《动力转向系统》PPT课件

第十二章汽车转向系,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动力转向装置第五节后轴随动转向简介第六节四轮转向系统第七节汽车转向系的检修第八节汽车转向系的故障诊断,第一节概述,汽车上用来改变或恢复其行驶方向的专设机构称为汽车转向系。1.转向系的基本组成(1)转向操纵机构主要由转向盘、转向轴、转向管柱等组成。(2)转向器将转向盘的转动变为转向摇臂的摆动或齿条轴的直线往复运动，并对转向操纵力进行放大的机构。转向器一般固定在汽车车架或车身上，转向操纵力通过转向器后一般还会改变传动方向。(3)转向传动机构将转向器输出的力和运动传给车轮(转向节)，并使左右车轮按一定关系进行偏转的机构。,2.转向系统的类型及工作原理,按转向能源的不同，转向系统可分为机械转向系统和动力转向系统两大类。(1)机械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。,需要转向时，驾驶员对转向盘1施加一个转向力矩。该力矩通过转向轴2输入转向器8。从转向盘到转向传动轴这一系列部件和零件即属于转向操纵机构。作为减速传动装置的转向器中有1、2级减速传动副（右图所示转向系统中的转向器为单级减速传动副）。经转向器放大后的力和减速后的运动传到转向横拉杆6，再传给固定于转向节3上的转向节臂5，使转向节和它所支承的转向轮偏转，从而改变了汽车的行驶方向。这里，转向横拉杆和转向节臂属于转向传动机构。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,(2)动力转向系统,兼用驾驶员体力和发动机(或电机)的动力为转向能源的转向系统，它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。转向加力装置的部件是：转向油泵5、转向油管4、转向油罐6以及位于整体式转向器10内部的转向控制阀及转向动力缸等。当驾驶员转动转向盘1时，转向摇臂9摆动，通过转向直拉杆11、横拉杆8、转向节臂7，使转向轮偏转，从而改变汽车的行驶方向。,转向器输入轴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。图d-zx-181.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,3.对转向系统的要求,(1)要求工作可靠，操纵轻便。(2)转向机构还应能减小地面传到转向盘上的冲击，并保持适当的路感。(3)当汽车发生碰撞时，转向装置应能减轻或避免对驾驶员的伤害。,4.转向梯形理论特性,汽车转向时，要使各车轮都只滚动不滑动，各车轮必须围绕一个中心点O转动，如图d-zx-07所示。显然这个中心要落在后轴中心线的延长线上，并且左、右前轮也必须以这个中心点O为圆心而转动。为了满足上述要求，左、右前轮的偏转角应满足如下关系：ctga=ctgb+B/L外轮转向角内轮转向角B两侧主销间距离L汽车轴距转向轮内轮最大偏转角约在3442，最小转弯半径一般为5-12mm。,5.转向器的传动比及传动效率,1.线位移输出的转向器的传动比：用转向盘每转一圈时转向器输出轴的线位移的大小来表示；2.角位移输出的转向器的传动比：转向器角传动比（i1）=转向盘摆角/转向摇臂摆角一般货车i1为16-32，轿车i1为12-22转向传动机构角传动比（i2）=转向摇臂摆角/同侧转向轮偏转角i2一般为1左右3.转向系角传动比（iw）=i1i2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）。,4.转向器除要保证汽车转向轻便灵活外，还应能防止由于路面反力对转向盘产生过大的冲击(即所谓的回弹打手现象)，造成操纵困难和驾驶员工作疲劳。5.为了实现这一目的，转向器应具有较高的正传动效率和适当的逆传动效率。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；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。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。,6.可逆式转向器正传动效率高，逆传动效率也高；不可逆转向器正传动效率高，逆传动效率为零；半可逆式转向器正传动效率高，逆传动效率较低。7.所有的转向器都要求正传动效率要高，这样转向力通过转向器时损失少，转向操纵便灵活。