第十二章汽车转向系.docx

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第十二章汽车转向系

第十二章汽车转向系

蜗杆传动

一、普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择

主平面内参数：

蜗杆——轴面；蜗轮——端面

1、模数m和压力角

（中间轴）主平面内蜗杆蜗轮传动相当于——齿条与渐开线齿轮（阿基米德蜗杆）

主平面：

蜗杆——轴面

；蜗轮——端面

，

——正确正确合条件

2、蜗杆的分度圆直径d1和直径系数q

由于加工蜗轮须用与之啮合的蜗杆参数相同的滚刀来加工，所以对于同一尺寸的蜗杆必须一把对应的蜗轮滚刀，即对同一模数不同直径的蜗杆，必须配相应数量的滚刀。

∴为了限制蜗轮滚刀的数量，取蜗杆直径d1为标准值，并引入直径系数q.

——∴d1=mq≠mZ1

d1、q——见表10-2，一般同m，只有1~2个，q、d1即只面1~2把滚刀。

如采用非标准滚切或飞刀切制蜗轮，则d1，q不受标准限制。

3、蜗杆头数Z1

一般Z1=1~6：

单头，i大，易自锁，效率低，但精度好

多头杆，η↑，但加工困难，精度↓

4、导程角

将蜗杆分度圆上的螺旋线展开，，则蜗杆的导程角

为

5、传动比和齿数比u——齿数比——大齿轮齿数比小齿轮齿数；

传动比——从动轮齿数比主动轮齿数

6、蜗轮齿数Z2

为避免根切，

，而∵

时，啮合区较小，传动平稳性差

∴

，动力传动

∵d2不变时，Z2过大，m过小，轮齿弯曲强度↓

m不变，Z2过大，d2过大，蜗杆支承跨距↑，蜗杆弯曲赐度↓

7、标准中心距a

汽车转向系概述

一、功用：

改变和恢复汽车行驶方向的一套专门机构称为转向系。

二、分类及组成：

（1）按转向能源不同分：

机械转向系和动力转向系；

（2）机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。

（3）一般机械转向系的转矩传递路径：

驾驶员施加于方向盘A一转矩

转向轴

转向万向节

转向传动轴

转向万向节B

（转向器输入轴）

转向器

（转向器输出轴）

C转向垂摇臂

转向直拉杆

左转向节臂

（左转向轮主销）

左转向节

（转向轮）

左梯形臂

转向横拉杆

右梯形臂

（右转向轮主销）

右转向节

（右转向轮）D。

其中，A到B间的零件属转向操纵机构；C到D间（梅红色部分）属转向传动机构。

梯形机构（第三节讲）

（4）动力转向系：

由驾驶员体力和发动机为转向能源的转向系。

液压式动力转向系组成：

由一套机械转向系和液压转向装置组成。

液压转向装置由转向罐、转向油泵、转向控制阀、转向动力缸组成。

三、转向万向传动装置的优点：

（1）有助于转向盘和转向器等部件和组件的通用化和系列化。

允许方向盘、转向器的轴线相交，甚至不在同一平面上；

（2）即使方向盘与转向器同轴线的情况下，采用万向转动装置能补偿由于零部件在车上的安装误差和安装基本（驾驶室和车架）的变形所造成的二者轴线实际上的不重合。

能量吸收式转向柱：

（1）隔绝首次碰撞的影响：

伸缩式转向中间轴、可断开式、波纹管式

（2）保护驾驶员免受二次碰撞伤害：

能量吸收、转向柱的安装角度对吸能效果有影响。

（21º~23º）。

四、转向中心、转弯半径

转向中心：

为避免在汽车转向产生的路面对汽车行驶的附加阻力和轮胎的快速磨损，要求转向系能保证汽车时，所有车轮作纯滚动，这时，只有所有车轮的轴线交于一点才能实现，此交点称为转向中心。

