转向可使车辆易于靠 近或离开作业面，提高生产率；斜坡作业，提高稳定性。 缺点：结构复杂，造价昂贵。 四、转向方式 （2）铰接转向：通过转向油缸使前、后车架中心线保持在 一直线上或形成一角度，使车辆沿直线或向一侧转向，并以不 同转向半径行驶。 优点：轮胎基本无侧滑；简化 了传动系机构，实现全轮驱动非常 方便；转向时，工作装置方向与前 段车架方向一致，有利于作业时工 作装置迅速对准作业面，提高作业 率（比同类型偏转车轮转向的工程 机械，作业效率可提高20%左右）； 转向半径小，机动性能好。 缺点：铰接转向无前轮定位， 直线行驶稳定性较差，外阻力不平 衡时，常出现
6、左右摇摆现象。 铰接转向一般用于驱动力较大、速度较低的工程机械上。 转向方式 （3）滑移转向：在某些小型工程机械中得到广泛应用，这种机械能在 狭窄的作业区内机动灵活的工作。一般采用整体式车架，车桥与车架连为一 体，依靠左右两侧车轮的转速差来进行转向。 优点：转向灵活，可原地转向。 缺点：转向时轮胎有侧滑现象，而且转向半径越小，打滑越严重 ，因此增加了轮胎的磨损。 滑移转向一般用于要求结构紧凑的小型工程机械上，或履带式工程机械。 不同转转向方式的比较较 序号项项 目 偏转转 前轮轮 偏转转 后轮轮 偏转转 前后轮轮 铰铰接 转转向 滑移 转转向 1 2 3 4 5 6 7 8 转转向半径 对对准
7、工作面 驾驶驾驶 路线线判断 转转向时轮时轮 胎磨损损 结结构复杂杂程度 转转向系与传动传动 系的关 系 整机直线线行驶稳驶稳 定性 整机转转向稳稳定性 大 一般 方便 一般 复杂杂 不相关 良好 一般 大 方便 较较差 一般 复杂杂 不相关 良好 一般 小 一般 方便 较较小 最复杂杂 不相关 良好 一般 较较小 方便 方便 小 简单简单 不相关 较较差 略差 最小 方便 方便 最大 简单简单 相关 差 一般 五、转向器 转向器的功用是将驾驶员施加于方向盘上的作用力矩放大（速度降低） ，传递到转向传动机构，使机械准确地转向。 转向器对力矩的放大主要是通过具有一定传动比的传动副来实现的，其 传
8、动比等于方向盘转角与转向垂臂相应的摆角之比（1632）。转向系角传 动比的大小是由正确解决以下两个矛盾的要求得到的：转向器要灵敏；转动 方向盘所需操纵力要小。为了能同时满足灵敏与轻便的要求，转向器的角传 动比应适当。 转向器 转向传动装置 转向垂臂 转向轴 转向器的类型 转向器的结构形式很多，通常按传动副的结构型式分类。齿轮齿条式转 向器以齿轮齿条传动作为传动机构，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。球面蜗杆滚轮式转向器、循环球式转向器和曲 柄指销式转向器等三种转向器由于工作可靠，使用调整方便，工艺性好，在 工程机械上广泛采用。 球面蜗杆滚轮式转向器 该转向器主要由球
9、面蜗杆、滚轮、滚轮架、转向器壳体等组成。 球面蜗杆与转向轴固接，并由两个无内座圈的圆锥滚子轴承支承；滚轮 与球面蜗杆相啮合，并由滚针轴承支承在滚轮轴上，滚轮轴支承在滚轮架上 ；滚轮架与转向垂臂轴制成一体。 工作原理：转动方 向盘，通过转向轴带动 球面蜗杆旋转，滚轮在 绕滚轮轴自转的同时， 又沿蜗杆的螺旋线滚动 （公转），从而带动滚 轮架及转向垂臂轴摆动 ，通过转向传动机构使 转向轮偏转。 循环球式转向器 该转向器由两级传动副组成，一级传动副是螺 杆螺母，二级传动副是齿条齿扇，故又称综合 式转向器。一级传动副是在螺杆螺母式转向器的基 础上发展起来的，其特点是在螺杆螺母传动副中加 入钢球，使滑动摩
10、擦变为滚动摩擦。螺杆和螺母上 的槽是螺旋形的，并且形成近似为圆形断面的螺旋 形滚道。两根钢球导管的端部分别插入螺母侧面的 圆形孔内，这样，两根导管和螺母内的螺旋形滚道 组成了两个各自独立的封闭环形通道。 工作原理：当转动方向盘时，转向轴带动螺杆 转动，通过钢球将力传给螺母，螺母就产生轴向移 动。并通过齿条带动齿扇及与齿扇制成一体的转向 垂臂轴转动，经转向传动机构使机械转向。与此同 时，由于摩擦力的作用，所有钢球便在螺杆与螺母 之间流动，形成“球流”。钢球在螺母内绕行两周 后，流出螺母进入导管，再由导管流回螺母内球道 始端，依次循环流动，故称为循环球式转向器。 因螺杆、螺 母之间装有钢球 ，使滑
