第三章_底盘2

1 第三节汽车转向系 2 驾驶员用来改变或恢复汽车行驶方向的机构称为汽车转向系 功用 保证汽车能按驾驶员的意愿进行直线或转向行驶 汽车行驶方向的改变是通过转向轮 一般是前轮 的偏转角度实现的 按照转向系能源的不同 汽车转向系可分为两大类 机械转向系 人力转向系 动力转向系 助力转向系 一 转向系的组成及功用 3 完全靠驾驶员的手力操纵 转向系所有传力件都是机械的 机械转向系由转向操纵机构 转向器和转向传动机构组成 1 机械转向系 4 5 在机械转向系统的基础上加设一套转向加力装置 例如液压装置 发动机带动油泵 产生助力高压油 驱动转向动力缸的活塞 推动横拉杆左右运动 从而增大了横拉杆对转动节臂的作用力 明显减小了驾驶员转向操纵力 比机械转向系小得多 2 动力转向系 6 7 3 正确转向条件 现代汽车内转向轮偏转角 约在35 40 之间 货车的最小转弯半径Rmin约为7 13m 转向系统要保证所有车轮均作纯滚动 所有车轮轴线的延长线都要相交于一点 此时内外侧轮的偏转角度不一致 前轮偏转时 内侧转向轮偏转角 应当大于外侧转向轮偏转角 内转向轮偏转角 应当大于外转向轮偏转角 在车轮为绝对刚体的假设条件下 角 与 的理想关系式应是 其中 分别是内外侧转向轮的偏转角 B是两侧主销轴线与地面相交点之间的距离 L是汽车轴距 8 转向系统要保证所有车轮均作纯滚动 所有车轮轴线的延长线都要相交于一点 内侧转向轮偏转角 应当大于外侧转向轮偏转角 要保证这一点 必须使用梯形转向机构 9 二 转向操纵机构 转向盘到转向器之间的所有零部件总称为转向操纵机构 10 转向盘由轮缘 轮辐和轮毂组成 轮辐一般为三根辐条或四根辐条 也有用两根辐条的 转向盘轮毂孔具有细牙内花键 借此与转向轴连接 转向盘内部是由成形的金属骨架构成 骨架外面一般包有柔软的合成橡胶或树脂 也有包皮革的 这样可有良好的手感 而且还可防止手心出汗时握转向盘打滑 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撞车时保护驾驶员的气囊装置 1 转向盘 11 转向轴是连接转向盘和转向器的传动件 并传递它们之间的转矩 转向柱管安装在车身上 支承着转向盘 转向轴从转向柱管中穿过 支承在柱管内的轴承和衬套上 2 转向轴 12 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 而且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 当转向轴受到巨大冲击时 转向轴产生轴向位移 或支架或某些支承件产生塑性变形 从而吸收冲击能量 转向轴和转向柱管的吸能装置 13 1 转向轴错位缓冲 14 2 转向柱管变形吸收冲击能量并缓冲 15 转向器的类型 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 三 机械转向器 转向器是转向增力机构 作用是 1 增大转向盘到转向节的力 2 改变力的传递方向 16 齿轮齿条式转向器由转向壳体 转向齿轮 转向齿条等组成 转动转向盘时 转向齿轮带动转向齿条轴向移动 使横向拉杆带动转向节转动 使汽车轮偏转 实现汽车转向 齿轮齿条式转向器具有结构简单 紧凑 重量轻 刚性大 转向灵敏 制造容易 成本低 而且特别适于与烛式和麦弗逊式悬架配用 便于布置等优点 1 齿轮齿条式转向器 三 机械转向器 17 18 循环球式转向器中一般有两级传动副 第一级是螺杆螺母传动副 第二级是齿条齿扇传动副 循环球式转向器的正传动效率很高 故操纵轻便 使用寿命长 工作平稳 可靠 是目前国内 外汽车上较为流行的一种结构形式 已广泛应用于各类各级汽车 2 循环球式转向器 19 20 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 3 蜗杆曲柄指销式转向器 21 为了便于驾驶员驾驶 转向盘的安装高度和倾角是可以调节的 22 23 四 动力转向器 使用动力转向器转向时 只有小部分能量由驾驶员提供 大部分是将发动机输出的部分机械能转化为压力能 液压或气压 或电能 并在驾驶员控制下 对转向传动装置或转向器施加辅助作用力 以帮助驾驶员进行转向 动力转向系统由机械转向器和转向加力装置组成 根据助力能源形式的不同可以分为液压助力 气压助力和电动机助力三种类型 气压动力转向器主要应用于部分货车和客车 液压动力转向器部件尺寸很小 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 