汽车底盘转向系原理及常见故障分析Word文档格式.docx

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1前言……………………………………………………………………1

2转向系的功用、类型…………………………………………………2

2.1功用…………………………………………………………………2

2.2类型…………………………………………………………………2

3转向系的基本组成和工作原理………………………………………2

3.1转向系基本组成……………………………………………………2

3.1.1机械转向器………………………………………………………3

3.1.2转向操纵机构……………………………………………………6

3.1.3转向传动机构……………………………………………………8

3.2转向系工作原理及参数和转向理论……………………………14

3.2.1转向系工作原理………………………………………………14

3.2.2转向系的参数和转向理论……………………………………15

4转向系的故障诊断…………………………………………………17

4.1转向沉重…………………………………………………………17

4.2低速摆头…………………………………………………………18

4.3高速摆头…………………………………………………………19

4.4行驶跑偏…………………………………………………………20

4.5单边转向不足……………………………………………………21

结论……………………………………………………………………23

致谢…………………………………………………………………24

参考文献………………………………………………………………25

1前言

传统的汽车转向系统是机械系统，汽车的转向运动是由驾驶员操纵方向盘，通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮而实现的。

普通的转向系统建立在机械转向的基础上，通常根据机械式转向器形式可以分为：

齿轮齿条式、循环球式、蜗杆滚轮式、蜗杆指销式。

常用的有两种是齿轮齿条式和循环球式（用于需要较大的转向力时）。

这种转向系统是我们最常见的，目前大部分低端轿车采用的就是齿轮齿条式转向系统。

从上世纪四十年代起，为减轻驾驶员体力负担，在转向系统基础上增加了液压助力系统HPS（hydraulicpowersteering），它是建立在机械系统的基础之上的，额外增加了一个液压系统，一般有油泵、V形带轮、油管、供油装置、助力装置和控制阀。

由于其工作可靠、技术成熟至今仍被广泛应用。

现在液压助力转向系统在实际中应用的最多，根据控制阀形式有转阀式和滑阀式之分。

这个助力转向系统最重要的新功能是液力支持转向的运动，因此可以减少驾驶员作用在方向盘上的力。

虽然传统转向系统工作最可靠，但是也存在很多固有的缺点，传统转向系统由于方向盘和转向车轮之间的机械连接而产生一些自身无法避免的缺陷：

①汽车的转向特性受驾驶员驾驶技术的影响严重；

②转向传动比固定，使汽车转向响应特性随车速、侧向加速度等变化而变化，驾驶员必须提前针对汽车转向特性幅值和相位的变化进行一定的操作补偿，从而控制汽车按其意愿行驶。

这就变相地增加了驾驶员的操纵负担，使汽车转向行驶存在很大的不安全隐患；

③液压助力转向系统经济性差，一般轿车每行驶一百公里要多消耗0.3~0.4升的燃料；

另外，存在液压油泄漏问题，对环境造成污染，在环保性能被日益强调的今天，无疑是一个明显的劣势。

2转向系的功用、类型

2.1功用

转向系是指由驾驶员操纵，能实现转向轮偏转和回位的一套机构。

当汽车需要改变行驶方向时，必须使转向轮绕主销轴线偏转一定角度，直到新的行驶方向符合驾驶员的要求时，再将转向轮恢复到直线行驶的位置。

转向系的功用是按照驾驶员的意愿改变汽车的行驶方向和保持汽车稳定的直线行驶。

2.2类型

汽车转向系按转向动力源的不同分为转向系和动力转向系两大类。

转向系以驾驶员的体力作转向动力源。

动力转向系除了驾驶员的体力外，还以汽车的动力作为辅助转向能源，又可以分为液压式、气压式和电动式的动力转向系。

3转向系的基本组成和工作原理

3.1转向系基本组成

汽车转向系由转向操纵机构、机械转向器和转向传动机构三大部分组成，其具体组成如图10-1所示。

转向操纵机构包括转向盘、转向轴、万向节、转向传动轴；

机械转向器有多种类型，轿车上常采用齿轮齿条转向器；

转向传动机构包括转向摇（垂）臂、转向直（纵）拉杆、转向节臂、转向梯形臂、转向横拉杆等。

图3-1转向系示意图

1-转向盘2-转向轴3-转向万向节4-转向传动轴5-转向器6-转向摇臂7-转向直拉杆8-转向节臂9-左转向节10-左转向梯形臂11-转向横拉杆12-右转向梯形臂13-右转向节

