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第11章转向系统 桑塔纳转向系 11 1转向系概述 11 1 1功用转向系统的功用是将驾驶员加在转向盘上的力矩放大 并降低速度 然后传给转向传动机构 改变和保持汽车的行驶方向 11 1 2转向系统的类型及组成汽车转向系统按转向时的控制能源的不同分为机械式转向系统和动力式转向系统两大类 1 机械式转向系统机械式转向系统以驾驶员的体力 手力 作为转向能源的转向系统 其中所有传力件都是机械的 l 转向盘2 安全转向轴3 转向节4 转向轮5 转向节臂6 转向横拉杆7 转向减振器8 机械转向器 机械式转向系的工作过程 2 动力转向系 1 方向盘 2 转向轴3 转向中间轴4 转向油管5 转向油泵6 转向油罐7 转向节臂8 转向横拉杆9 转向摇臂10 整体式转向器11 转向直拉杆12 转向减振器 2 助力转向系统转向器输入轴还带动转向器内部的转向控制阀转动 使转向动力缸产生液压作用力 帮助驾驶员转向操纵 这样 为了克服地面作用于转向轮上的转向阻力矩 驾驶员需要加于转向盘上的转向力矩 比用机械转向系统时所需的转向力矩小得多 转向系统角传动比 转向时车轮运动规律 1 转向系统角传动比转向盘的转角与安装在转向盘同侧的转向轮偏转角的比值 2 转向时车轮运动规律 11 2机械式转向系统 11 2 1机械式转向系统的组成及原理 图11 2机械转向系统示意图1 转向盘 2 转向轴 3 转向万向节 4 转向传动轴 5 转向器 6 转向摇臂 7 转向直拉杆 8 转向节臂 9 左转向节 10 12 梯形臂 11 转向横拉杆 13 右转向节 1 组成机械式转向系统由转向操纵机构 转向器和转向传动机构3大部分组成 2 机械式转向系统的原理汽车转向时 驾驶员转动转向盘 通过转向轴 万向节和转向传动轴 将转向力矩输入转向器 转向器中有1 2级啮合传动副 具有减速增力作用 经转向器减速后的运动和增大后的力矩传到转向摇臂 再通过转向直拉杆传给固定于左转向节上的转向节臂 使左转向节及装于其上的左转向轮绕主销偏转 左 右梯形臂的一端分别固定在左 右转向节上 另一端则与转向横拉杆作球铰链连接 当左转向节偏转时 经梯形臂 横拉杆和梯形臂的传递 右转向节及装于其上的右转向轮随之绕主销同向偏转相应的角度 转向摇臂 转向直拉杆 转向节臂 梯形臂和转向横拉杆总称为转向传动机构 梯形臂 转向横拉杆和前轴构成转向梯形 其作用是在汽车转向时 使内 外转向轮按一定的规律进行偏转 11 2 2机械式转向器 1 转向器的功用 类型及传动效率1 转向器的功用转向器是转向系统中的减速增力传动装置 其功用是增大由转向盘传到转向节的力 并改变力的传递方向 2 转向器的类型转向器的种类较多 一般是按转向器中啮合传动副的结构形式分类 目前应用较广泛的有蜗杆曲柄指销式 循环球式和齿轮齿条式等几种 3 转向器的传动效率转向器的输出功率与输入功率之比称为转向器传动效率 当功率由转向盘输入 从转向摇臂输出时 所求得的传动效率称为正效率 反之则称为逆效率 2 蜗杆曲柄指销式转向器的构造和工作原理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部的指销 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 并带动摇臂轴转动 它主要由转向器壳体 转向蜗杆 转向摇臂和指销等组成 汽车转向时 驾驶员通过转向盘带动转向蜗杆 主动件 转动 与其相啮合的指销 从动件 一边自转 一边以曲柄为半径绕摇臂轴轴线在蜗杆的螺纹槽内做圆弧运动 从而带动曲柄和转向摇臂摆动 实现汽车转向 蜗杆曲柄指销式转向器传动副中的指销 可以如上述有两个 也可以只有一个 单销式与双销式在结构上基本一样 与双销式相比 单销式的结构较简单 但转向摇臂的摆角不大 一般总摆角只有80 而双销式的则可达120 左右 因为当摇臂轴转角很大时 双销式中的一个指销虽已与蜗杆脱离啮合 但另一个指销仍保持啮合 3 齿轮齿条式转向器的构造和工作原理 齿轮齿条式转向器主要由转向器壳体 转向齿轮及转向齿条等组成 转向器通过转向器壳体的两端用螺栓固定在车架上 工作过程 只有一级传动 转向齿轮与转向盘柔性相连 转向齿条水平布置 转动转向齿轮 转向齿条水平轴向移动 带动左右横拉杆带动左右转向节使转向轮偏转 实现汽车转向 应用于前轮为独立悬架的轻微型轿货车 桑塔纳 夏利 南京依维柯等 优点 转向机构简化 无需转向摇臂 转向直拉杆 1 循环球式转向器 第二级齿条齿扇传动副 4 循环球式转向器的构造和工作原理循环球式转向器转向螺杆转动时 通过钢球将力传给转向螺母 螺母即沿轴向移动 同时 在螺杆及螺母与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 