汽车构造 第十三讲 汽车转向系统1

1、第十三讲 汽车转向系统汽车行驶时要经常改变行驶方向，汽车上用来改变或恢复其行驶方向的机构称为汽车的转向系。1第一节第一节 概述概述转向系主要由三部分组成： 1）转向操纵机构 2）机械/动力转向器 3）转向传动机构其中转向器是将操纵机构的旋转运动转变为传动机构的直线运动的机构，是转向系的核心部件。 2转向系的分类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：以驾驶员的体力作为转向能源的转向系统，其中所有传力件都是机械的。 3转向系的分类 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4转向系的分类(2)动力转向系统：兼

2、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， 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。5对转向系的要求(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。6汽车转向原理 汽车转向时，要顺利转向应使各车轮没有滑动现象，须有一个瞬时中心，汽车以此中心做圆心来回转运动。因轮距影响，前两轮转弯半径不同，所以转角也不同，内侧轮永远大于外侧轮。 7汽车转向原理 因英籍德国人阿克曼（Ackerman）首先完成内外转向轮转角关系的推导，故上式也称阿克曼原理。8第

3、二节转向操纵机构第二节转向操纵机构一、转向操纵机构的组成一、转向操纵机构的组成转向盘到转向器转向盘到转向器之间的所有零部件总称为转向操纵机构。9二、转向操纵机构的部件及安全装置n1转向盘转向盘由轮缘、轮辐和轮毂组成。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。10转向盘汽车转向盘材料 现在的转向盘已以聚氨酯发泡塑料制成的半硬转向盘取代了传统的以金属为主要骨架的旧式转向盘。转向盘包覆物多用PP、PU、PVC、 ABS等树脂。从轻量化考虑，有用玻璃纤维增强PA代替铁芯的趋势。11转向盘12转向盘 转向盘上有喇叭开关，必须时刻与车身电器

4、线路相连，因此就必须采用集电环装置。 因此，最近的汽车开始装用电缆盘，代替集电环。转向盘的集电环 由于集电环是机械接触，长时间使用触点会因磨损影响导电性，导致紧急时刻喇叭不鸣甚至气囊不工作。132转向轴、转向柱管及其吸能装置n转向轴是连接转向盘和转向器的传动件，转向柱管固定在车身上，转向轴从转向柱管中穿过，支承在柱管内的轴承和衬套上。轿车除要求装有吸能式转向盘外，还要求转向柱管必须装备能够缓和冲击的吸能装置。转向轴和转向柱管吸能装置的基本工作原理是：当转向轴受到巨大冲击而产生轴向当转向轴受到巨大冲击而产生轴向位移时，通过转向柱管或支架产生塑性变形、位移时，通过转向柱管或支架产生塑性变形、转向轴

5、产生错位等方式，吸收冲击能量转向轴产生错位等方式，吸收冲击能量。141）转向轴错位缓冲 152）转向轴错位和支架变形缓冲nMazda 6轿车转向柱管吸能装置的工作原理n发生碰撞时，转向器向后移动，下转向传动轴插入上转向传动轴的孔中，上转向传动轴被压扁，吸收了冲击能量。n转向柱管通过支架和U形金属板固定在仪表板上。当驾驶员身体撞击转向盘后，转向管柱和支架将从仪表板上脱离下来向前移动。这时，一端固定在仪表板上而另一端固定在支架上的U形金属板就会产生扭曲变形并吸收冲击能量。 163）转向柱管变形吸收冲击能量并缓冲n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，

6、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。 17转向盘调节机构 为了适合不同体态的人，在一些汽车上转向盘的高度和前后位置也可调节。18转向盘调节机构19第三节第三节 转向器转向器一般驾驶员可以施加到转向盘上的切向力不大于500N，轿车转向系设计要求转向盘操纵力在100200N之间。也就是说施加到转向盘上的扭距仅为2040NM。而一般轿车车轮上的原地转向阻力距为400800NM。显然实现转向操作，必须设计减速增扭机构转向器。20l降速增矩降速增矩l改变运动方向改变运动方向 u1. 传动比传动比u2. 传动效率传动效率转向器传动比转向器传动比线位移输出的转向器（齿轮齿条式）的传动比，