转弯半径：

转向中心到外转向轮与地面接触点的距离称为转弯半径。

在确定传动机构的转向梯形参数后，只能在一定的转交范围内近似满足转向理想关系式：

外内转向轮偏转角

和

，B为两侧转向轮主销轴线与地面交点间距离；L为轴距。

转向器角传动比

：

转向盘的转角增量与转向摇臂角相应增量之比；

转向传动机构角传动比

：

转向摇臂转角增量与转向盘所在一侧的转向节转角相应增量之比；

转向系角传动比

：

转向盘角增量与同侧转向节相应角增量之比。

对

的分析：

（1）

愈大，施加于方向盘的转向力矩愈小（地面阻力矩一定）；

（2）

愈大，为得到一定转向节偏角所需的转向盘转角过大；

（3）手感差，即路面阻力矩通过转向传动机构传至转向盘的感觉就差。

为解决省力（

），提高灵敏度和手感（

）的矛盾，添加了动力转向装置同时满足省力和提高灵敏度和手感的要求。

转向器及转向操纵机构

一、概念

转向器传动效率：

转向器的输出功率与输出功率之比。

正效率：

功率由转向器输入，由转向摇臂输出的情况下的传动效率。

逆效率；功率由转向摇臂输入，由转向器输出的情况下的传动效率。

可逆转向器：

逆效率很高，转向器容易将经转向传动机构传来的路面反力传到转向轴和转向盘上，有利于转向结束后转向轮和转向盘的自动回正。

但在坏路对车轮的冲击会发生转向盘“打手”的现象。

经常驶于良好路面上的汽车用。

不可逆转向器：

逆效率很低。

失去路感。

极限可逆转向器：

逆效率略高于不可逆转向器。

综合考虑打手和失去路感。

中型越野车或工程车辆用。

转向盘自由行程：

在转向盘转动开始阶段，驾驶员施于转向盘的转向力矩只用来克服转向系内部的摩擦，各传动部件到其间的间隙完全消除，这一转向盘空转阶段中的角行程叫转向盘自由行程。

这参数不宜过大，以免影响转向灵敏性，一般为10º~15º，超过25º~30º时必须调整。

作用：

缓和路面冲击；避免驾驶员过度紧张。

二、分类（按传动副的结构分）

循环球-齿条齿扇式、循环球曲柄指销式、齿轮齿条式、蜗杆曲柄指销式。

三、各转向器结构特点

（1）循环球-齿条齿扇式转向器

一般有两级传动副：

第一级螺杆螺母传动副；第二级是齿条齿扇传动副，或滑块曲柄销传动副（延安SX2150）

应用于解放CA1091，北京BJ1041，BJ2023，黄河JN1181C13

优点：

正传动效率高，可达90~95%，操纵轻便，寿命长。

缺点：

逆效率也很高，易打手。

但对于轻型的前轴轴荷不大，行驶路况较好的汽车，可克服上述缺点。

循环球-滑块曲柄销式转向器，重型车上并用加力装置。

（2）齿轮齿条转向器

只有一级传动，转向齿轮与转向盘柔性相连，转向齿条水平布置，转动转向齿轮，转向齿条水平轴向移动，带动左右横拉杆带动左右转向节使转向轮偏转，实现汽车转向。

应用于前轮为独立悬架的轻微型轿货车。

桑塔纳、夏利、南京依维柯等。

优点：

转向机构简化，无需转向摇臂、转向直拉杆。

（3）蜗杆曲柄指销式转向器

转向蜗杆为主动件，指销与蜗杆啮合，绕摇臂轴作圆弧运动，带动摇臂轴转动。

一般为蜗杆曲柄双指销式转向器，EQ1090E。

有两个优点：

一是在中间或附近位置，双指均与蜗杆啮合，受力比单指销的载荷小；

当摇臂轴转角相当大时，一个指销与蜗杆脱离时，另一蜗杆仍保持啮合，因此双指销式的比单指销式的转角范围大。

缺点：

结构复杂，对蜗杆加工精度要求高。

转向传动机构

一、功用

（1）将转向器输出的力和运动传动到转向桥两侧的转向节，使两车轮发生偏转；

（2）使二转向轮偏转角度按一定关系变化，以保证汽车转向时车轮与地面的相对滑动尽可能小。

二、与非独立悬架配用的转向传动机构

（1）一般组成：

转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂转向梯形

（2）转向摇臂：

大端用锥形三角细花键与转向器轴的外端相连，小端有球头销，与转向直拉杆连接。

注：

为保证转向器摇臂在中间位置时，从转向摇臂开始的全套转向机构处于中间位置，摇臂轴外端和转向摇臂上孔外端各刻印有短线，作为装配标记。

装配时，应将两零件上的标记线对齐。

（3）转向直拉杆、转向横拉杆

因转向轮偏转及悬架弹性变形而相对车架运动，传动机构的各组成部分的相对运动为空间运动，故转向直/横拉杆两头均采用球形铰链，各球头连接处均布置了压缩弹簧，以补偿球头与座的磨损，保证二者间的间隙，并缓和路面传来的冲击。