3.1.1机械转向器

（一）转向器概述

1．功用

转向器是转向系中的降速增矩传动装置，其功用是增大由转向盘传到转向节的力，并改变力的传动方向。

2．类型

按转向器中的传动副的结构形式分，可以分为循环球式、齿轮齿条式、蜗杆曲柄指销式、蜗杆滚轮式等几种。

3.转向器的传动效率

1）定义

转向器传动效率是指转向器输出功率与输入功率之比。

当功率由转向盘输入，从转向摇臂输出时，所求得的传动效率称为正传动效率；

反之，转向摇臂受到道路冲击而传到转向盘的传动效率则称为逆效率。

2）按传动效率分类

按传动效率的不同，转向器还可以分为可逆式转向器、极限可逆式转向器和不可逆式转向器。

可逆式转向器是指正、逆传动效率都很高的转向器。

这种转向器有利于汽车转向后转向轮的自动回正，转向盘“路感”很强，但也容易在坏路行驶时出现“打手”，所以主要应用于经常在良好路面行驶的车辆。

极限可逆式转向器是指正传动效率远大于逆传动效率的转向器。

这种转向器能实现汽车转向后转向轮的自动回正，但“路感”较差，只有当路面冲击力很大时才能部分地传到转向盘，主要应用于中型以上的越野汽车、工矿用自卸汽车等。

不可逆式转向器是指逆传动效率很低的转向器，这种转向器使驾驶员不能得到路面的反馈信息，没有“路感”，而且转向轮也不能自动回正，所以很少采用。

（二）转向器的结构、原理和检修

1）结构、原理

图3-2齿轮齿条式转向器

1-调整螺塞2-罩盖3-压簧4-压簧垫块5-转向齿条6-齿轮轴7-球轴承8-转向器壳体9-转向齿轮10-滚柱轴承11-转向横拉杆12-拉杆支架13-转向节

图3-1-1所示为转向器，它主要由转向器壳体8、转向齿轮9、转向齿条5等组成。

转向器通过转向器壳体8的两端用螺栓固定在车身（车架）上。

齿轮轴6通过球轴承7、滚柱轴承10垂直安装在壳体中，其上端通过花键与转向轴上的万向节（图中未画出）相连，其下部分是与轴制成一体的转向齿轮9。

转向齿轮9是转向器的主动件，它与相啮合的从动件转向齿条5水平布置，齿条背面装有压簧垫块4。

在压簧3的作用下，压簧垫块4将齿条5压靠在齿轮9上，保证二者无间隙啮合。

调整螺塞1可用来调整压簧的预紧力。

压簧3不仅起消除啮合间隙的作用，而且还是一个弹性支承，可以吸收部分振动能量，缓和冲击。

转向齿条5的中部（有的是齿条两端，如图10-3b所示）通过拉杆支架12与左、右转向横拉杆11连接。

转动转向盘时，转向齿轮9转动，与之相啮合的转向齿条5沿轴向移动，从而使左、右转向横拉杆带动转向节13转动，使转向轮偏转，实现汽车转向。

齿轮齿条式转向器结构简单，可靠性好，也便于独立悬架的布置；

同时，由于齿轮齿条直接啮合，转向灵敏、轻便。

所以在各类型汽车上的应用越来越多。

提示：

为了掌握齿轮齿条式转向器的基本结构，此处可观看课件、录像或分解的实物

2）检修

①零件出现裂纹应更换，转向横拉杆、转向齿条在总成修理时应进行隐伤检验。

②转向齿条的直线度误差不得大于0.30mm。

③齿面上应无疲劳剥蚀及严重磨损，若出现左右大转角时转向沉重，且又无法调整时应更换。

3）调整

齿轮齿条式转向器的调整是调整转向齿条与转向齿轮的啮合间隙，也称为转向齿条的预紧力。

因结构的差异，调整方法也有所不同。

但常见的有两类：

