底盘教案12转向系.docx
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底盘教案12转向系
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教学目的与要求
掌握转向器及转向操纵机构和转向传动机构构造，动力转向装置工作原理
掌握汽车转向系的检修和汽车转向系的故障诊断
本课重点与难点
动力转向装置
汽车转向系的故障诊断
课堂进程
次序
内容
1.
第十二章汽车转向系
第一节概述（1课时）
2.
第二节转向器及转向操纵机构（1课时）
3.
第三节转向传动机构（1课时）
4.
第四节动力转向装置（1课时）
5.
第五节后轴随动转向简介（1课时）
6.
第六节四轮转向系统（1课时）
7.
第七节汽车转向系的检修（1课时）
8.
第八节汽车转向系的故障诊断（1课时）
9.
复习和布置、思考题、作业
10.
11.
12.
第十二章汽车转向系
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转向系。
汽车转向系按转向动力源泉的不同，分为机械转向系和动力转向系两大类。
包括转向操纵机构、转向器和转向传动机构三个基本组成部分
转向操纵机构是驾驶员操纵转向器的工作机构，主要由转向盘、转向轴、转向管柱等组成。
转向器是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。
转向传真机构是将转向器输出的力和运动给车轮（转向节），并使左右车轮按照一定关系进行偏转的机构。
机械转向系是以驾驶员的体力（手力）作为转向动力的转向系，其中所有传力件都是机械的。
图12-1所示的就是轿车的机械转向系。
动力转向系是兼用驾驶员体力和发动机动力为转向动力的转向系。
它是在机械转向系的基础上加设一套转向动力装置而形成的。
图12-2所示为一种液压式动力转向系的组成和液压转向加力装置的管路布置示意图。
为使汽车在转变时减少附加阻力和轮胎磨损，汽车转向时各个车轮都应作纯滚动。
这时汽车的内转向轮偏转角β大于外转向轮偏转角α，两者的关系是：
ctgα=ctgβ+B/L
式中：
β——两侧主销间的距离；
L——汽车轴距
转向轮内轮的最大偏转角约在34°—42°之间，最小转变半径一般约为5-12m
转向盘转角与同侧转向节臂带动的车轮偏转角之比I
，称为转向系角传动比。
而转向盘转角和转向摇臂摆角I1，称为转向器角传动比，转向摇臂摆角与同侧转向节带动的转向轮偏转角之比I2，称为转向传真机构角传动比，显然iw=i1i0
转向系角传动比IW愈大，则克服一定的地面转向阻力矩所需的转向盘上的转向力矩便愈小，但IW不能过大，IW过大将导致转向操纵不够灵敏，即转向盘转动的圈数增加。
转向传真机构角传动比I2一般为1左右。
转向器角传动比I1，货车约为16-32轿车约12-22。
第二节转向器及转向操纵机构
转向器是转向系中的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递方向，目前应用较广泛的有齿轮齿条式、循环球式和蜗杆曲柄指销式等。
不论哪一类型的转向器，转向系各连接零件之间和传动副之间，总存在装配间隙。
一般规定转向轮处于直线行驶，转向盘向左、向右的自由行程不超过15°。
因此，转向器一般都设有传动副啮合间隙和轴承间隙调整装置。
一、转向器
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。
如图12-5所示P365
中间输出的齿轮齿条式转向器如图12-6所示，其结构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与左右转向横拉杆相连。
采用齿轮齿条式转向器可以使转向传真机构简化（不需转向摇臂和转向直拉杆等），齿轮齿条无间隙啮合无须调整，而且逆传动效率很高，故多用于前轮为独立悬架的轿车和微型及轻型货车上。
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形式之一。
它一般有两级传动副，第一级是螺杆螺纯洁传动副，第二级是齿条齿扇传动副。
图12-9所示的是解放CA1091型汽车的循环球，齿条齿扇式转向器。
循环球一齿条齿扇式转向器的传动比是固定不变的，即转向盘在任何位置转动时它的传动比都是相同的。
这种转向器的结构特点是它的齿条的齿顶面是一个平面，它的齿扇上的每个齿的节圆是相等的。
有的汽车上使用的循环球一齿条齿扇式转向器的传动比是可变的，它的齿条的齿顶（节圆）面是一个鼓形弧面。
如图12-10所示。
循环球式转向器的正传动效率很高（最高可达90%-95%），故操纵轻便，使用寿命长。
3）蜗杆曲柄销式转向器
但双指销式结构复式，对蜗杆的加工精度要求也比较高。
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。
现代汽车转向操纵机构还带有各种调整机构及安全装置。
1、转向盘
转向盘的结构如图12-13所示。
2、转向轴
转向轴是将驾驶员作用于转向盘的转向操纵力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安装有柔性万向节外，有的还安装有能改变转向盘工作角度（即转向轴的传动方向）和转向盘的高度（即转向轴轴向长度）的机构，以方便不同体型驾驶的操纵。
3、可分离式安全转向操纵机构
4、缓冲吸能式转向操纵机构
缓冲吸能式转向操纵机构从结构上能使转向轴和转向管柱在受到冲击后，轴向收缩并吸收冲击能量，从而有效地缓和转向盘对驾驶员的冲击，减轻其所受伤害的程度。
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给转向轮，使二转向轮偏转角按一定关系变化，以实现汽车顺利转向。
转向传动机构按照悬架的分类可分为与非独立悬架配用的转向传动机构和独立悬架配用的转向传动机构两大类。
一、与非独立悬架配用的转向传动机构
