汽车转向系统结构与原理技工学校教案授课表.doc

清 远 市 高 级 技 工 学 校教 案 用 纸 （A-8）学科汽车底盘构造与维修2章 节授课日期2011-10-（20、25、26、 28）课题转向系统结构与原理课时6节班级10汽车检测与维修大1、2 （技）11春汽车维修(中)授 课 方 式一体化教 学 目 的1、能正确理解转向系统原理重 点.难 点重 点：难 点：原理教 具 准 备板书计划、转向系台架、整车说 明教 学 内 容一、组织教学：（10 min）二、课程引入：（10 min）三、教学过程：（240min）四、小结： （ 10min）五、分组实操：（140min）六、作业七、教学后记一、组织教学10min1、清点人数2、查清迟到、缺勤同学原因二、引入课题10min提问：方向盘转动方向与转向轮的关系三、新课讲授100min（一）汽车转向系作用分类和组成重点讲解由复习提问汽车底盘的结构组成系统导入本讲内容： 重点介绍： 要求学生理解掌握机械转向系的结构组成一转向系的作用汽车通过传动系和行驶系，将发动机的动力转变为汽车行驶的驱动力，使汽车产生运动。汽车在行驶中，经常需要改变行驶方向。汽车上用来改变汽车行驶方向的机构称为汽车转向系。转向系的分类和组成1、转向系的类型根据其转向能源的不同分为：机械转向系动力转向系电动式动力转向系（1）机械转向系以驾驶员的体力作为转向能源，又称为人力转向系。机械转向系由两部分组成：包括转向盘，转向轴、转向器的装置转向传动机构机械转向系结构分析1）转向操纵机构：驾驶员操纵转向器工作的机构，包括转向盘、转向轴等机件。2）转向器：转向轴下端的蜗杆与扇形齿轮构成转向器。转向器是一个减速增矩机构，经转向器放大的力矩传给转向传动机构。3）转向传动机构：转向直拉杆、转向节臂、向横拉杆、左右梯形臂等机件构成。前轴的两端和转向节由主销铰接在一起，转向节上连有左右梯形臂，两臂铰接在转向横拉杆上。其中梯形臂及横向拉杆作用是：与前轴构成转向梯形，保证左、右转向轮按一定规律偏转。（2）液压式动力转向系1）结构组成动力转向系兼用驾驶员的体力和发动机动力作为转向能源，并且以发动机动力作为主要能源。动力转向系是在机械转向系基础上加设一套转向加力装置而成的 。转向加力装置包括转向油罐、转向油泵、转向控制阀和转向动力缸等。转向油泵由发动机驱动，以产生高压油液。2）转向工作过程当驾驶员逆时针方向转动转向盘时，转向摇臂将拉动转向直拉杆向前运动。转向直拉杆的拉力作用在转向节臂上，使左侧转向节及左侧转向轮绕主销向左偏转一个角度，同时通过梯形臂和转向横拉杆使另一侧转向节与转向轮绕该侧转向主销偏转一定的角度，这时汽车将向左转向。与此同时，转向直拉杆还带动了转向控制阀中的滑阀移动，使转向动力缸的右腔接通转向油泵的出油口，右腔通过转向控制阀与转向油罐接通，转向动力缸的活塞所受的向右的液压作用力便经其推杆也作用在转向横拉杆上。由于液压作用力较大，便在很大程度上减轻了驾驶员的操纵力（3）电动式动力转向系由复习提问汽车转向系的结构组成导入本讲内容：简要介绍： 要求学生理解机械转向系转向操纵机构的组成和布置（二）转向操纵机构一、1、转向操纵机构的组成和功用功用： 为产生转动转向器提供必须的操纵力组成：转向盘转向轴转向轴承转向管柱等 2、布置形式：有些转向系考虑车架变形的影响，在转向操纵机构中增加了一个挠性万向节。