好的转向器应有适当的逆传动效率，使驾驶员通过操纵转向盘既能对道路情况有明显的路感，但又不能使路面不平对转向盘产生过大的冲击。,第二节转向器及转向操纵机构,一、转向器转向器是转向系中减速增扭的传动装置，其功用是增大转向盘传到转向节的力并改变力的传动方向。目前应用广泛的是齿轮齿条式、循环球式、和蜗杆曲柄指销式。,1.齿轮齿条式转向器,齿轮齿条式转向器分两端输出式和中间（或单端）输出式两种。特点:简化转向传动机构，齿轮齿条无间隙啮合，逆传动效率高。动画d-zx-191）两端输出的齿轮齿条式转向器如图d-zx-05所示，作为传动副主动件的转向齿轮轴11通过轴承12和13安装在转向器壳体5中，其上端通过花键与万向节叉10和转向轴连接。与转向齿轮啮合的转向齿条4水平布置，两端通过球头座3与转向横拉杆1相连。弹簧7通过压块9将齿条压靠在齿轮上，保证无间隙啮合。弹簧的预紧力可用调整螺塞6调整。当转动转向盘时，转向器齿轮11转动，使与之啮合的齿条4沿轴向移动，从而使左右横拉杆带动转向节左右转动，使转向车轮偏转，从而实现汽车转向。,2）中间输出的齿轮齿条式,如图d-zx-6所示，其结构及工作原理与两端输出的齿轮齿条式转向器基本相同，不同之处在于它在转向齿条的中部用螺栓6与左右转向横拉杆7相连。在单端输出的齿轮齿条式转向器上，齿条的一端通过内外托架与转向横拉杆相连。1.万向节叉2.转向齿轮轴3.调整螺母4.向心球轴承5.滚针轴承6.固定螺栓7.转向横拉杆8.转向器壳体9.防尘套10.转向齿条11.调整螺塞12.锁紧螺母13.压紧弹簧14.压块,2.循环球式转向器,循环球式转向器是目前国内外应用最广泛的结构型式之一，一般有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。参见循环球式转向器动画d-zx-20,为了减少转向螺杆转向螺母之间的摩擦，二者的螺纹并不直接接触，其间装有多个钢球，以实现滚动摩擦。转向螺杆和螺母上都加工出断面轮廓为两段或三段不同心圆弧组成的近似半圆的螺旋槽。二者的螺旋槽能配合形成近似圆形断面的螺旋管状通道。螺母侧面有两对通孔，可将钢球从此孔塞入螺旋形通道内。转向螺母外有两根钢球导管，每根导管的两端分别插入螺母侧面的一对通孔中。导管内也装满了钢球。这样，两根导管和螺母内的螺旋管状通道组合成两条各自独立的封闭的钢球“流道。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。,特点：正传动效率高（最高90%95%），故操纵轻便，使用寿命长。,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(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。参见循环球式转向器动画d-zx-21,二、转向操纵机构,转向操纵机构由转向盘、转向轴、转向管柱等组成，它的作用是将驾驶员转动转向盘的操纵力传给转向器。图d-zx-41.1.方向盘（舵轮）为了司机有很好的视野，方向盘上部的空一般较大。图d-zx-01为汽车转向盘结构1.轮圈2.轮辐3.轮毂,2.转向轴,1）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。2）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的工作角度(转向轴的传动方向)和转向盘的高度(转向轴轴向长度)的机构，以方便不同体型驾驶员的操纵。,3.可分离式安全转向操纵机构,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。,4.缓冲吸能式转向操纵机构,1）网状管柱变形式,2）钢球滚压变形式结构的转向管柱分为上、下两段，上转向管柱比下转向管柱稍细，可套在下转向管柱的内孔里，二者之间压入带有塑料隔圈的钢球。隔圈起钢球保持架的作用，钢球与上、下转向管柱压紧并使之结合在一起。在撞车时，上下管柱在轴向相对移动，这时钢球边转动边在上、下转向管柱的壁上压出沟槽，从而消耗了冲击能量。图d-zx-03,3）波纹管变形吸能式转向操纵机构的转向轴和转向管柱都分成两段，上转向轴和下转向轴之间通过细花键结合并传递转向力矩，同时它们二者之间可以作轴向伸缩滑动。在下转向波轴的外边装有波纹管，它在受到压缩时能轴向收缩变形并消耗冲击能量(如图d-zx-04)。它的下转向管柱的上端套在上转向管柱里面，但二者不直接连接，而是通过管柱压圈和限位块分别对它们进行定位。,当汽车撞车时，下转向管柱向上移动，在第一次冲击力的作用下限位块首先被剪断并消耗能量，与此同时转向管柱和转向轴都作轴向收缩。