《48223汽车构造3.2-6章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《48223汽车构造3.2-6章（205页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、3.2汽车转向系用来改变或保持汽车行驶或倒退方向的一系列装置称为汽车转向系统，系统的功能就是按照驾驶人的意愿控制汽车的行驶方向，汽车转向系统对汽车的行驶安全至关重要。转向系统由转向操纵装置、转向器、转向传动装置等组成。转向系统的基本构成如图3-130所示。由图3-130b可知非独立悬架的转向系统由于转向盘距离转向器较远，二者之间用万向节和图3-130转向系统的基本构成传动轴构成的万向传动装置相连。转向机构应备有吸收汽车碰撞时产生的冲击能的装置，许多国家都规定轿车必须安装吸能式转向柱。吸能装置的方式很多，大都通过转向柱的支架变形来达到缓冲吸能的作用。转向轴与转向器之间采用万向联轴节相连(即两个万
2、向节)，之所以用万向联轴节，除了可以改变转向轴的方向，还可以使转向轴作纵向的伸缩运动，以配合其相应的缓冲运动。即：可倾斜式转向机构和可伸缩式转向机构。,3.2.1汽车转向原理及要求1.汽车转向的几何物理条件 为使汽车实现车轮无侧滑的转向，车轮的偏转必须满足阿克曼特性，即在汽车前轮定位角都等于零、行驶系统为刚性、汽车行驶过程中无侧向力的前提下，整个转向过程中全部车轮必须围绕同一瞬时中心相对于地面作圆周滚动，例如对于如图3-131转向原理示意图中左图所示两轮转向情况，设前内轮偏转角为，前外轮偏转角为，当汽车转向行驶时，为了避免车轮相对地面滑动而产生附加阻力，减轻轮胎磨损，要求转向系统能保证所有车轮
3、均作纯滚动，即(稳定转向的必要条件是：；90)所有车轮轴线的延长线都要相交于一点。两侧转向轮偏转角之间的理想关系应满足阿克曼转向特性公式： cot -cot =B/L(由图中几何关系得出) 式中B两侧转向轮主销轴线与地面相交点之间的距离； L汽车轴距。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。,图3-131转向原理示意图,2.转向系统的基本技术参数要素 (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i1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i2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
4、角增量与同侧转向节相应转角增量之比i为转向系统角传动比。 i=i1i2 (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人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i成正比。 转向盘的自由行程：转向盘在空转阶段的角行程称为转向盘的自由行程。转向盘的自由行程有利于缓和路面冲击，避免驾驶人过度紧张，但不宜过大，否则将使转向灵敏性下降。 3.对转向器的工作要求 为了保证汽车行驶的稳定性，汽车转向器在工作时应满足如下要求： 1)汽车转弯行驶时，全部车轮应绕顺时针方向旋转，任何车轮不应有侧滑。不满足这项要求会加速轮胎磨损，并降低汽车的行驶稳定性。 2)汽车转向行驶后，在驾驶人
5、松开转向盘的情况下，转向轮能自动返回到直线行驶位置，并稳定行驶。 3)汽车在任何行驶状态下，转向轮不得产生振动，转向盘没有摆动。,4)转向传动机构和悬架导向装置共同工作时，由于运动不协调使车轮产生的摆动应最小。 5)保证汽车有较高的机动性，具有快速和小转弯能力。 6)操纵轻便。 7)转向轮碰到障碍物以后，传给转向盘的反冲力要尽可能小。 8)转向器和转向传动机构的球头处，有消除因磨损而产生间隙的调整机构。 9)在车祸中，当转向轴和转向盘由于车架或车身的变形而后移时，转向系应有能使驾驶人免遭或减轻伤害的防伤装置(装安全气囊)。 10)保证转向盘与转向轮转动方向一致。3.2.2转向轮机构的主要构件及
6、定位汽车的转向桥结构基本相同，主要由前轴、主销、转向节和轮毂等四部分组成，如图3-130所示。通常，轿车中不设独立的主销，而以转向节上、下球头中心的连线为主销的轴线。 1.车轮转向主要构件 (1)前轴前轴是汽车的主要构造之一。 (2)转向节转向节是汽车转向桥上的主要零件之一，是车轮转向的铰接，能够使汽车稳定行驶并灵敏传递行驶方向，转向节是一个叉形结构件，由上、下两叉和支承轮毂的轴组成，其功用是承受汽车前部载荷，支承并带动前轮绕主销转动而使汽车转向。,(3)主销主销主要是用来铰接前轴与转向节，使转向节绕着主销摆动以实现车轮转向。 (4)轮毂轮毂是汽车上重要的安全零件之一，它承载着汽车和载物质量的
7、压力，受到车辆在起动、制动时动态转矩的作用，还承受汽车在行驶过程中转弯、凹凸路面、障碍物冲击等来自不同方向动态产生的不规则交变受力。,2.转向轮的定位 要想保证汽车在行驶中的安全与舒适，汽车的四个车轮并不是垂直于地面的，必须考虑许多因素来确定车轮与地面的角度，即车轮定位。主销多向倾角定位示意图如图3-132所示。 所谓转向轮定位，就是汽车的每个转向轮、转向节和车桥与车架的安装应保持一定的相对位置。通常车轮定位主要指前轮定位，但现代大多数轿车，由于速度快，对行驶稳定性有更高的要求，除前轮定位外，还需要后轮定位，即四轮定位。,前轮定位参数有四个：主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角和前轮前束。,3.
