转向系PPT课件.ppt

第四篇转向系与制动系统 1 1 功用 改变或恢复汽车行驶方向的专设机构 保证汽车能按驾驶员的意志而进行转向行驶 2 组成 转向操纵机构转向器转向传动机构 23 1概述 2 当前轮为独立悬架时 机械转向系统的组成及布置与红旗CA7220型轿车相似 转向操纵机构 从转向盘到转向器之间的一系列零部件 3 转向盘 转向轴 转向万向节 转向器 转向摇臂 转向直拉杆 转向节臂 转向节 梯形臂 横拉杆 转向梯形 当前轮为非独立悬架时 机械转向系统的组成及布置如下图所示 由于转向盘距离转向器较远 二者之间用万向节和传动轴构成的万向传动装置相连 4 转向梯形 转向器输出的动力传给左转向节 为使右转向节及其支承的右转向轮随之偏转相应角度 设置转向梯形传力 与独立悬架相配的转向系也有转向梯形 只是转向横拉杆分成了两部分而已 转向盘的安装位置 与各国交通法有关 左肽车 规定车辆右侧通行 如中国 美国等右肽车 规定车辆左侧通行 如英国 日本 英殖民地 英属国家 中国香港等 最早是为了马车鞭子不伤及路人而设置 主要是考虑汽车的视野的广阔问题 5 6 对于重型汽车而言 驾驶员通过机械传动系统加于转向节的力远不足以使转向轮偏转而实现转向 故转向装置应特别可靠 定义 动力转向系统是兼用驾驶员体力和发动机 或电动机 的动力作为转向能源的转向系统 动力转向系统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 7 机械转向器 转向摇臂 转向拉杆 转向节 梯形臂 转向横拉杆 转向油罐 转向油泵 转向控制阀 转向动力缸 转向动力缸 8 9 10 三 转向系术语 1 转向中心与转弯半径 1 转向中心 汽车转向时 要求所有车轮轴线都应相交于一点 此交点O称为转向中心 2 转弯半径 由转向中心O到外转向轮与地面接触点的距离R称为汽车的转弯半径 ctg ctg B L所以必须精心设计转向梯形的几何参数 但转向梯形只能设计得在一定的车轮偏转角范围内 使两侧车轮偏转角关系接近理想关系 11 2 最小转弯半径 当外转向轮偏转角达到最大时 转弯半径最小 Rmin L sin min 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 12 3 转向系角传动比 转向器角传动比iw1 转向盘转角增量与转向摇臂转角的相应增量之比 转向摇臂转角增量与转向盘所在一侧的转向节的转角相应增量之比 转向传动机构传动比iw2 转向系角传动比i 转向系角传动比越大 转向越轻便 但传动比过大 将导致转向操纵不够灵敏 i iw1 iw2 4 转向盘自由行程 转向盘在空转阶段中的角行程 自由行程过大 转向不灵敏 自由行程过小 路面冲击大 驾驶员过度紧张 13 组成 转向操纵机构由转向盘 转向轴 转向管柱等组成 作用 是将驾驶员转动转向盘的操纵力传给转向器 23 2机械转向器 一 转向操纵机构 14 1 转向盘 1 组成 它主要由轮毂 轮辐和轮圈组成 转向盘轮毂的细牙内花键与转向轴连接 转向盘上都装有喇叭按钮 有些轿车的转向盘上还装有车速控制开关和安全气囊 15 2 转向轴和转向柱管及其吸能装置转向轴是将驾驶员作用于转向盘的转向操纵力矩传给转向器的传力轴 它的上部与转向盘固定连接 下部装有转向器 现代汽车的转向轴除装有柔性万向节外 有的还装有能改变转向盘工作角度 转向轴的传动方向 和转向盘高度 转向轴轴向长度 的机构 以方便不同体型驾驶员的操纵 转向吸能装置 当转向轴受到巨大冲击而产生轴向位移时 使支架或某些支承件产生塑性变形 从而吸收冲击能量 16 1 转向轴错位缓冲 17 2 转向轴错位和支架变形缓冲 18 3 转向柱管变形吸收冲击能量并缓冲 当如果汽车上装用了网格状或波纹管式转向柱管吸能装置 当发生猛烈撞车导致人体冲撞转向盘时 网格部分或波纹管部分将被压缩产生塑性变形 吸收冲击能量 19 3 转向安全装置此类转向操纵机构的转向管柱分为上下两段 当发生撞车时 上下两段相互分离或相互滑动 从而有效地防止转向盘对驾驶员的伤害 但转向操纵机构本身不包含有吸能装置 20 2 传动效率 1 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 2 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 