还有一些转向系，由于总布置的要求，转向盘与转向器的轴线相交成一定的角度，在结构中采用了万向节和传动轴。由于在发生车祸时，对驾驶员造成主要威胁的是转向盘及转向柱管等，所以人们在设计转向操纵机构时，增加了安全措施。如采用安全转向柱、安全联轴节及能量吸收装置等。（二）转向操纵机构简要介绍： 要求学生理解机械转向系转向操纵机构的转向盘、转向轴和转向柱管二、转向盘 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，电有包皮革的，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。 当汽车发生碰撞时，从安全性考虑，不仅要求转向盘应具有柔软的外表皮，可起缓冲作用，而且还要求转向盘在撞车时，其骨架能产生变形，以吸收冲击能量，减轻驾驶员受伤的程度。 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。三、转向管柱转向管柱：连接转向盘和转向器的传动件，并传递它们之间的转矩。转向管柱连接方式：一种是和转向器输入轴相连另一种是十字轴和挠性万向节与转向器输入轴相连，容易布置，有缓冲作用。（三）转向器转向器一、作用和类型1、作用：是转向系统实现减速增扭及改变转向扭矩传动方向的构件2、 分类： 循环球式转向器齿轮齿条式转向器蜗杆涡轮式转向器蜗杆曲柄销式转向系二、循环球式转向器1、转向器的传动效率和转向盘自由行程 （1）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。当作用力从转向盘传到转向摇臂时称为正向传动；反之，转动摇臂受到的道路冲击力传到转向盘，称为逆向传动。作用力在转向盘和转向摇臂之间传递都很容易的转向器叫可逆式转向器，有利于转向后的车轮自动回正，也容易出现“打手现象。当作用力由转向盘很容易传到转向摇臂，而转向摇臂受到的冲击只有在很大时才能传到转向盘上，这种转向器称为极限可逆式转向器，这种转向器，驾驶员有一定路感，可实现自动回正。在良好路面行驶的车辆采用可逆式转向器，中型以上的越野车、工矿自卸车多采用极限可逆式转向器。（2）转向盘自由行程在整个转向系中，各传动件之间都必然存在着装配间隙，而且这些间隙将随着零件的磨损而增大 这一阶段是转向盘空转阶段。转向盘在空转阶段中的角行程，称为转向盘自由行程。转向盘存在自由行程有利于缓和路面冲击及避免驾驶员紧张一般自由行程不大于10-15度，自由行程可通过机件的啮合的间隙实现2、循环球式转向器引用实例简单介绍： 要求学生理解转向器的传动效率和转向盘自由行程可通过实物演示重点介绍： 要求学生理解掌握循环球式转向器的结构特点及其工作原理（三）转向器1）结构组成具有两个传动副，一套是螺杆螺母传动副，另一套是齿条齿扇传动副或滑块曲柄销传动副转向螺母松套在螺杆上，两者配合构成圆形截面的螺旋形通道螺母侧面有两对通孔，与螺母外的钢球导管构成两条管状的封闭循环通道，实现螺杆和螺母间的滚动摩擦2）工作过程转动转向螺杆时，通过钢球见力传给螺母，螺母沿轴线移动在摩擦力作用下，所有钢球在螺母与螺杆之间形成“球流”钢球在螺母内绕行两周后，流出螺母进入导管，再由导管流回螺母通道，两列钢球在各自的封闭通道内循环螺母外表面有等齿厚齿条，与其啮合的是变齿厚的齿扇转动螺杆、螺母随之轴向移动，通过齿条、齿扇使转向摇臂转动3）啮合间隙调整装置利用调整螺钉实现，螺钉旋入，则啮合齿间隙减小，反之增大4）传动副的传动特点正传动效率高，操纵轻便，使用寿命长。