24 液压助力转向系统 常流式或常压式 转动转向盘时 通过导通控制阀的油路 使来自油泵的油输入到转向动力缸的左缸或右缸 增大转向力 以帮助驾驶员进行转向 25 26 直接助力式电动转向系统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 27 转向传动机构包括横拉杆 转向节臂 转向节等 转向时 转向器输出的力和运动通过横拉杆和转向节臂传到转向桥两侧的转向节 转向节装有转向车轮 使两侧转向轮偏转 五 转向传动机构 28 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臂 1 与非独立悬架配用 29 在前桥仅为转向桥的情况下 转向梯形一般布置在前桥之后 在发动机位置较低或转向桥兼充驱动桥的情况下 为避免运动的干涉 往往将转向梯形布置在前桥之前 若转向摇臂不是在汽车纵向平面内前后摆动 而是在与道路平行的平面内左右摆动 则可将转向直拉杆横置 并借球头销直接带动转向横拉杆 推使两侧梯形臂转动 30 1 转向摇臂 循环球式转向器和蜗杆曲柄指销式转向器通过转向摇臂与转向直拉杆相连 31 当转向轮独立悬挂时 每个转向轮分别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分成两段或三段并且由在平行于路面的平面中摆动的转向摇臂直接带动或通过转向直拉杆带动 2 与独立悬架配用 32 2 与独立悬架配用 33 2 与独立悬架配用 34 四轮转向 4WS4WheelSteering 是指后轮和前轮一样 都具有一定的转向功能 四轮转向的主要目的是增强车辆在高速行驶或者在侧向风力作用下的操纵稳定性 便于由一个车道向另一个车道的移动调整 改善低速转向时的操纵轻便性 减少调头时的转弯半径 四轮转向装置的汽车 后轮不仅可以与前轮同方向转向 也可以与前轮反方向转向 前后轮相互配合 可有效减弱倾翻作用力 使侧滑和侧翻机会减少 从而保障了行车的安全 六 四转向系统 35 低速转向时两轮转向与四轮转向的比较 低速行驶时 后轮作逆向转向 与前轮方向相反 使转弯半径小 机动性能好 二轮转向 2WS 时 因后轮不转向 旋转中心在后轴的延长线上 使转弯半径大 机动性能差 六 四转向系统 36 四轮转向轿车的前后轮转向装置之间的联系形式有机械式 也有液压式 电子式等 目前四轮转向装置已将机械 液压 电子 传感器及微处理机控制技术紧密结合在一起 在很大程度上改善轿车的转向特性 提高了操纵稳定性 六 四转向系统 37 第四节汽车制动系 38 驾驶员对汽车进行强制制动的一系列专门装置称为制动系统 功能是减速停车 驻车制动 汽车有两套独立的制动系统 行车制动系统和驻车制动系统 行车制动系统 又称脚制动系统 使运动的汽车减速或停车 驻车制动系统 又称手制动系统 汽车停放时 要求停的稳 不溜滑 紧急情况下 两套系统可以配合使用 加强制动效果 一 汽车制动系的功能 组成 类型和工作原理 1 功能 39 2 制动系统的组成 制动系统由制动操纵机构 踏板或手柄 制动传动机构 制动器组成 例如行车制动系统 制动时 踏下制动踏板 制动主缸里的制动液通过管路到达各个制动器 产生制动力 40 3 制动系统的工作原理 41 4 制动系统的类型 1 按制动能源分类1 人力制动系统 以驾驶员体力作为制动能源 2 动力制动系统 将发动机动力转化的液压或气压作为制动能源 3 伺服制动系统 兼用人力和发动机动力作为制动能源 目前所有汽车都采用双回路制动系统 2 按制动能量的传输方式分类1 机械式2 气压式3 液压式4 电磁式 42 二 制动器 制动器是通过产生制动力矩阻止车轮运动的部件 一般汽车使用的制动器的制动力矩都是利用固定元件与旋转元件工作表面的摩擦 因此称为摩擦制动器 摩擦制动器 按照结构分为鼓式制动器和盘式制动器 按照安装位置分为车轮制动器和中央制动器 旋转元件固装在车轮上的制动器称为车轮制动器 制动力矩直接作用于车轮上 旋转元件固装在半轴上的制动器称为中央制动器 43 1 鼓式制动器 制动蹄促动装置 对蹄端加力使蹄转动的装置 制动蹄促动装置有轮缸 凸轮和楔 因此鼓式制动器又分为 轮缸式制动器 凸轮式制动器 楔式制动器 鼓式制动器 旋转元件是制动鼓 工作表面是内圆柱面 固定元件是制动蹄 工作表面是外表面 制动时制动蹄在促动装置作用下向外旋转 外表面的摩擦片压靠到制动鼓的内圆柱面上 对鼓产生制动摩擦力矩 44 1 轮缸式制动器 1 领从蹄式制动器2 单向双领蹄式制动器 双向双领蹄式制动器3 双从蹄式制动器4 