当受到第二次冲击时，上转向轴下移，压缩波纹管使之收缩变形并消耗冲击能量。,第三节转向传动机构,转向传动机构的功用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。一、与非独立悬架配用的转向传动机构与非独立悬架配用的转向传动机构主要包括转向摇臂2、转向直拉杆3转向节臂4和转向梯形。在前桥仅为转向桥的情况下，由转向横拉杆6和左、右梯形臂5组成的转向梯形一般布置在前桥之后，如图d-zx-08a所示。,当转向轮处于与汽车直线行驶相应的中立位置时，梯形臂5与横拉杆6在与道路平行的平面(水平面)内的交角90。在发动机位置较低或转向桥兼充驱动桥的情况下，为避免运动干涉，往往将转向梯形布置在前桥之前，此时上述交角90，如图d-zx-08b所示。若转向摇臂不是在汽车纵向平面内前后摆动，而是在汽车的横向左右摆动，则可将转向直拉杆3横置，并借球头销直接带动转向横拉杆6，从而推使两侧梯形臂转动，如图d-zx-0808c所示。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,1.转向摇臂,转向摇臂的作用是把转向器输出的力和运动传给直拉杆或横拉杆，进而推动转向轮偏转。转向摇臂的典型结构如图d-zx-09所示。1.带锥度的三角形齿形花键2.转向摇臂3.球头销4.摇臂轴,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。直拉杆的典型结构如图十所示。在转向轮偏转或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，为了不发生运动干涉，上述三者间的连接都采用球销。图d-zx-101.螺母2.球头销3.橡胶防尘垫4.螺塞5.球头座6.压缩弹簧7.弹簧座8.油嘴9.直拉杆体10.转向摇臂球头销转向直拉杆,3.转向横拉杆,转向横拉杆是联系左、右梯形臂并使其协调工作的连接杆，它在汽车行驶过程中反复承受拉力和压力，因此多用高强度冷拉钢管制造。,4.转向减振器,随着车速的提高，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。图d-zx-11AUDI00转向减振器结构图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,二、与独立悬架配用的转向传动机构,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。图十二为几种与独立悬架配用的转向传动机构示意图。图d-zx-12与独立悬架配用的转向传动机构示意图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,第四节动力转向装置,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)。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。,一、动力转向装置的功用、组成及类型,（1）功用：在汽车转弯时，减小对转向盘的操作力；限制转向系统的减速比；原地转向时能提供必要的助力；限制车辆高速或在薄冰上的助力，具有较好的转向稳定性；在动力转向装置失效时，能保持机械转向系有效工作。（2）组成：机械转向器、转向控制阀、转向动力缸以及将发动机输出的那部分机械能转换为压力能的转向油泵（或空气压缩机）、转向油罐组成。,（3）、动力转向装置的类型,a.按传能介质分为气压式与液压式，其中液压式又分为常压式与常流式。装载质量特大的货车不宜采用气压动力转向器，因为气压系统的工作压力较低(一般不高于0.7MPa)，用于重型汽车上时，其部件尺寸将过于庞大。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。b.按转向控制阀阀芯运动方式，可分为滑阀式与转阀式。,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。,常压式液压动力转向：,常流式液压动力转向：,二、液压动力转向装置的工作原理,液压式动力转向装置的工作原理（如下图）,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。图d-zx-13，转向油泵6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5有进、出油管接头，通过油管分别与转向油泵和转向控制阀2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。