一是改变转向齿条导块与盖之间的垫片厚度来调整转向齿条与转向齿轮轮齿的啮合间隙，完成预紧力的调整，如图3-1-2所示；

另一种方法是用盖上的调整螺塞改变转向齿条导块与弹簧座之间的间隙值，完成预紧力的调整，如图3-1-3所示。

图3-3预紧力调整机构

（一）

1-转向器壳体2-导块3-盖4-导块压紧弹簧5-固定螺母6-盖与壳体间间隙

图3-4预紧力调整机构

（二）

1-调整螺塞2-罩盖3-压簧4-压簧垫块5-转向齿条6-齿轮轴7-球轴承8-转向器壳体9-转向齿轮10-滚柱轴承

对于第一种结构形式，其预紧力的调整步骤是：

先不装弹簧以及盖之间的垫片，进行x值的调整，使转向齿轮轴上的转动力矩为1～2N·

m；

然后用厚薄规测量x值；

在x值上加0.05～0.13mm，此值就是应加垫片的厚度，也就是转向齿条和转向齿轮合格的啮合间隙所要求的垫片厚度。

对于第二种结构形式，其预紧力的调整步骤是：

先旋转盖上的调整螺塞，使弹簧座与导块接触，再将调整螺塞旋出30º

～60º

之后，检查转向齿轮的转动力矩，如此重复操作，直至转向齿轮的转动力距符合原厂规定，最后紧固锁紧螺母。

3.1.2转向操纵机构

转向操纵机构的功用是产生转动转向器所必需的操纵力，并具有一定的调节和安全性能。

转向操纵机构要将驾驶员操纵转向盘的力传给转向器，同时为了驾驶员的舒适驾驶，还要求转向操纵机构可以进行调节，以满足不同驾驶员的需求；

为了防止车辆撞击后对驾驶员的损伤，还要求转向操纵机构具有一定的安全保护装置。

2．组成

如图3-2-1所示，转向操纵机构一般由转向盘1、上转向轴总成11、转向管柱9、转向传动轴27、转向万向节叉总成20、滑动叉万向节总成28等组成。

转向盘1由塑料制成，内有钢制骨架，通过花键将转向盘毂与上转向轴11相连，用螺母18固定，上转向轴上端支承在衬套12内，下端支承在轴承13中，由孔用弹性挡圈14和轴用钢丝挡圈16进行轴向定位。

转向管柱9下端压配在下固定支架8中，并通过两个螺栓将下固定支架紧固在驾驶室地板上；

上端通过橡胶套3、盖板2，由两个螺栓固定在驾驶室仪表板上。

弹簧41可消除转向管柱与上转向轴间的轴向间隙。

下端的转向万向节叉20通过花键与转向器的转向螺杆相连接，滑动叉28通过内花键与转向传动轴27的外花键相连，转向传动轴可轴向移动，以适应驾驶室与车架的相对位移。

滑动叉一端焊有塞片，另一端装油封29和防尘套30防止灰砂和泥水进入，并由滑脂嘴31对滑动叉与转向传动轴的花键进行润滑。

十字轴19有两个，上装滑脂嘴23，润滑4个滚针轴承21，由弹性挡圈22固定在万向节叉上。

万向节叉的结构与滑动叉基本相同，只是多一锁紧螺栓与上端的万向节叉和上转向轴相连。

图3-5CA1091型汽车转向操纵机构

1-转向盘总成2-盖板3-橡胶套4、24-螺栓5、26、40-弹簧垫圈6、39-垫圈7、18、25-螺母8-下固定支架9-转向管柱10-楔形螺母11-上转向轴12-衬套13-球轴承14、22-孔用弹性挡圈15-轴承挡圈16-轴用钢丝挡圈17-平垫圈19-十字轴20-转向万向节叉21-滚针轴承总成23、31-滑脂嘴总成27-转向传动轴28-转向万向节滑动叉29-油封30-防尘套32-喇叭按钮盖33-搭铁接触板总成34-接触弹簧35-接触罩36-电刷总成37-集电环总成38-螺钉41-弹簧