逆效率也高，有“打手”现象。转向器齿轮齿条式1）结构传动副为齿轮、齿条转向齿轮连接转向轴的安全联轴节齿条水平布置齿条被弹簧和压块压在齿轮上，保证无间隙啮合，弹簧预紧力可用调整螺塞调整（如下图）（三）转向器重点讲解 让学生掌握带有辅助动力转向的齿轮齿条转向器、结构和工作情况转向减振器用来减小转向轮的摆动安全联轴节功用是受较大冲击力时联轴节脱开，防止驾驶员被挤伤 2）优点轻巧紧凑、结构简单，重量轻。几乎没有滑动阻力和旋转阻力，扭矩传递好，转向轻便转向总成完全密封，不用保养在独立悬架的轻型及微型轿车上广泛采用3）工作过程转向时，驾驶员转动转向盘，通过转向轴、安全联轴节带动转向齿轮转动，齿轮使得齿条轴向移动，带动拉杆移动，使车轮偏转，实现转向。当有异响时，可能是齿轮齿条磨损过多，弹簧预紧力下降，来自地面的反作用力造成的的原因，二、带有辅助动力转向的齿轮齿条转向器1、结构：在原有的基础上加上动力转向装置。齿条上有齿条活塞，和齿条为一体活塞在转向器壳体内的一个密闭腔中液压输送管分别与此腔两端相连2、工作情况：左转弯：油液泵入活塞左侧，右侧的油液被挤出，活塞左侧的压力大于右侧的压力，产生向左转向的助力右转弯：方向相反，道理相同3、转向控制阀（一） ）结构（如图）核心部件阀体阀芯扭杆连接方式：扭杆的一端同阀体一起连接在转向螺杆上，另一端通过定位销与阀芯相连，阀上有回油道）工作过程直行：液压泵从高压油管到中央旋转阀体管道，再到低压回油管流回转向油管转向柱左旋转扭杆由于转向阻力发生扭转变形扭杆上的小齿轮使滑阀在旋转阀内转动滑阀的运动将旋转阀的中央入口通道与齿杆左侧的出口通道对齐液压作用在齿杆活塞左边产生助力右转向：方向相反，原理相同。）齿杆防尘套是密封的，转向时会使压力有变化，所以用一个通气管可以平衡两侧防尘套的压力一、蜗杆涡轮式1、结构：和循环球式转向器相似，区别在用一个滚轮取代了循环球和螺母，减小了内摩擦组成：壳体、转向轴、球面蜗杆、滚轮、转向齿杆。（三）转向器对比分析：三种不同类型的机械转向器 要求学生了解蜗杆曲柄指销式转向器的结构特点及其工作原理连接情况：带有球面的蜗杆下端内控的细花键与转向轴牢固结合。蜗杆上下端由装在壳中的两个大锥角轴承支承。壳下端与壳之间装有调整垫片，可以调整预紧度，转向摇臂轴的两端支承在壳与侧盖的衬套中伸出壳的轴端有带锥度的细花键与摇臂相连。2、工作情况转动蜗杆，滚轮沿蜗杆螺旋槽滚动，滚轮带动转向摇臂轴转动，摇臂轴带动摇臂摆动，实现转向涡轮与滚轮之间的间隙要适当：过大：影响转向灵敏性，同时也影响行驶稳定性间隙过小：转向沉重磨损加剧间隙的调整：涡轮与滚轮的轴线是偏离一定距离的，并可使转向摇臂产生轴向移动滚轮远离涡轮，啮合间隙增加；滚轮靠近涡轮，啮合间隙减小；调整方法：移动转向摇臂是靠调整装置实现的调整垫片装在止推垫圈与侧盖之间增减垫片的厚度可调整涡轮与滚轮的啮合间隙，间隙调整完毕，拧紧压紧螺母，并用止动片将压紧螺母固定，防止松动二、蜗杆曲柄指销式转向器1）结构蜗杆曲柄指销式转向器的传动副以转向蜗杆为主动件，装在摇臂轴嘟的指销为从动件。2）工作过程转向蜗杆转动时，与之啮合的指销即绕转向播臂轴轴线沿圆弧运动，并带动转向摇臂轴转动。3）工作特点采用双指销不但可使播臂轴转角范围加大，而且由于直线行驶及修正行驶方向时两指销均与转向蜗杆啮合，因而使指销受力小、寿命长。