不同之处：

转向直拉杆两头的弹簧是轴向布置，分别沿轴线的不同方向起缓冲作用。

球头和球座间需用润滑脂润滑。

由于弹簧的伸缩引起转向直拉杆带动转向节臂的运动误差可由增减转向盘的行程来补偿。

转向横拉杆的球头与弹性球座相连，压紧弹簧采用相对横拉杆轴线的垂直方向布置，以缓冲和保证球头与球座紧密配合。

因转向横拉杆两头连接的是梯形臂，为保证在转向时梯形传动机构间的几何参数从而保证各转向轮尽可能作纯滚动，因此转向横拉杆带动转向梯形臂间不能有轴向相对运动，故压紧弹簧不能采用轴向布置。

与独立悬架配用的转向传动机构：

主要的将梯形分成两段或三段，其余工作原理不变。

动力转向器

一、定义

用以将发动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部件，总称转向加力装置。

二、分类

气压：

一般用于前轴轴荷为3~7t并采用气压制动的汽车，工作压力<0.7Mpa，部件尺寸大。

液压：

尺寸小，无噪声，工作滞后时间短，能吸收来自路面的冲击，工作压力高达10Mpa，广泛运用。

三、液压式转向加力装置：

常压式、常流式。

常压式：

无论转向盘中间还是转向位置，液压系统中工作管路保持高压。

有储能器积蓄液压能，可使用流量较小的转向油泵，还可在油泵不转的情况下保持一定的转向能力，使汽车可能继续行驶一段距离。

目前用于少数重型汽车。

常流式：

结构简单、油泵寿命长，泄露较小，消耗功率较小，广泛运用。

常流式分类：

整体式动力转向器：

机械转向器+转向动力缸+转向控制阀；

半整体式动力转向器：

机械转向器+转向控制阀，转向动力缸独立；

转向加力器：

机械转向器独立，转向动力缸+转向控制阀

1．转向油罐：

贮存、滤清、冷却、加力装置的工作油，锭子油或透平油。

2．转向油泵：

齿轮式、叶片泵、转子泵、柱塞泵，最多的是外啮齿轮式。

3．流量控制阀

4．安全阀

5．单向阀：

加力装置正常工作时关闭，失效时自动打开，以弥补动力缸吸油缸的真空度，因油罐油不能正常通过油泵。

8转向控制阀+9机械转向器+10转向动力缸

转向加力装置工作示意图

转向位置/中立位置时转向油泵失效，人工转向右转位置时的液力传递路线

转弯后转向直线行驶时，驾驶员立即放松转向盘（撤消转向力矩）由于转向主销有后倾角和内倾角，在路面侧向反力和汽车自重作用下，自动回正，回到中间位置。

反作用柱塞的作用

在用机械转向系时，路面转向阻力矩能经机械传动件传到方向盘，造成方向盘的阻力矩。

驾驶员施加于方向盘上的力矩必须平衡这一阻力矩，方能使转向系运动，这所需转向力矩与路面转向阻力矩成一定的递增函数关系，驾驶员才能有“路感”，感知转向力矩大小，随时调节转向力矩，保证转向正确进行。

在采用动力转向系时，路面转向阻力矩的绝大部分反馈到动力杆推杆，只有小部分反馈到转向盘上。

这部分反馈到转向盘上的阻力矩还应当与液压系统的工作压力成递增函数关系，因此在动力转向器中设有反作用柱塞的反馈装置。

在转向过程中，反作用柱塞的内端面始终承受与地面转向力矩相应的液压作用力，此力与滑阀回位弹簧力一同传到转向螺杆，形成对转向盘的阻力矩，使驾驶员获得一定强度的路感。

所有反作用柱塞的总面积越大，路感越强。