8、四轮定位简介 (1)四轮定位的作用 为了保证汽车直线行驶的稳定性和操纵的轻便性，减少汽车轮胎和其他机件的磨损，必须考虑许多因素来确定车轮与地面的角度，转向车轮、转向节和前轴三者与车身的安装应保持一定的相对位置，这种具有一定位置的安装称为转向轮定位，四轮定位就是检测汽车车身、悬架构件、车轮三者之间及四个车轮之间在x、y、z轴方向的角度位置关系。,(2)四轮定位参数及调整四轮定位的检测和调整参考技术参数依据见表3-11。 表3-11四轮定位参数,3.2.3转向系统的类型和组成1.转向系统的类型 汽车转向系是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构。在汽车转向行驶时，还要保证各转向轮之间有协调的转角关系。
9、驾驶人通过操纵转向系统，使汽车保持在直线或转弯运动状态，或者使上述两种运动状态互相转换。转向系包括：转向操纵机构、转向器、转向传动机构三部分。汽车转向系统分为两大类：机械转向系统和动力转向系统。完全靠驾驶人手力操纵的转向系统称为机械转向系统，借助动力来操纵的转向系统称为动力转向系统，机械和动力两类转向系统示意图如图3-135所示。动力转向系统又可分为液压动力转向系统和电动助力动力转向系统以及气压动力转向(大吨位汽车)系统。所谓动力转向系统实际上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。 2.转向系统的构成 齿轮齿条转向机构在轿车上的布置如图3-136所示，转向盘转轴通过万向联轴节与
10、转向主动齿轮轴连接构成操作装置，齿轮齿条啮合传动，齿轮正反转驱动齿条横向左右移动构成了转向器，转向器的移动齿条通过装置与横拉杆相连，横拉杆与车轮转向机构相连构成了转向传动装置。齿轮齿条式转向机构的转向传动动力路线：转向盘转向轴转向齿轮转向拉杆。,3.2.3.1机械转向系统1.转向操纵机构 转向操纵机构由转向盘、转向轴、转向管柱等组成，它的作用是将驾驶人转动转向盘的操纵力传给转向器。转向操纵机构组件图如图3-137所示。,2.转向器及转向装置 转向器是完成由旋转运动到直线运动(或近似直线运动)的一组齿轮机构，同时也是转向系中的减速传动装置。常用的有齿轮齿条式、循环球曲柄指销式、蜗杆曲柄指销式、循
11、环球-齿条齿扇式、蜗杆滚轮式等。 (1)齿轮齿条式转向器 1)齿轮齿条式转向器的特点。齿轮齿条式转向器是利用齿轮的旋转带动齿条左右移动。齿轮齿条式转向器主要应用于轿车，原因有两点：齿轮齿条式转向器布置方便，从齿条两端加两个转向拉杆和相应的球头即可控制转向节摆转；需要转向助力时，无论是液压助力还是电动助力，助力系统容易和转向器融合。 2)齿轮齿条式转向机构结构。齿轮齿条式转向器结构图如图3-139所示，齿轮齿条式转向器实物及转向横拉杆外接头结构图如图3-138所示 齿轮齿条式转向器结构特点有三： 在齿条背面有一个压块、压紧弹簧和锁紧螺母，压紧弹簧通过压块将齿条压靠在齿轮上，保证无间隙啮合。弹簧的
12、预紧力可用调整螺塞调整。 齿条在转向器壳体内左右移动，在转向器壳体两端多设有齿条的导向滑套。 转向接杆连接齿条和转向节，在交接处装有球头。,(2)循环球式转向器循环球式转向系统及循环球式转向器结构示意图如图3-140所示。 循环球式转向器采用两级传动副传动，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。在螺杆和螺母之间装有可循环滚动的钢球，使滑动摩擦变为滚动摩擦，从而提高了传动效率。循环球式转向器是目前国内外应用最广泛的结构形式之一。 1)循环球式转向器结构。循环球式转向器的结构和实物模型如图3-141所示，循环球式转向器主要由螺杆、扇形齿轮轴、钢球、转向器壳、钢球螺母、调整螺钉、向心推力轴
