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1、汽车构造电子教案 第二十三章 汽车转向系,2018/12/7,哈尔滨工业大学（威海）,第2页,汽车转向系,第一节 概 述,第二节 转向器及转向操纵机构,第三节 转向传动机构,第四节 转向加力装置,第五节 转向油罐与转向液压泵,2018/12/7,哈尔滨工业大学（威海）,第3页,第一节 概 述,汽车在行驶的过程中,需按驾驶员的意志改变其行驶方向。就轮式汽车而言,实现汽车转向的方法是, 驾驶员通过一套专设的机构,使汽车转向桥(一般是前桥)上的车轮(转向轮)相对于汽车纵横线偏转一定角度。这一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，即称为汽车转向系。,一、汽车转向系的类型和组成,二两侧转向轮偏转角之间
2、的理想关系式,三转向系角传动比,2018/12/7,哈尔滨工业大学（威海）,第4页,一、汽车转向系的类型和组成,转向系可按照转向能源的不同分为机械转向系和动力转向系两大类。,1、机械转向系,2、动力转向系,2018/12/7,哈尔滨工业大学（威海）,第5页,1、机械转向系,机械转向系以驾驶员的体力作为转向能源，其中所有转力件都是机械的。机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。图23-1所示为机械转向系的组成和布置示意图。,2018/12/7,哈尔滨工业大学（威海）,第6页,从转向盘到转向轴这一系列部件和零件，均属于转向操纵机构。 由转向摇臂之转向梯形这一系列部件和零件（不包
3、含转向节），均属于转向传动结构。 目前，许多国内、外生产的新车型在转向操作机构中采用了万向传动装置（转向万向节和转向传动轴）。这有助于转向盘和转向器等部件和组件的通用化和系列化。 转向盘在驾驶室安放的位置和各国交通法规规定车辆靠道路左边还有右边通行有关。,2018/12/7,哈尔滨工业大学（威海）,第7页,2动力转向系,动力转向系是兼用驾驶室体力和发动机动力为转向能源的转向系。在转向加力装置失效时，一般还应能由驾驶员独立承担汽车转向任务。因此，动力转向系是在机械转向系的基础上加设一套转向加力设备而形成的。 属于转向加力装置的部件是：转向油罐9、转向液压泵10、转向控制阀5和转向动力缸12。,2
4、018/12/7,哈尔滨工业大学（威海）,第8页,二两侧转向轮偏转角之间的理想关系式,为了避免在汽车转向时产生路面对汽车的附加阻力和轮胎过快磨损，要求转向系能保证在汽车转向时，所有车轮均作纯滚动，显然，这只有在所有车轮的轴线都相交与一点时方能实现。此交点O称为转向中心 。 角 与 的理想关系式是：,2018/12/7,哈尔滨工业大学（威海）,第9页,由转向中心O到外转向轮与地面接触点的距离，称为车转弯半径。转弯半径越小，则汽车转向所需场地就越小。当外转向轮偏转角达到最大值 时，转弯半径R 最小。 在理想情况下，最小转弯半径 与 的关系为：,对于只用前桥转向的三轴汽车，由于中轮和后轮的轴线总是平
5、行的，故不存在理想的转向中心。计算转弯半径的时候，可以用一根与中、后轮轴线等距离的平行线作为理想的与原三轴汽车相当的双轴汽车的后轮轴线。,2018/12/7,哈尔滨工业大学（威海）,第10页,对于用第一、第三两车桥转向的三轴汽车（图22-4a），可以第二桥车轮轴线为基线，分别利用 求出第一桥和第三桥两侧车轮偏转角之间的理想关系式，作为设计上述两车桥的转向梯形的依据。对于利用第一、第二两车桥转向的四轴车，可以第三、四两桥轴线之间平行线为基线，分别求出这两转向桥两侧车轮偏转角的近似理想关系。,2018/12/7,哈尔滨工业大学（威海）,第11页,三转向系角传动比,转向盘的转动增量与转向摇臂转角的相