3 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 功用 增大转向盘传到转向节的力 并改变力的传递方向 1 转向器的传动比及转动效率 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 21 转向器按结构不同分为 齿轮齿条式转向器及循环球式转向器 2 转向器 1 转向横拉杆2 防尘套3 球头座4 转向齿条5 转向器壳体6 调整螺塞7 压紧弹簧8 锁紧螺母9 压块10 万向节11 转向齿轮轴12 向心球轴承13 滚针轴承 22 23 应用 适合与麦弗逊式独立悬架配用 奥迪 上海桑塔纳 天津夏利 南京依维柯等 24 25 26 循环球式转向器 组成 一般有两级传动副 第一级是螺杆螺母传动副 第二级是齿条齿扇传动副 常用于各种轻型和中型货车 也用于部分轻型越野汽车 27 第一级螺杆螺母传动副 第二级齿条齿扇传动副 28 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 工作过程 29 3 蜗杆曲柄指销式转向器 具有梯形截面螺纹的转向蜗杆支承在转向器壳体两端的球轴承上 蜗杆与锥形指销相啮合 指销用双列圆锥滚子轴承支于摇臂轴内端的曲柄孔中 当转向蜗杆随转向盘转动时 指销沿蜗杆螺旋槽上下移动 并带动曲柄及摇臂轴转动 30 目前汽车使用的蜗杆曲柄指销式转向器多数是双指销式 即有两个指销 其结构如下图所示 31 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 与非独立悬架配用的转向传动机构主要包括转向摇臂 转向直拉杆转向节臂和转向梯形 1 与非独立悬架配用的转向传动机构 是将转向器输出的力和运动传到转向桥两侧的转向节 使两侧转向轮偏转 且使两转向轮偏转角按一定关系变化 以保证汽车转向时车轮与地面的相对滑动尽可能小 32 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 悬架左摆管 9 悬架 当转向轮独立悬挂时 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 33 结构 大端与转向摇臂轴相连 小端与转向拉杆绞接 安装 摇臂与摇臂轴安装时要对正记号 以保证摇臂从中间向两边摆动时摆角大致相同 34 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 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 35 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 36 作用 是克服汽车行驶时转向轮产生的摆振 并提高汽车行驶的稳定性和乘座的舒适性 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 转向减振器 37 用以将发动机 或电机 输出的部分机械能转化为压力能 并在驾驶员控制下 对转向传动装置或转向器中某一传动件施加不同方向的液压或气压作用力 以助驾驶员施力不足的一系列零部件 总称为动力转向器 采用动力转向系统的汽车转向所需的能量 在正常情况下 只有小部分是驾驶员提供的体能 而大部分是发动机 或电机 驱动的油泵 或空气压缩机 所提供的液压能 或气压能 1 什么是动力转向器 2 动力来源 38 2 根据机械式转向器 转向动力缸和转向控制阀三者在转向装置中的布置和联接关系的不同 液压动力转向装置分为整体式 机械式转向器 转向动力缸和转向控制阀三者设计为一体 组合式 把机械式转向器和转向控制阀设计在一起 转向动力缸独立 和分离式 机械式转向器独立 把转向控制阀和转向动力缸设计为一体 三种结构型式 一 动力转向类型 1 按传能介质的不同 动力转向器有气压式和液压式两种 液压动力转向器的工作压力可高达10MPa以上 故其部件尺寸很小 液压系统工作时无噪声 工作滞后时间短 而且能吸收来自不平路面的冲击 因此 液压动力转向器已在各类各级汽车上获得广泛应用 39 1 组成 动力转向系统是在机械式转向系统的基础上加一套动力辅助装置组成的 转向油泵安装在发动机上 