11、动摩擦变 为滚动摩擦，所 以此转向器传动 效率高（可达90 95）、操 纵轻便灵活、磨 损小、寿命长。 此外，循环球式 转向器在结构上 便于和液压转向 助力器设计为一 个整体，故应用 日益广泛。 蜗杆曲柄指销式转向器 该转向器结构比较简单，有单销式和双销式两种。主要由螺杆、曲柄、曲 柄销（指销）、转向器壳体等组成。螺杆两端通过推力轴承支承在壳体两侧座 孔内；与螺杆的梯形螺纹相啮合的曲柄销（指销）均用无内座圈的双列圆锥滚 子轴承支承在曲柄的座孔内。曲柄和转向垂臂轴制成一体。 转向时，方向盘带动蜗杆转动，使曲柄销在自转的同时，绕着摇臂轴做圆 弧运动，从而使转向垂臂轴转动，通过转向传动机构使机械转向
12、。 该转向器有以下特点：双销式转向垂臂的摆角范围比单销式大，且销的磨 损也较单销式小；瞬时传动比不是常数，销子在中间位置时（方向盘也在中间 位置）传动比最大，销子越向两端（即转向半径越小）传动比越小。 摇 臂 轴 指销 螺杆 转向器的传动可逆性 转向器按传动的可逆程度可分为可逆式、不可逆式和临界可逆式三种。 当转向器蜗杆螺旋线的螺旋角小于摩擦角时，由于螺旋的自锁作用，作用力只能由 方向盘经转向器传到转向垂臂作正传动，而转向垂臂则不能将传来的路面冲击经转 向器反传到方向盘上，故称为不可逆式转向器。该转向器逆传动时，螺旋副在冲击 载荷作用下不能运动（卡住），所以不论地面有多大冲击，都要由转向器的传
13、动副 来承受，因而易造成零件的过载损坏，而且驾驶员操纵无路感，转向轮不能自动回 正，所以一般不采用。 蜗杆的螺旋角略大于摩擦角。方向盘上的作用力很容易地传到转向垂臂，但由于逆 传动效率低，传动副中逆传动时有较大的摩擦损失。因而从地面反传来的冲击传到 方向盘上的力将明显减少，故称为临界可逆式（极限可逆式）。该转向器的零件不 会像不可逆式的那样承受全部路面冲击，从而使受力状况得到明显改善；同时，在 受到路面冲击作用时，也只有一部分的冲击作用传到方向盘，不致产生“打手”现 象，故减少了驾驶员的疲劳，且有较好的路感，机械也能自动回正，但在平坦路面 上操纵轻便性不够（效率较低），因此在中型车辆上广泛采用
14、。球面蜗杆滚轮式和 曲柄指销式转向器同属该类型。 当转向器蜗杆的螺旋角大于摩擦角时，正、逆传动的效率都较高，方向盘上的作用 力可以很容易地传到转向垂臂，而路面的冲击力也能很容易地经过转向垂臂反传到 方向盘上，故称为可逆式。偏转后的转向轮自动回正好，驾驶员具有良好的路感， 但有明显的“打手”现象，易疲劳，故在工程机械上常和液压转向加力器一起组合 使用，利用液体的阻尼作用缓和冲击。循环球式转向器属于该类型。 六、转向传动机构 转向传动机构的功用是将转向器传来的力和运动传给转向轮，迫使转向轮偏转实现车 辆转向。 转向传动机构由转向垂臂、转向纵 拉杆和转向横拉杆等部分组成。 转向垂臂采用圆锥三角形细花
15、键与 垂臂轴连接；转向纵拉杆通常采用钢管 制成，两端扩大，从而安装球头铰链， 一端用球头销与转向垂臂相连，另一端 同样采用球头销与转向节臂连接；转向 横拉杆由两端的球头销接头和中间的横 拉杆组成，接头和横拉杆用螺纹连接（ 两端螺纹分别为右旋和左旋螺纹，转动 横拉杆可改变横拉杆的总长度，可调整 转向轮的前束），两侧通过球头销分别 和左、右转向梯形臂连接。 七、动力转向系 动力转向，power steering，最初应用于大型车辆，减轻驾驶员劳动强 度，现在已非常普及，可使驾驶变得更加简单和轻松，并且让车辆反应更加 敏捷，一定程度上提高安全性。 常用动力转向方式有机械液压助力、电子液压助力、电动助力三种。 有资料可查的最早记录是1902年2月，但在半个世 纪后，1951年克莱斯勒才将成熟的机械液压转向助力系 统应用在Imperial车系上。 1965年福特用旗下水星车型进行试验性推广，被认 为是现代电子液压转向助力系统的雏形。 1990年本田发布了世界上第一款搭载可变齿比电动 转向助力系统车型，NSX，接近于当今意义上的电动助 力转向。 七、动力转向系 1.机械液压助力转向系统 机械液压助力系统的主要组成部分由液压泵、油管、 压力流体控制阀、v型传动皮带、储油罐等。这种助力 方式是将一部分发动机动