7、用转向盘每转一圈时转向器输出轴的线位移的大小转向盘每转一圈时转向器输出轴的线位移的大小来表示；角位移输出的转向器（循环球齿扇式）的传动比，用转向盘转角增量与转向摇臂轴转角增量之比转向盘转角增量与转向摇臂轴转角增量之比来表示。 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）为，目的是实现所需要的中位感觉和高速稳定性中位感觉和高速稳定性。21一、转向器的传动效率一、转向器的传动效率 转向器除要保证汽车转向轻便灵活转向轻便灵活外，还应能防止由于路面反力对转向盘产生过大的冲

8、击路面反力对转向盘产生过大的冲击(即所谓的回弹回弹打手打手现象)，造成操纵困难和驾驶员工作疲劳。 为了实现这一目的，转向器应具有较高的正传动效率正传动效率和适当的逆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。22转向器效率（1）可逆式转向

9、器正传动效率高，逆传动效率也高；（2）不可逆转向器正传动效率高，逆传动效率为零；（3）半可逆式转向器正传动效率高，逆传动效率较低 所有的转向器都要求正传动效率要高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。23转向系分类根据转向器输出端的运动形式的不同，转向器可以分为有两种，一种是线一种是线位移转向器；另一种是角位移转向器位移转向器；另一种是角位移转向器。目前较常用的有齿轮齿条式、齿轮齿条式、蜗杆蜗杆曲柄指销式、曲

10、柄指销式、循环球齿条齿扇式循环球齿条齿扇式等。24二、齿轮齿条式转向器二、齿轮齿条式转向器 25齿轮齿条式转向器26齿轮齿条式转向器的特点（1）结构简单，刚性大，重量轻。（2）车轮反作用力容易传至转向盘，所以具有对路面状态反应灵敏的优点，但同时也容易产生打手和摆振等现象。（3）齿轮与齿条直接啮合，将齿轮的旋转运动转化为齿条的直线运动，使转向拉杆横向拉动车轮产生偏转。齿轮并非单纯的平齿轮，而是特殊的螺旋形状，这是为了尽量减小齿轮与齿条之间的啮合间隙，使转向盘的微小转动能够传递到车轮，提高操作的灵敏性。但齿轮啮合过紧也可使转向盘操作力过大。27三、循环球式转向器三、循环球式转向器 循环球式转向器是

11、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。 28循环球齿条齿扇式转向器 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。29 30循环球齿条齿扇式转向器循环球齿条齿扇式转向器31四、蜗杆曲柄指销式转向器四、蜗杆曲柄指销式转向器具有梯形截面螺纹的转向蜗杆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。32第四节第四节 转向传动

12、机构转向传动机构 从转向器到转向轮之间的所有传动杆件总称为转向传动机构。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，使转向轮偏转，并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。 根据配用悬架形式的不同，可分为： 1. 与非独立悬架配用的转向传动机构 2. 与独立悬架配用的转向传动机构33一、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。34二、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

13、传动机构中的转向梯形也必须是断开式的。35独立悬架配用36传动机构零部件37传动机构零部件38传动机构零部件39第五节液压助力转向系统 动力转向系统是利用转向加力装置协助司机轻便操作转向盘。由于中、重型货车的前桥载荷重，一般需要使用的动力转向机构。随着轿车发动机马力的增大和扁平轮胎的普遍使用，使车重和转向阻力都加大了，因此动力转向机构在轿车上的使用也越来越普及。n1. 动力转向系统概述n2. 液压液压转向控制阀转向控制阀 n3. 动力转向器n4. 转向油源4041作作 业：业： 分析发动机前置前轮驱动布置方案的优缺点。分析发动机前置前轮驱动布置方案的优缺点。 汽车前轮定位参数主要有哪些？各定位

14、参数是怎汽车前轮定位参数主要有哪些？各定位参数是怎样起作用的？样起作用的？ 子午线轮胎和普通斜交胎相比，结构上的主要区子午线轮胎和普通斜交胎相比，结构上的主要区别是是什么？有什么优点？别是是什么？有什么优点？ 简述独立悬架的优点简述独立悬架的优点? 试阐述动力转向的随动作用？试阐述动力转向的随动作用？ 为使弹性元件充分发挥作用，对减振器的要求有为使弹性元件充分发挥作用，对减振器的要求有哪些？哪些？ 绘制普通对称式齿轮差速器的结构简图。装备该绘制普通对称式齿轮差速器的结构简图。装备该差速器的汽车在坏路面上行驶，一个驱动车轮接差速器的汽车在坏路面上行驶，一个驱动车轮接触到泥泞或冰雪路面时，会发生什