由曲轴通过皮带驱动并向外输出液压油 转向油罐有进 出油管接头 通过油管分别与转向油泵和转向控制阀联接 转向控制阀用以改变油路 机械转向器和缸体形成左右两个工作腔 它们分别通过油道和转向控制阀联接 二 动力转向系的组成及工作原理 40 当汽车直线行驶时 转向控制阀2将转向油泵6泵出来的工作液与油罐相通 转向油泵处于卸荷状态 动力转向器不起助力作用 当汽车需要向右转向时 驾驶员向右转动转向盘 转向控制阀将转向油泵泵出来的工作液与R腔接通 将L腔与油罐接通 在油压的作用下 活塞向下移动 通过传动结构使左 右轮向右偏转 从而实现右转向 向左转向时 情况与上述相反 二 动力转向系的组成及工作原理 2 工作原理 41 三 液压助力转向系统 1 常压式液压助力转向系统 其特点是无论转向盘处于中立位置还是转向位置 也无论转向盘保持静止还是运动状态 系统工作管路中总是保持高压 42 2 常流式液压助力转向系统 其特点是转向油泵始终处于工作状态 但液压助力系统不工作时 基本处于空转状态 多数汽车都采用常流式液压助力转向系统 43 3 液压助力转向系统的转向控制阀 1 滑阀 阀体沿轴向移动来控制油液流量的转向控制阀 称为滑阀式转向控制阀 简称滑阀 44 3 液压助力转向系统的转向控制阀 2 转阀 阀体绕其轴线转动来控制油液流量的转向控制阀 称为转阀式转向控制阀 简称转阀 45 1 直线行驶 46 47 48 动力转向器工作过程演示 49 4 常流式液压助力转向系统的结构布置方案 50 5 整体式动力转向器 桑塔纳2000轿车采用的是整体式动力转向器 由转阀 齿轮齿条式转向器和转向动力缸组成的整体式动力转向器如下图所示 转向动力缸的助力直接作用在齿条上 齿条的动力由一端输出 51 52 53 54 55 56 6 转向油罐与转向油泵 转向油罐和油泵是实现动力转向的必备部件 桑塔纳2000轿车的布置如下图所示 57 1 转向油罐 转向油罐的作用是储存 滤清并冷却液压助力转向系统的工作油液 58 1 作用 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 有部分采用齿轮泵 l 驱动轴2 壳体3 前配油盘4 叶片5 储油罐6 定子7 后配油盘8 后盖9 弹簧10 管接头11 柱塞12 阀杆13 钢球14 转子A 出油口B 出油腔C 进油腔D 油道H 主量孔 2 结构 59 进油口 出油口 叶片式油泵 3 叶片泵的工作原理 60 4 齿轮泵的工作原理 61 7 电控液压助力转向系统 在传统液压助力转向系统的基础上加装电控系统 使辅助转向力的大小不仅与转向盘的转角增量 或角速度 有关 还与车速有关 就形成了电控液压助力转向系统 与传统液压助力转向系统相比 增加了液压反应装置和液流分配阀 而加设的电控系统则包括动力转向ECU 电磁阀和车速传感器等 电控液压助力转向系统利用电控单元根据车速调节作用在转向盘上的阻力 通过控制转向控制阀的开启程度以改变液压助力系统辅助力的大小 从而实现辅助转向力随车速而变化的助力特性 62 63 8 电动助力转向系统 电动助力转向 简称EPS 系统利用直流电动机提供转向动力 辅助驾驶员进行转向操作 电动助力转向系统根据其助力机构的不同可以分为电动液压式 简称EPHS 和电动机直接助力式两种 1 电动液压助力转向系统 电动液压助力转向系统的液压泵 齿轮泵 通过电动机驱动 与发动机在机械上毫无关系 助力效果只与转向盘角速度和行驶速度有关 是典型的可变助力转向系统 其特点是由ECU提供供油特性 汽车低速行驶时助力作用大 驾驶员操纵轻便灵活 在高速行驶时转向系统的助力作用减弱 驾驶员的操纵力增大 具有明显的 路感 既保证转向操纵的舒适性和灵活性 又提高了高速行驶中转向的稳定性和安全感 64 65 2 直接助力式电动转向系统 直接助力式电动转向系统是一种直接依靠电动机提供辅助转矩的动力转向系统 可以根据不同的使用工况控制电动机提供不同的辅助动力 原理 66 2 直接助力式电动转向系统 类型 67 2 直接助力式电动转向系统 优点 1 效率高 能量消耗少 2 系统内部采用刚性连接 反应灵敏 滞后小 驾驶员的 路感 好 3 结构简单 质量小 4 系统便于集成 整体尺寸减小 省去了油泵和辅助管路 总布置更加方便 5 无液压元件 对环境污染少 缺点 1 直接助力式电动转向系统提供的辅助动力较小 难以用于大型车辆 2