如图12-21所示，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、两个梯形臂和转向横拉杆等组成向横拉杆。
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转向直拉杆和横拉杆，进而推动转向轮偏转。
转向摇臂的典型结构如图12-22所示。
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、又有压力，因此转向直拉杆都是采用优质特种钢特造的，以保证工作可靠。
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。
4、转向减振器
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，如图12-23和所示。
图12-24P379
二、与独立悬架配用的转向传动机构
当转向轮采用独立悬架时，由于每个转向轮都需要相对于车架（或车身）作独立运动，所以转向桥也必须是断开式的。
相应地，转向传动机构中的转向梯形也必须是断开式的。
图12-27所示
第四节动力转向装置
一、动力转向装置的功用、组成及类型
越来越多的中型以上的货车和轿车采用了以发动机输出的部分动力为能源泉的动力转向装置。
动力转向装置应具有如下功能：
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；在原地转向时，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，能保持机械转向系统有效工作。
动力转向装置由机械转向器、转向控制阀、转向动力缸以及将发动机输出的部分机械能转换为压力能的转向油泵（或空气压缩机）、转向油罐等组成。
液压式动力转向装置按液流形式，又可分为常压式和常流式两种。
图12-31所示的是常压式液压动力转向装置的示意图
图12-32所示的是常流式液压动力转向装置的示意图
目前除少数重型汽车采用常压式动力转向装置外，其余多采用常流式动力转向装置。
根据机械转向器、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、组合式和分离式三种结构形式。
整体式液压动力转向装置的转向控制阀、转向动力缸和机械转向器组合成一个整体，安装在转向轴的下端。
组合式液压动力转向装置是将机械转向器、转向动力缸和转向控制阀三者中的两者组合制成一个整体。
常见的有两种形式：
一是将转向动力缸与转向控制阀组合成一个整体（称为转向加力器）布置在转向传动机构中，而机构转向器作为独立部件；另一种是将转向控制阀与机构转向器组合成一个部件（称为半整体式动力转向器），转向动力缸则作为独立部件（如富康轿车）。
分离式液压动力转向装置的转向动力缸、转向控制阀与机械向器都是单独设置的。
这种转向装置在结构紧凑、安装位置狭小的轻型载货汽车和轿车上有所采用，但应用范围很小。
二、液压式动力转向装置的工作原理
图12-33所示为液压常流滑阀式动力转向装置的工作原理图。
汽车直线行驶时（图12-33a）滑阀1在复位弹簧3的作用下保持在中间位置。
汽车右转向时，驾驶员通过转向盘使转向螺杆5向右转动。
只要转向盘和转向螺杆5继续转动，上述液压加力作用就一直存在。
当转向盘转过一定角度保持不动时。
由上述可见，动力转向装置能使转向轮的偏转角随转向盘转角的增大而增大，转向盘保持不动而转向轮的偏转角也保持不动。
即具有“随动“作用。
若驾驶员由前述维持转向位置松开转向盘、滑阀就会在回位弹簧3的张力和反作用柱塞2上油压的推力作用下回到中间位置，所以在转向轮自动回正过程中不会出现自动加力现象。
汽车直线行驶时，若遇路面不平，转向轮有可能左右偏转而产生振动。
这种振动将迫使转向摇臂7摆动，使动力缸活塞在缸筒内轴向移动，动力缸L、R两腔充满着的油液便对活塞移动起阻尼作用，从而吸收振动能量，减轻了转向轮的振动。
动力转向装置中即使装用逆传动效率较高的转向器，也不会出现“打手“现象。
由上述可知，装用动力转向装置的汽车，仍具有保持直线行驶和转向后自动回正能力。
如果动力转向装置失效（如油泵不运转），则该装置不但不能使转向省力，反而会增加转向阻力。
为了减小这种阻力，在转向控制阀的进油道和回油道之间，装有单向阀。
安全阀的作用是限制油泵及系统内的最高压力值。
三、动力转向器
1、滑阀整体式动力转向器
1）黄河JN1181C13型汽车单滑阀整体式动力转向器。
图12-34所示的是黄河JN1181C13型汽车单滑阀整体式动力转向装置。
2）斯堪尼亚LB81型货车用双滑阀整体式动力转向器。
图12-36所示为瑞典产斯堪尼亚LB81型货车用双滑阀整体式动力转向器。
1、转阀整体式动力转向器
转阀整体式动和转向器是有由机械转向器、转向动力缸和旋转式转向控制阀三者组合成一体的转向器，这种转向器结构紧凑、重量轻、传动效率高、操纵轻便、反应灵敏、使用寿命长、易于调整，但结构复杂、制造要求高。
1）动力转向器的结构和讳转式控制阀工作原理。
这种机械转向器有两级传动副。
第一级是螺杆齿条活塞传动副，第二级是齿条齿扇传动副。
齿条是在活塞圆柱面上加工出来的斜齿轮，变齿厚齿扇与转向摇臂轴制成一体。
汽车直线行驶时，阀芯相对于阀体不动，油泵供给的油夜流入的控制阀入控制阀进油道，从阀芯和阀体的预开缝隙经回油道回油罐。
动力缸左右两腔压力基本相同，活塞保持其位置基本不变，因此车辆保持原有的行驶方向不变。
转向盘右转时，阀体随转向轴向右转动，由于转向阻力的反作用，扭杆与阀芯相连一端不能转动，扭杆被扭转一个角度。
这样就使阀芯相对于阀体向左转动，从而改变了阀芯与阀体所构成的通道，此时，从进油道流入的高压油能流向运力缸的前腔，从而使前腔室成为高压区，动力缸后腔室经阀体回油道与回油路相通成为低压区，活塞在压力差作用下向后移动，推动转向轮向右偏转，汽车向右行驶。
汽车向左转向时，情况与向右转弯时相近，控制阀改变油道使动力缸前腔成为低压区，后腔变成了高压区，汽车向左行驶。
齿条活塞既是第
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