单向和双向自增力式制动器制动蹄在促动力作用下张开时的旋转方向与制动鼓的旋转方向一致 称为领蹄 反之 称为从蹄 45 1 领从蹄式制动器 特点 两个制动蹄各有一个支点 领从蹄式制动器的两个制动蹄作用在制动鼓上的法向反力大小不等 46 2 单向双领蹄式制动器 双向双领蹄式制动器 在制动鼓正向旋转时 两蹄均为领蹄的制动器称为双领蹄式制动器 单向双领蹄式制动器双向双领蹄式制动器 47 3 双从蹄式制动器 48 单向自增力式制动器双向自增力式制动器 49 4 单向自增力式制动器 双向自增力式制动器 单向自增力式制动器特点是两个制动蹄只有一个单活塞的制动轮缸 第二制动蹄的促动力来自第一制动蹄对顶杆的推力 两个制动蹄在汽车前进时均为领蹄 但倒车时能产生的制动力很小 双向自增力式制动器特点是两个制动蹄的上方有一个双活塞制动轮缸 无论汽车前进还是倒车 都与自增力式制动器相当 故称双向自增力式制动器 50 2 凸轮式制动器 凸轮式制动器是用凸轮取代制动轮缸对两制动蹄起促动作用 通常利用气压使凸轮转动 目前 所有国产汽车及部分外国汽车的气压制动系统中 都采用凸轮促动的车轮制动器 而且大多设计成领从蹄式 51 3 楔式制动器 楔式制动器中两蹄的布置可以是领从蹄式 作为制动蹄促动件的制动楔本身的促动装置可以是机械式 液压式或气压式 52 2 盘式制动器 全盘式制动器只有少数汽车 主要是重型汽车 采用为车轮制动器 这里只介绍钳盘式制动器 钳盘式制动器分为定钳盘式制动器和浮钳盘式制动器 盘式制动器主要有钳盘式和全盘式两种 1 钳盘式制动器旋转元件是制动盘 固定元件是制动钳 制动时 制动钳就像 钳夹 将制动盘钳住 阻碍制动盘转动 在车轮上产生制动力 制动盘的部分工作面与摩擦片接触 2 全盘式制动器固定元件和制动元件都是圆盘形的 制动盘的全部工作面可同时与摩擦片接触 盘式制动器摩擦副中的旋转元件是以端面工作的金属圆盘 被称为制动盘 53 54 特点是制动盘制动钳是固定的 两侧的制动块都有一个液压缸 1 定钳盘式制动器 55 2 浮钳盘式制动器 特点是制动盘制动钳是浮动的 只在浮动盘内侧设置一个液压缸 56 57 浮钳盘式制动器轴向和径向尺寸较小 此外 浮钳盘式制动器在兼做行车和驻车制动器时 只须在行车制动钳油缸附近加装一些用以推动油缸活塞的驻车制动机械传动零件即可 故自70年代以来 浮钳盘式制动器逐渐取代了定钳盘式制动器 盘式制动器的制动盘暴露在空气中 散热能力强 浸水后制动效能降低较少 只需要一两次制动即可恢复正常 结构简单 安装方便 盘式制动器不足之处是效能较低 目前 盘式制动器已广泛应用于轿车 但除了在一些高性能轿车上用于全部车轮以外 大都只用作前轮制动器 而与后轮的鼓式制动器配合 称为 前盘后鼓 的制动形式 特别是前置前驱的轿车 这样能够提高制动性能和制动时的方向稳定性 在货车上 盘式制动器也有采用 但离普及还有相当距离 58 59 三 驻车制动 驻车制动装置多和行车制动装置共用一套制动器 结构简单紧凑 已在轿车上得到普遍应用 驻车制动系统必须可靠地保证汽车在原地停驻 只能用机械锁止方法实现 因此多用机械式传动装置 60 61 驻车制动系统与行车制动系统共用后轮制动器 施行驻车制动时 驾驶员将驻车制动操纵杆向上扳起 通过平衡杠杆将驻车制动操纵缆绳拉紧 促动两后轮制动器 由于棘爪的单向作用 棘爪与棘爪齿板啮合后 操纵杆不能反转 驻车制动杆系能可靠地被锁定在制动位置 欲解除制动 须先将操纵杆扳起少许 再压下操纵杆端头的压杆按钮 通过棘爪压杆使棘爪离开棘爪齿板 然后将操纵杆向下推到解除制动位置 使棘爪得以将整个驻车机械制动杆系锁止在解除制动位置 驻车制动系统必须可靠地保证汽车在原地停驻 这一点只有用机械锁止方法才能实现 因此驻车制动系统多用机械式传动装置 62 在汽车制动时 如果车轮抱死滑移 车轮与路面间的侧向附着力将完全消失 如果只是前轮 转向轮 制动到抱死滑移而后轮还在滚动 汽车将失去转向能力 如果只是后轮制动到抱死滑移而前轮还在滚动 即使受到不大的侧向干扰力 汽车也将产生侧滑 甩尾 现象 这些都极易造成严重的交通事故 因此 汽车在制动时不希望车轮制动到抱死滑移 而是希望车轮制动到边滚边滑的状态 目前在某些高级轿车 大客车和重型货车上装备了防抱死制动系统 AntilockBrakeSystem 简称ABS 四 防抱死制动系统 AntilockBrakeSystem 简称ABS 63 汽车行驶时 车轮是纯滚动 制动时 随着制动力增大 车轮滚动成份越来越小 滑动成份越来越大 当车轮抱死时 车轮已经不再转动 滑动率S 滑动成分在车轮纵向运