在转向器工作时 两列钢球只是在各自的封闭流道内循环 不会脱出 第一级螺杆螺母传动副 循环球式转向器工作过程 特点 正传动效率很高 操纵轻便 使用寿命长 但逆效率也高 容易将路面冲击力传到转向盘上 11 2 3机械式转向操纵机构 1 转向操纵机构的组成与布置转向操纵机构一般由方向盘 转向轴 转向柱管 万向节及转向传动轴等组合 它的主要作用是操纵转向器和转向传动机构 使转向轮偏转 2 转向轴和转向柱管的吸能装置近年来 由于公路的改善和汽车车速的提高 许多国家都制定了严格的安全法规 对于轿车 除要求装有吸能式转向盘外 还要求转向柱管也必须备有缓和冲击的吸能装置 转向轴和转向柱管的吸能装置有多种形式 其基本结构原理是 当受到巨大冲击时 转向轴产生轴向位移 使支架或某些支承件产生塑性变形 从而吸收冲击能量 11 2 4转向传动机构 转向传动机构将转向器输出的力传给转向轮 且使二转向轮偏转角按一定的关系变化 实现汽车顺利转向 转向梯形机构 转向节臂 横拉杆 轴有整体式 对非独立悬架 和分段式 对独立悬架 为避免在汽车转向产生的路面对汽车行驶的附加阻力和轮胎的快速磨损 要求转向系能保证汽车时 所有车轮作纯滚动 这时 只有所有车轮的轴线交于一点才能实现 此交点称为转向中心 1 与非独立悬架配用转向传动机构 1 转向器2 转向摇臂3 转向直拉杆4 转向节臂5 梯形臂6 转向横拉杆 2 与独立悬架配用转向传动机构 当转向轮独立悬架时 每个转向轮都需要相对于车架作独立运动 因而转向桥必须是断开式的 与此相应 转向传动机构中的转向梯形也必须是断开式的 1 转向摇臂2 转向直拉杆3 左转向横拉杆4 右转向横拉杆5 左梯形臂6 右梯形臂7 摇杆8 悬架左摆臂9 悬架右摆臂10 齿轮齿条式转向器 1 转向摇臂 2 转向直拉杆 转向直拉杆的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 它所受的力既有拉力 也有压力 因此直拉杆都是采用优质特种钢材制造的 以保证工作可靠 在转向轮偏转而且因悬架弹性变形而相对于车架跳动时 转向直拉杆与转向摇臂及转向节臂的相对运动都是空间运动 因此 为了不发生运动干涉 三者之间的连接件都是球形铰链 接转向节臂 螺塞调弹簧6的预紧度 油嘴 球头销 直拉杆 接转向摇臂 3 转向横拉杆 两接头借螺纹与横拉杆体连接 接头旋装到横拉杆体上后 用夹紧螺栓夹紧 横拉杆体两端的螺纹 一为右旋 一为左旋 因此 在旋松夹紧螺栓以后 转动横拉杆体 可改变横拉杆的总长度 来调节前轮前束 4 转向减振器 现代汽车的转向轮有时会产生摆振 转向轮绕主销轴线往复摆动 甚至引起整车车身的振动 这不仅影响汽车的稳定性 而且还影响汽车的舒适性 加剧前轮轮胎的磨损 在转向传动机构中设置转向减振器是克服转向轮摆振的有效措施 转向减振器的一端与车身 或前桥 铰接 另一端与转向直拉杆 或转向器 铰接 1 连接环衬套2 连接环橡胶套3 油缸4 压缩阀总成5 活塞及活塞杆总成6 导向座7 油封8 挡圈9 轴套及连接环总成10 橡胶储液缸 11 3助力转向器 1 功用在转向阻力较大时 可以减轻驾驶员的疲劳强度 改善转向系统的技术性能 2 分类按工作介质分为液压式和气压式 1 液压式 工作时无噪声 工作滞后时间短 且能吸收来自不平路面的冲击 2 气压式 前轴最大轴载质量为3 7吨并采用气压制动的货车或轿车 趋于淘汰 11 3 1液压动力转向器 ab图11 18循环球式液压助力转向器1 阀芯 2 旋塞 3 上盖 4 阀座 5 阀杆 6 弹簧 7 18 钢球 8 壳体 9 螺母 10 调节螺栓 11 螺母 12 转向螺母 活塞 3 17 定位销 14 扭杆 15 螺杆 16 齿扇轴 摇臂轴 19 轴承 O 回油环槽 P 进油环槽 L 左腔环槽 R 右腔油孔 A 限位阀腔 a 结构图 b 原理图 l 转向操纵机构2 转向控制阀3 机械转向器与转向动力缸总成4 转向传动结构5 转向油罐6 转向油泵R 转向动力缸右腔L 转向动力缸左腔 2 液压助力转向器 分配阀 3 转向油泵 进油口 出油口 叶片式油泵 转向油泵是助力转向系统的动力源 转向油泵经转向控制阀向转向助力缸提供一定压力和流量的工作油液 目前 转向油泵大多采用双作用式叶片泵 11 3 2电控液压助力转向系统1 旁通流量式 图11 23旁通流量控制式液压助力转向系统1 转向油泵 2 储油罐 3 转向管柱 4 转向盘转速传感器 5 电控单元 6 线束 7 转速信号处理电路 8 流量控制阀 9 电磁阀 10 转向器 11 油管 12 转向控制阀 13 车速传感器 a 结构图 b 原理图 2 电动泵式 图11 25电动泵式液压助力转向系统示意图1 转向盘转速传感器 2 仪表板 3 转向报警灯 4 发动机管理单元