13、承等组成。 2)循环球式转向器工作原理。循环球式转向器主传动部分结构简图如图3-142所示，转动转向盘时，与转向轴结合成一体的螺杆便带动方形螺套轴向移动。螺套的一个面切成齿条，故能进而带动与转向摇臂轴制成一体的齿扇转动。为了减小蜗杆与螺套间摩擦和磨损，二者的螺纹均制成半圆形凹槽，并不直接接触，其间装有许多钢球，因为借助钢球的滚动，蜗杆和球螺母之间的摩擦阻力小，从而构成了滚动摩擦传动副。 循环球式转向器转向的动力传动路线：转向盘转向螺杆循环钢球螺母扇齿摇臂。,(3)蜗杆曲柄指销式转向器 1)蜗杆曲柄指销式转向器的基本构成。蜗杆曲柄指销式转向器的传动副以转向蜗杆为主动件，其从动件是装在摇臂轴曲柄端
14、部的指销。如图3-143所示。 2)蜗杆曲柄指销式转向器的工作原理。蜗杆具有梯形螺纹，手指状的锥形指销用轴承支承在曲柄上，曲柄与转向摇臂轴制成一体。转向时，通过转向盘转动蜗杆，嵌于蜗杆螺旋槽中的锥形指销一边自转，一边绕转向摇臂轴做圆弧运动，从而带动曲柄和转向垂臂摆动，再通过转向传动机构使转向轮偏转。这种转向器通常用于转向力较大的载货汽车上。 蜗杆曲柄指销式转向器的动力传动路线：转向盘转向蜗杆轴曲柄指销。,3.2.3.2动力转向系统传统的汽车转向系统是机械系统，汽车的转向运动是由驾驶人操纵转向盘，通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮而实现的，机械转向系统常用的有齿轮齿条式和循环球式两种，目前大
15、部分普通轿车采用的是齿轮齿条式机械转向系统。 1.传统转向系统的不足 1)汽车的转向特性受驾驶人驾驶技术的影响严重。 2)转向传动比固定,提供不了合适的转向力。 3)液压动力转向系统经济性差，一般轿车每行驶100km要多消耗0.30.4L的燃料。 另外，存在液压油泄漏问题，对环境造成污染，在环保性能被日益强调的今天，无疑是一个明显的劣势。 2.动力转向系统的特点 动力转向系统是指在驾驶人的控制下，借助于汽车发动机通过液压泵产生的液体压力或电动机驱动力来实现车轮转向。动力转向是一种以驾驶人操纵转向盘(转矩和转角)为输入信号，以转向车轮的角位移为输出信号的伺服机构。 3.对动力转向系统的要求 对转
16、向系统的要求，主要概括为转向的灵敏度和操纵的轻便性。高的转向灵敏度，要求转向器具有小的传动比，以小的转向盘转角迅速转向；好的操纵轻便性，则要求转向器具有大的传动比，这样才能以较小的转向盘操纵力获得大的转向力矩。,4.动力转向系统的分类 动力转向系统归纳起来有液压式动力转向系统、电子控制式液压动力转向系统和电动动力转向系统三类。 5.动力转向系统实例 (1)机械液压动力转向系统 1)机械液压动力转向系统的构成。机械液压动力转向由于技术成熟可靠，而且成本低廉，得以被广泛使用。其基本构成如图3-144所示。机械液压动力系统的主要组成有液压泵、油管、压力流体控制阀、V带、储油罐等。 2)机械液压动力转
17、向系统的类型及特点。根据系统内液流方式的不同可以分为常压式液压动力和常流式液压动力，如图3-145所示。,（2）电液反力控制式动力转向系统 1)电液反力控制式动力转向系统组成。电液反力控制式动力转向系统的组成如图3-146所示。 系统中重要的功能元件的作用如下： 电磁阀：根据需要开启适当的开度，使油压反力室一侧的油液流回储油箱。 动力转向ECU：ECU根据车速传感器传来的信号，判断汽车是处于停止状态还是处于低速行驶或高速行驶工况，再根据判别出的汽车状态，对电磁线圈的电流进行线性控制，使电磁阀有适当的开度，以控制转向动力的大小。 固定小孔：把供给转向控制阀的一部分液压油分配到油压反力室一侧。 分流阀：根据有关传感器的信号作出最佳助力转向力判断，并将来自转向泵的油液向控制阀一侧和电磁阀一侧分流，按照车速和转向要求，改变控制阀一侧和电磁阀一侧的油压，确保电磁阀一侧具有稳定的油液流量。,