指销装在滚动轴承上可以大大提高转向器的传动效率。|（五）、转向传动机构引用实例简单介绍： 要求学生理解转向传动机构各组成不见的结构简单介绍：要求学生了解转向直拉杆横置的布置形式一、转向传动机构1、功用1）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，以实现汽车顺利转向2）转向传动机构除传力外，还要承受冲击和振动。设有减振缓冲装置，并能自动消除磨损后的间隙。为避免发生运动干涉，采用球铰链连接与非独立悬架配用的转向传动机构1）结构组成与非独立悬架配用的转向传动机构 包括由转向摇臂 、转向直拉杆、转向节臂和由转向横拉杆与两个梯形臂组成的转向梯形机构。2）布置形式（1）后置式前桥仅为转向桥，将转向梯形布置在前桥之后，如：CAl091。 后置式 前置式（2）前置式在发动机位置较低或转向桥兼为驱动桥的情况下，为避免运动干涉，通常将转向梯形机构布置在前桥之前简单介绍：要求学生了解转向直拉杆横置的布置形式（3）若转向摇臂是在与路面平行的平面内左右摆动，借助球头销直接带动转向横拉杆，从而推使两侧梯形臂转动如：北京BJ2020N型越野汽车三、与独立悬架配用的转向传动机构采用独立式悬架的转向轮可以相对于车架单独运动，因而其转向桥必须是断开式的转向传动机构中的转向梯形也必须分成两段（如图11-1）或三段（如图11-2）。图11-1图11-2 转向摇臂干行于路面的平面上摆动，直接带动或通过转向直拉杆带动转向梯形运动。引用实例简单介绍： 要求学生理解转向传动机构各组成不见的结构四、转向传动机构的主要零部件转向摇臂它是转向器传动副与直拉杆间的传动件。东风EQl090E型汽车的转向摇臂的大端用锥形三角细花键与转向器中摇臂轴的外端连接；其小端带有球头销，以便与转向直拉杆作空间铰链连接。转向直拉杆转向直拉杆是转向摇臂与转向节臂之间的传动杆件。为了不发生运动干涉，三者间的连接件都是球形铰链。转向横拉杆它是转向梯形机构的底边。转向横拉杆由横拉杆体和装在两端的横拉杆接头组成，两端的接头结构相同，其中，球头销的尾部与梯形臂相连。弹簧保证两球头座与球头紧密接触，并起缓冲作用，其预紧力由螺塞调整。两接头借螺纹与横拉杆体联接。接头螺纹部分有切口，故具有弹性。接头装到横拉杆体上后，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，即可改变转向横拉杆的总长度，从而可调整转向轮前束。转向节臂和控制臂转向节臂和控制臂一端和转向节相连，另一端的锥形孔和相应的拉杆球头锥形柱相配合，用螺母紧固后插入开口销把螺母锁住。（六）动力转向系统一、动力转向系统1）应用在转向阻力很大的汽车上，采用动力转向装置2）转向能源动力转向的能量只有一小部分是驾驶员提供的，大部分是发动机驱动转向油泵旋转，将发动机输出的部分机械能转化为压力能3）功用压力能在驾驶员控制下，对传动装置施加随动渐进压力，实现转向。2、动力转向的分类按动力能源分1）液压式 以液压为动力源，目前广泛应用 液压动力转向系的工作压力可高达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液压助力式分为液压控制式和电子控制式2）气压式 以压缩空气为动力源，仅限于重型且采用气压制动的汽车主要应用于一部分其前轴最大轴载质量为37t并采用气压制动系统的货车和客车 装载质量特大的货车也不宜采用气压转向加力装置，因为气压系统的工作压力较低(一般不高于07MPa)，用于这种重型汽车上时，其部件尺寸将过于庞大。