,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。图d-zx-13液压动力转向系统示意图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,三、动力转向器,1.滑阀整体式动力转向器,2.转阀整体式动力转向器由机械转向器、转向动力缸和旋转式转向控制阀三者结合为一体组成，具有结构紧凑、重量轻、操纵轻便等特点。如图：,a.工作原理（如下图）：,b.工作过程：（1）汽车直行时的转向器的工作状态,（2）汽车左转向时转向器的工作状态：,（3）汽车右转向时转向器的工作状态：,图d-zx-14为一种动力转向器分配阀示意图。汽车直线行驶时，阀芯与阀套的位置关系如图中所示。自泵来的液压油流向左右动力缸及回油缸，左右动力缸油压相等，汽车保持直线行驶。驾驶员转动方向盘时，阀芯与阀套的相对位置发生改变，使得大部分或全部来自泵的液压油流入某一动力缸，促进汽车左传或右转。1.阀套2.阀芯R.接右转向动力腔L.接左转向动力腔B.接转向油泵G.接转向油罐,参见动力转向器工作过程动画d-zx-22当转向盘停在某一位置不再继续转动时，阀芯与阀套相对位移减小，左右动力腔油压差减小。但仍有一定的助力作用，此时的助力力矩与车轮的回正力矩相平衡，使车轮维持在某一转向位置上。,四、转向油泵,种类：齿轮式、转子式、叶片式下图为双作用卸荷式叶片泵的结构：,图d-zx-16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，故将这种型式的叶片泵称为双作用式叶片泵。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。因此，这种油泵也称为卸荷式叶片泵。1.进油口2.叶片3.定子4.出油口5.转子,图d-zx-22汽车直线行驶时，阀芯与阀套的位置关系如图中所示。自泵来的液压油经阀芯与阀套间的间隙，流向动力缸两端，动力缸两端油压相等。驾驶员转动方向盘时，阀芯与阀套的相对位置发生改变，使得大部分或全部来自泵的液压油流入动力缸某一端，而另一端与回油管路接通，动力缸促进汽车左传或右转,图d-zx-15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。这种油泵有两种结构型式，一种是潜没式转向油泵，另一种为非潜没式转向油泵。本图所示为潜没式油泵，它与贮液罐是一体的，即油泵潜没在贮液罐的油液中；非潜没式转向油泵的贮液罐与转向油泵分开安装，用油管与转向油泵相连接。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,五、电控液压助力转向及电动动力转向,图d-zx-35电磁旋转助力器由静止和旋转两格部分构成。静止部分包括外部磁路（壳体等）和励磁线圈，励磁线圈紧固在转向器壳体上。旋转部分包括永磁体（图d-zx-35（a）和齿型组件图（d-zx-35（b）。永磁体a由个磁极构成的永久磁环和塑料保持架组成，并通过注塑连接在阀芯轴上。图d-zx-35i1励磁线圈2金属板3齿环4齿轮5永久磁环6塑料保持架,当驾驶员转动转向盘时，因扭杆产生角位移，使永磁体a与齿型组件b之间既产生相对转动，又随转向盘一起旋转。当电子控制器感受车速信号并发出适合这一车速的电流指令时，若励磁线圈为右旋绕组，则当通过正向电流时，按右手定则磁力线应是自下而上由中心向外环流，将齿轮的齿顶端部磁化成N极，齿环的齿顶端部磁化为S极，这两种磁极分别与永久磁环的磁极发生磁力作用（同性向斥，异性相吸），其结果使永久磁环处于稳定的中间平衡状态，若相使永久磁环离开此平衡位置时（即与齿型组件b产生相对位移），需要克服电磁力的作用才能实现，故增加了转向阻力，使车辆高速运行更加稳定。与此相反，当励磁线圈通过负相电流时（图d-zx-35（f），使永久磁环处于不稳定的中间状态，略有外力作用便产生相对运动，故起到转向助力作用，使低速或停车转向时更加轻便和机动。,图d-zx-36EPS的构成如图d-zx-36所示：它由机械转向器、电动机、离合器、控制装置、转矩传感器和车速传感器组成。在操纵转向盘时，扭矩传感器根据输入力的大小产生相应的电压信号，由此EPS系统就可以检测出转向力的大小，同时根据车速传感器产生的脉冲信号又可测出车速，再用于控制电动机的电流，从而形成适当的转向助力。1.输出轴2.减速器3.扭杆4.转距传感器5.方向盘6.输入轴7.车速信号8.电动机9.控制电流10.开关电流11.离合器