15、么情况？解释触到泥泞或冰雪路面时，会发生什么情况？解释原因。在技术上有什么解决办法？原因。在技术上有什么解决办法？42第五节第五节 动力转向系统动力转向系统 动力转向系统的动力源来自发动机，发动机可以产生气压、液压和电力三种易控的动力。因此，动力转向系统的按动力分类大体可以分为气压、液压和电气压、液压和电力三类力三类。 汽车设计的法规要求汽车在其动力转向系统失效后仍能靠驾驶员人力操纵转向。故一般的动力转向系统组成包括：机械式转向器、转向加力装置和加力控机械式转向器、转向加力装置和加力控制装置制装置。43动力转向系统分类 如前所述，动力转向系统的按动力分类大体可以分为气压式、液压式和电动式气压式

16、、液压式和电动式三类。 液压式动力转向系统分类按转向加力装置的工作原理分有常压式和常流式常压式和常流式两种。 电动式动力转向装置是最新形式的转向装置，它是利用蓄电池驱动电机产生转向加力利用蓄电池驱动电机产生转向加力。具有发动机的功率损失小，便于安装等优点。电动式动力转向装置所得动力比液压式小，用于前轮轴轻的轿车上。44常压式液压动力转向系统常压式液压动力转向系统常压式液压动力转向系统的工作管路中始终保持高压。 45常流式液压动力转向系统常流式液压动力转向系统 常流式液压动力转向系统中的油液在不转向时是循环流动的，只是在转向时工作管路中才产生高压。 46常压式与常流式的对比常压式与常流式的对比

17、常压式液压动力转向系统由于有储能器积蓄液压能，故具有以下优点： 1. 可以在液压泵突然停转的情况下保持转向加力能力，续驶一段距离； 2. 可以使用流量较小的液压泵。 常流式液压动力转向系统由于油液在不转向时是循环流动不产生液压，故具有以下优点： 1. 结构简单； 2. 液压泵消耗功率较少，寿命长； 3. 工作管路不易发生泄漏。 因此目前常压式液压动力转向系统只在一些重型汽车上应用。47液压转向控制阀控制阀 液压转向控制阀是液压动力转向系统中的控制油液流动方向的核心部件，有滑阀式和转阀式滑阀式和转阀式两种。 阀体相对壳体沿轴向移动控制油液流量的转向控制阀称为：滑阀式滑阀式。 阀体相对壳体绕园心转

18、动控制油液流量的转向控制阀称为：转阀式转阀式。48滑阀式49转阀式转阀式结构 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50转阀式转阀式转阀式工作原理 51转阀式转阀式中的扭力杆结构 52动力转向器 动力转向器按转向加力装置的结构布置方案分有整体式、半整体和分离式。 53二、整体式动力转向器54二、整体式动力转向器55叶片油泵结构。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

19、量孔56转向油源转向油源 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。转向油泵：转向油泵： 目前，转向油泵大多采用双作用式叶片泵双作用式叶片泵。转向油泵叶片泵的工作原理57转向盘操纵力特性 良好的转向盘操纵力特性 1. 在低车速、小转向盘转角行驶工况下，汽车应具有轻便的转向盘操纵力； 2. 在低车速、大转向盘转角行驶工况下，汽车应具有适度的转向盘操纵力； 3. 在高车速、小转向盘转角行驶工况下，汽车应具有良好回正性能与直线行驶能力。58第六节电动助力转向系统第六节电动助力转向系统n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

20、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电动液压式（简称EPHS）和电动机直接助力电动机直接助力式两种。 一、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可变助力转向系统。其特点是由ECU提供供油特性供油特性，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。59电动液压助力转向系统 60二、直接

21、助力式电动转向系统n直接助力式电动转向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。 1 直接助力式电动转向系统的结构和工作原理 当转向轴转动时，转矩传感器开始工作，把两段转向轴在扭杆作用下产生的相对转角转变成电信号传给电子控制单元（ECU），ECU根据车速传感器和转矩传感器的信号决定电动机的旋转方向和助力电流的大小，并将指令传递给电动机，通过离合器和减速机构将辅助动力施加到转向系统（转向轴）中，从而完成实时控制的助力转向。61二、直接助力式电动转向系统 622直接助力式电动转向系统n根据电动机布置位置的不同，直接助力式电动转向系统可以分为转向轴助力式、齿轮助力式、齿条助力式三种类型。63EPAS64速腾EPAS65速腾EPAS663直接助力式电动转向系统的主要优缺点 1）优点）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。2）缺点）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）减速机构、电动机等部件会影响汽车的操纵稳定性，正确匹配整 车性能至关重要；