6、应增量之比 ,称为转向器角传动比。转向摇臂转角增量与转向盘所在的一侧的转向节的转角相应增量之比 ，称为转向传动机构角传动比。转向盘转角增量与同侧转向节相应转角增量之比则为转向系角传动比，以 表示，显然， 。 转向系统角传动比乱越大，则为了克服一定的地面转向阻力矩所需的转向盘上的转向力矩便越小，从而在转向盘直径一定时，驾驶员应加于转向盘的手力也越小。但过大，将导致转向操纵不够灵敏，即为了得到一定的转向节偏转角，所需的转向盘转角过大。因此，选取，时应适当兼顾转向省力和转向灵敏的要求。 选取 时应适当兼顾转向省力和转向灵敏的要求。转向系角传动比 主要取决于转向器角传动比 。,2018/12/7,哈尔
7、滨工业大学（威海）,第12页,机械转向系同时满足转向省力和转向灵敏要求的程度是很有限的。因此，普便采用动力转向已成为中型以上的货车和中级以上的轿车转向系的发展趋势。 汽车的转向操纵性能并不能完全取决于转向系，还与行驶系有关。汽车在直线行驶中，转向轮会受到偶然出现的地面侧向反力而发生意外偏转，因而汽车意外转向。为了使汽车稳定地保持直线方向，要求转向轮偶然发生偏转后能立即自动回到相应于直线行驶的中立位置。在第二十章所述及的转向主销的后倾和内倾，即是为保证转向轮这一自动回正性能而在行驶系中所采取的结构措施之一。此外，悬架导向机构的结构和布置以及轮胎的径向和侧向刚度，都对汽车转向操纵性有很大影响。,2
8、018/12/7,哈尔滨工业大学（威海）,第13页,第二节 转向器及转向操纵机构,一、转向器的传动效率及转向盘自由行程,二、转向器,三、转向操纵机构,2018/12/7,哈尔滨工业大学（威海）,第14页,一、转向器的传动效率及转向盘自由行程,1、转向器传动效率,2、转向盘自由行程,2018/12/7,哈尔滨工业大学（威海）,第15页,1、转向器传动效率,转向器的输出功率于输入功率之比，称为转向器传动效率。在功率由转向轴输入、由转向摇臂输出的情况下求得的传动效率。称为正效率；而传动方向与上述相反时求得的效率，则为逆效率。逆效率很高的转向器很容易经转向传动机构传来的路面反力传到转向轮和转向盘上，故
9、称为可逆式转向器。可逆式转向器有利于汽车转向结束后转向轮和转向盘自动回正，但也能将坏路对车轮的冲击力传到转向盘，发生“打手“情况。,2018/12/7,哈尔滨工业大学（威海）,第16页,逆效率很低的转向器，称为不可逆式转向器。不平道路对转向轮的冲击载荷输入到这种器，即由其中各传动零件（主要是传动副）承受，而不会传到转向盘上。路面作用于转向轮上的回正力矩同样也不能传到转向盘。这就使得转向轮自动回正成为不可能。此外，道路的转向阻力距也不能反馈到转向盘，使得驾驶员不能得到路面反馈信息（所谓丧失“路感”），无法据以调节转向力矩。 逆效率略高于不可逆式的转向器，称为极限可逆式转向器，其反向传力性能介于可
10、逆式和不可逆式之间，而接近于不可逆式。采用这种转向器时，驾驶员能有一定的路感，转向轮自动回正也可实现，而且只有在路面冲击很大时，才能部分地传到转向盘。现代汽车上一般不采用不可逆式转向器。经常在良好路面上行驶的汽车，多采用可逆式转向器。极限可逆式转向器，多用于中型以上越野汽车和工矿用自卸汽车。,2018/12/7,哈尔滨工业大学（威海）,第17页,2、转向盘自由行程,单从转向操纵灵敏而言，最好是转向盘和转向节的运动同步开始并同步终止。然而，这在实际上是不可能的。因为在整个转向系中，各传动件之间都必然存在着装配间隙，并且这些间隙将随着零件的磨损而增大。在转向盘转向过程的开始阶段。此后，才需要对转向
11、盘施加更大的转向力矩以克服经车轮传到转向节上的转向阻力矩，从而实现使各种转向轮偏转的目的。转向盘在空转阶段中的角行程，称为转向盘自由行程。转向盘自由行程对于缓和路面冲击及避免使驾驶员过度紧张时有利的，但不宜过长，以免过分影响灵敏性。一般来说，转向盘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1015。当零件磨损严重到使转向盘自由行程超过2530时，必须进行调整。,2018/12/7,哈尔滨工业大学（威海）,第18页,二、转向器,1、齿轮齿条式转向器,2、循环球式转向器,3、蜗杆曲柄指销式转向器,2018/12/7,哈尔滨工业大学（威海）,第19页,1、齿轮齿条式转向器,2018