（六）动力转向系统 要求学生理解动力转向系的基本结构组成和工作原理重点介绍：要求学生理解掌握液压动力转向系组成和工作原理及其在汽车上的应用二、液压助力式转向系统1、动力转向系的基本结构组成和工作原理1）结构组成在机械转向系统的基础上加设一套转向加力装置而形成转向助力装置一般由：机械转向器、转向油泵、转向动力缸、转向控制阀等2）工作原理当驾驶员逆时针方向转向时，转向摇臂将拉动转向直拉杆向前运动。转向直拉杆的拉力作用下实现机械转向，这时汽车将向左转向与此同时，转向直拉杆还带动了转向控制阀中的滑阀移动，使转向动力缸的右腔接通转向油泵的出油口，右腔通过转向控制阀与转向油罐接通，转向动力缸的活塞所受的向右的液压作用力便经其推杆也作用在转向横拉杆上。由于液压作用力较大，便在很大程度上减轻了驾驶员的操纵力。三、液压助力式转向装置的类型 液压动力转向系分：常压式常流式两种1、常压式液压动力转向系1）结构由转向油缸、转向油泵、储能器、转向动力缸、转向控制阀和机械转向器组成2）工作过程转向油泵在发动机带动下运转，输出的压力油充入储能器。当储能器压力达到规定值时，油泵自动卸荷空转转向控制阀常处于关闭状态，当驾驶员转动转向盘时，机械转向器通过转向摇臂等杆件推动转向控制阀进入开启位置，储能器中的压力油流入转向动力缸，通过动力缸推杆输出的液压作用力作用在转向传动机构上。转向盘一停止转动，转向控制阀随即回到关闭位置综上所述，无论转向盘处于什么位置，无论运动还是静止，液压系统工作管路中总是保持高压。（六）动力转向系统对比分析：常压式液压动力转向系与常流式液压动力转向系重点介绍：要求学生理解掌握常流式液压动力转向系组成和工作原理及其在汽车上的应用2、常流式液压动力转向系（1）结构主要由转向油罐、转向油泵、安全阀、流量控制阀、单向阀、转向控制阀、机械转向器和转向压力缸组成1）转向控制阀：有滑阀式和转阀式两种滑阀式：阀体沿轴向移动来控制油液流量的转向控制阀转阀式：阀体绕其圆心转动来控制油液流量转向控制阀2）安全阀限制油泵输出的最大压力3）流量控制阀：用以限定转向油泵的最大流量，流量控制阀和安全阀一般制作在油泵内4）单向阀：在加力装置正常的情况下关闭。在加力装置失效时开启，使油罐中的油液流入动力腔的吸油侧，也叫短路阀（2）工作过程转向控制阀经常处于开启位置转向动力缸的活塞两端工作腔均与低压回油管路相通而不起作用，转向油泵输出的油液流入转向控制阀后又流回转向油罐，回流阻力很小，所以油泵输出压力很低，处于空转状态当驾驶员转动转向盘时，机械转向器使转向控制阀处于工作位置，转向动力缸的相应工作腔与回油路隔绝，转而与油泵输出管路相通，动力腔另一侧仍然与回油管路相通转向阻力大于油管压力，油泵输出的油压迅速升高，直到推动转向动力缸活塞为止转向盘停止转动，转向控制阀随即回到中立位置3、两种转向加力装置比较1）常压式优点储能器积蓄压力能，可以用小流量的油泵，而且可以在油泵不运转的情况下保持一定的转向加力能力，这一点对重型汽车很重要2）常流式优点结构比较简单、油泵寿命长，泄漏少，消耗功率也较小目前常压式应用很少，常流式广泛应用于各型汽车（七）、液压助力转向主要零部件要求学生了解双作用式叶片转向油泵功用、结构形式和工作情况一、主要零部件转向油泵转向油罐流量控制阀转向动力缸液压油管等一） 转向油泵 、作用转向油泵是液压转向的能源，作用是将输入的机械能转换为液压能输出。