3.1.3转向传动机构

（一）转向传动机构的功用

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，使两侧转向轮偏转以实现汽车转向，并保证左右转向轮的偏转角按一定关系变化。

（二）转向传动机构的组成、构造

1．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如图3-3-1所示，它一般由转向摇臂2、转向直拉杆3、转向节臂4、两个梯形臂5和转向横拉杆6等组成。

各杆件之间都采用球形铰链连接，并设有防止松动、缓冲吸振、自动消除磨损后的间隙等的结构。

当前桥仅为转向桥时，由左、右梯形臂5和转向横拉杆6组成的转向梯形一般布置在前桥之后，如图3-3-1a所示，称为后置式；

这种布置简单方便，且后置的横拉杆6有前面的车桥做保护，可避免直接与路面障碍物相碰撞而损坏。

当发动机位置较低或前桥为转向驱动桥时，往往将转向梯形布置在前桥之前，如图3-3-1b所示，称为前置式。

若转向摇臂2不是在汽车纵向平面内前后摆动而是在与路面平行的平面内左右摆动（如北京BJ2020N型汽车），则可将转向直拉杆3横向布置，并借球头销直接带动转向横拉杆6，从而推动左右梯形臂5转动，如图3-3-1c）所示。

图3-6与非独立悬架配用的转向传动机构示意图

1-转向器2-转向摇臂3-转向直拉杆4-转向节臂5-转向梯形臂6-转向横拉杆

1）转向摇臂

如图3-3-2所示为常见转向摇臂的结构形式，其大端具有三角细花键锥形孔，用以与转向摇臂轴外端相连接，并用螺母固定；

其小端带有球头销，以便与转向直拉杆做空间铰链连接。

转向摇臂安装后从中间位置向两边摆动的角度应大致相等，故在把转向摇臂安装到摇臂轴上时，二者相应的角度位置应正确。

为此，常在摇臂大孔外端面上和摇臂轴的外端面上各刻有短线，或是在二者的花键部分上都少铣一个齿作为装配标记。

装配时应将标记对齐。

图3-7转向摇臂

1-转向摇臂轴2-转向摇臂3-球头销

2）转向直拉杆

如图3-3-3所示为解放CA1092型汽车的转向直拉杆。

直拉杆体由两端扩大的钢管制成，在扩大的端部里，装有由球头销、球头座、弹簧座、压缩弹簧和螺塞等组成的球铰链。

球头销的锥形部分与转向摇臂连接，并用螺母固定；

其球头部分的两侧与两个球头座配合，前球头座靠在端部螺塞上，后球头座在弹簧的作用下压靠在球头上，这样，两个球头座就将球头紧紧夹持住。

为保证球头与座的润滑，可从油嘴注入润滑脂。

拆装时供球头出入的直拉杆体上的孔口用油封垫的护套盖住，以防止润滑脂流出和污物侵入。

压缩弹簧能自动消除因球头与座磨损而产生的间隙，弹簧座的小端与球头座之间留有不大的间隙，作为弹簧缓冲的余地，并可限制缓冲时弹簧的压缩量（防止弹簧过载）。

此外，当弹簧折断时此间隙可保证球头销不致从管孔中脱出。

端部螺塞可以调整此间隙，调整间隙的同时也调整了前弹簧的预紧度，调好后用开口销固定螺塞的位置，以防松动。

图3-8CA1092型转向直拉杆

1-端部螺塞2-球头座3-压缩弹簧4-弹簧座5、8-油嘴6-座塞7-直拉杆体9-转向节臂球头销10-油封垫11-油封垫护套12-转向摇臂13-球头销

3）转向横拉杆

如图3-3-4a）所示为解放CA1092型汽车转向横拉杆，横拉杆体用钢管制成，其两端切有螺纹，一端为右旋，一端为左旋，与横拉杆接头旋装连接。

两端接头结构相同，如图3-3-4b）所示。

接头的螺纹孔壁上开有轴向切口，故具有弹性，旋装到杆体上后可用螺栓夹紧。

旋松夹紧螺栓以后，转动横拉杆体，可改变转向横拉杆的总长度，从而调整转向轮前束。