12、/12/7,哈尔滨工业大学（威海）,第20页,1、齿轮齿条式转向器,齿轮齿条式转向器由于具有结构简单、紧凑，重量轻，刚性大，转向灵敏，制动容易，成本低，正逆效率很高，而且特别适合于烛式和麦弗逊式悬架配用，便于布置等优点，因此，目前它在轿车和微型、轻型货车上得到了广泛的应用。 图23-5所示为红旗CA7220型轿车的齿轮齿条式转向器。,2018/12/7,哈尔滨工业大学（威海）,第21页,齿轮齿条式转向器,2018/12/7,哈尔滨工业大学（威海）,第22页,齿条齿轮转向系的变比操纵,2018/12/7,哈尔滨工业大学（威海）,第23页,如图所示，在转向齿条的中部用螺栓（图中未显示出来）与转向拉
13、杆的托架10联接，转向左、右横拉杆11、9的外侧与转向臂13相连（右转向节臂图中未显示出来）。当转动转向盘时，转向齿轮转动，使与之啮合的转向齿条沿轴线移动，从而使左、右横拉杆带动左、右转向节移动，使转向轮偏转，以实现汽车转向。,由上述可见，采用齿轮齿条式转向器还可以使转向传动机构简化，不需要转向摇臂和转向直拉杆等。这也是目前在轿车和微、轻型载货汽车上应用日趋广泛的原因之一。,2018/12/7,哈尔滨工业大学（威海）,第24页,2、循环球式转向器,2018/12/7,哈尔滨工业大学（威海）,第25页,2、循环球式转向器,循环球式转向器也是目前国内、外汽车上较为流行的一种结构形式。循环球式转向器
14、中一般有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿轮齿条传动副或滑块曲柄销传动副。 图23-7所示为解放CA1040系列轻型载货汽车的循环球-齿条齿扇式转向器。,2018/12/7,哈尔滨工业大学（威海）,第26页,为了减少转向螺杆和转向螺母之间的摩擦，两者之间的螺纹以沿螺旋槽滚动的许多钢球5代之，以实现滑动摩擦变为滚动摩擦。 转向螺杆转动时，通过钢球将力传给螺母， 螺母即沿轴线移动。同时，在螺杆与螺母两者和钢球间的摩擦力偶作用下，所有钢球便在螺旋管状通道内滚动，形成“球流”。 循环球式转向器的正传动效率很高（可达90%95%），故操纵轻便，使用寿命长，工作平稳、可靠。但其逆效率也很高，容
15、易将路面冲击力传到转向盘。不过，对于前轴轴载质量不大而又经常在平坦路面上行驶的轻、中型载货汽车而言，这一缺点影响不大。因此，循环球式转向器已广泛应用于各类各级汽车。,2018/12/7,哈尔滨工业大学（威海）,第27页,3、蜗杆曲柄指销式转向器,蜗杆曲柄指销式转向器的传动副（图23-8）以转向蜗杆3为主动件，其从动件是装在摇臂轴1曲柄端部的指销2。转向蜗杆转动时，与之啮合的指销即绕摇臂轴轴线沿圆弧运动，并带动摇臂转动。,2018/12/7,哈尔滨工业大学（威海）,第28页,蜗杆式转向器,2018/12/7,哈尔滨工业大学（威海）,第29页,图23-9所示为东风EQ1090E型汽车的蜗杆曲柄双指
16、销式转向器。具有梯形载面螺纹的转向蜗杆3支撑于转向器壳体两端的两个角接触轴承2和9上。转向器盖上装有调整螺塞7，用以调整上述两轴承的紧度，调整后用螺母8锁紧。,2018/12/7,哈尔滨工业大学（威海）,第30页,特点： 双指销式转向器在中间及其附近位置时，其两指销均与蜗杆啮合，故每个指销所受载荷较单指销式转向器的指销载荷为小，因而其工作寿命较长。当摇臂轴转角相当大时，一个指销与蜗杆脱离啮合，另一指销仍保持啮合，因此，双指销式的摇臂轴转角范围较单指销式为大。但双指销式结构较复杂，对蜗杆的加工精度要求也较高。,2018/12/7,哈尔滨工业大学（威海）,第31页,三、转向操纵机构,1.转向操纵机构的组成和布置,2.转向盘,3.转向轴和转向柱管的吸能装置,2018/12/7,哈尔滨工业大学（威海）,第32页,1.转向操纵机构的组成和布置,从转向盘到转向传动轴这一系列部件和零件属于转向操纵机构。如图所示，它包括转向盘1、转向柱管2、转向轴15、上万向节8、下万向节11和转向传动轴9等。,2018/12/7