、泵的驱动在转向油泵只受发动机驱动的情况下，一旦发动机停止运转，油泵即无压力油输出。对重型汽车而言，是极为不利的。为了确保转向加力装置的工作可靠性，有些重型汽车在转向油泵的驱动装置中采用自由轮机构，使转向油泵在正常情况下受发动机驱动，而在发动转速过低甚或熄火，则脱离发动机，转而受以较高速度滑行的汽车驱动。另外一些重型汽车，加装了一个应急转向油泵，与主转向油泵并联。应急油泵可以借蓄电池通过直流电动机驱动，也可以由汽车传动系驱动。、向油泵的结构型式有齿轮式、叶片式、转子式、柱塞式等。应用多为外啮齿轮式转向油泵。（1）双作用式叶片泵）结构：转子叶片定子转子轴配油盘壳体）工作情况：双作用叶片泵有两个吸油区和两个压油区，并且各自的中心角是对称的，所以作用在转子上的油压作用力互相平衡。当转子顺时针方向旋转时，叶片在离心力及高压油的作用下紧贴在定子的内表面上。其工作容积开始由小变大，从吸油口吸进油液；而后工作容积由大变小，压缩油液，经压油口向外供油。由于转子每旋转一周，每个工作腔都各自吸、压油两次要求学生了解流量控制阀功用、结构形式和工作情况二）、流量控制阀1、齿轮泵内的流量控制阀工作原理转向油泵的流量与齿轮转速(从而与发动机转速)成正比转向油泵一般设计得即使在发动机怠速运转时，其流量也能保证急速转向所需的动力缸活塞最大移动速度当发动机转速高时，油泵流量将过大，导致油泵消耗功率过多和油温过高流量控制阀以限制转向油泵最大流量。工作原理：差压式的流量控制阀装在油泵进油腔和出油腔之间，与油泵齿轮副并联。流量控制阀体内的柱塞在弹簧的作用下处于下极限位置。柱塞下方通油泵出油腔；上方通油泵出油口。在油泵流量增大到规定值，使柱塞两端压力差足以克服弹簧的预紧力，将柱塞向上推动，油泵出油腔即与进油腔沟通。部分油液便经流量控制阀流到进油腔，因而经量孔输出的流量便减小2、叶片泵的流量控制阀工作原理工作原理：发动机转速低时，液压油通过油路、固定量孔和可变量孔流向动力缸，流量控制阀关闭回油孔。液压油压力作用在辅助阀的顶部，流过油路的液体压力作用在辅助阀底部。液压油流过油路的阻力产生的压力差作用在辅助阀上，但压力小，不能使辅助阀向下移动，所以发动机转速低时，可变量孔全开发动机高速油压升高，量孔两端形成压力差，当液压油传到控制阀底部时，在流量控制阀顶部和底部形成压力差。推动流量控制阀向下移动，开启回油孔，出油口排出的部分液压油回到油泵进油口，使流量恒定，辅助阀不移动，可变量孔还是全开。发动机转速进一步升高， 油压差使辅助阀移动，辅助量孔开始闭合调节流量，发动机转速高，液压油流量小，同时流量控制阀仍使回油口开启调节流量。发动机转速继续升高，辅助阀压差继续升高。辅助阀继续向下移动，知道可变量孔全闭，进一步调节流量。3）安全阀要求学生了解转向控制阀功用、结构形式和工作情况转向油泵的输出压力取决于液压系统的负荷(即动力缸活塞所受的运动阻力)。在转向阻力矩过大时，动力缸和油泵均将超载而导致零件损坏。液压系统中还必须装设用以限制系统最高压力的安全阀。 安全阀则位于流量控制阀内，安全阀体借螺纹固定在流量控制阀柱塞上端。球阀门及弹簧所处柱塞内腔与油泵进油腔相通；球阀门上方油腔经泵体内的油道通向量孔外的出油口。油泵输出压力升高到规定值时，球阀开启，将出油口与进油