在横拉杆两端的接头上都装有球头销等零件组成的球形铰链。

球头销的球头部分被夹在上、下球头座内，球头座用聚甲醛制成，有较好的耐磨性。

球头座的形状如图3-3-4c）所示。

装配时上、下球头座凹凸部分互相嵌合。

弹簧通过弹簧座压向球头座，以保证两球头座与球头的紧密接触，在球头和球头座磨损时能自动消除间隙，同时还起缓冲作用。

弹簧的预紧力由螺塞调整。

球铰上部有防尘罩，以防止尘土侵入。

球头销的尾部锥形柱与转向梯形臂连接，并用螺母固定、开口销锁紧。

图3-9CA1092型汽车转向横拉杆

a）转向横拉杆b）接头c）球头座

1-限位销2-球头座3-防尘罩4-防尘垫5-螺母6-开口销7-夹紧螺栓8-横拉杆体9、11-横拉杆接头10-球头销12-弹簧座13-弹簧14-螺塞

4）转向节臂和梯形臂

解放CA1092型汽车的转向节臂和梯形臂如图3-3-5所示,转向横拉杆通过转向节臂与转向节相连。

转向横拉杆两端经左、右梯形臂与转向节相连。

转向节臂和梯形臂带锥形柱的一端与转向节锥形孔相配合，用键防止螺母松动。

臂的另一端带有锥形孔，与相应的拉杆球头销锥形柱相配合，同样用螺母紧固后插入开口销锁住。

图3-10CA1092型汽车转向节臂和梯形臂

1-左转向梯形臂2-转向节3-锁紧螺母4-开口销5-转向节臂6-键

2．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，转向桥必须是断开式的。

与此同时，转向传动机构中的转向梯形也必须分成两段或三段。

图3-3-6所示为几种独立悬架配用的转向传动机构示意图。

其中3-3-6a）、b）所示的机构与循环球式转向器配用，图3-3-6c）、d）所示的机构与齿轮齿条式转向器配用。

图3-11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

（三）转向传动机构的检修

1.检查

1）转向摇臂的检查

（1）用磁力探伤法检查转向摇臂是否有裂纹，若有裂纹应更换。

（2）检查转向摇臂上端的锯齿花键有无磨损、损坏，若有应更换。

（3）检查转向摇臂的锁紧螺母，其螺纹不应有损伤，否则应更换。

（4）检查转向摇臂下端和转向拉杆球头销的连接应牢固、可靠，切不可松旷，否则应修复。

2）转向拉杆的检查

（1）横拉杆杆体有无裂纹、弯曲，其直线度误差一般≯2mm，否则应校直，直拉杆8字孔磨损不超过2mm。

（2）各螺纹部位不应有损坏，与螺塞配合不松旷，否则应更换。

（3）球头销、球座体及钢碗无裂纹、不起槽；

球头销颈部磨损不超过1mm，球面磨损失圆≯0.50mm，螺纹完好；

弹簧不应有弹力减弱或折断。

（4）防尘装置应齐全有效。

3）转向节臂和梯形臂的检查

（1）转向节臂和梯形臂是否有裂纹，若有应更换。

（2）检查两端部的固定与连接部位不应有松动，要求牢固、可靠。

4）转向减振器（桑塔纳轿车）的检查

（1）检查是否漏油，若渗漏严重，应更换或分解修理，更换密封圈等零件。

（2）察看支承是否开裂，若有应更换。

（3）检查减振器的工作行程，必须拆下来试验。

Lmax=556mm，Lmin=344.5mm，最大阻尼载荷560N，最小阻尼载荷180N。

5）转向臂及横拉杆的检查

（1）松脱、松旷和损伤：

检查槽形螺母是否松脱，如松脱应予拧紧。

同时，也应检查开口销、盖等的装配情况。

（2）使转向盘从直行状况向左、向右方向反复转过60º

左右，此时检查横拉杆、转向臂等是否松脱、松旷。

2．转向拉杆球头销预紧度的调整

（1）组装横、直拉杆总成时，注意在球头销、球碗表面涂抹润滑油。

（2）组装直拉杆时，用