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转向系
第八章转向系
一、定义(作用)
——改变或恢复汽车行驶方向的机构
二、分类(按转向能源不同)
机械转向系、动力转向系
三、机械转向系组成
1、转向操纵机构
2、转向器
3、转向传动机构
转向系的类型及工作原理
转向盘、转向轴、转向万向节、转向器、转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂、
转向节、梯形臂、横拉杆
四、对转向系的要求
1、工作可靠,调整维护方便
2、操纵轻便、灵活
3、转向盘自由行程适当(10°-15°)
4、保证转向轮纯滚动
两者关系式:
cotα=cotβ+B/L
最小转弯半径:
Rmin=L/sinαmax
即内轮转角β大于外轮转角α
说明:
对于全轮转向的两轴汽车和双前桥转向的四轴汽车,其Rmin为同距的前轮转向双轴汽车的一半
转向器
功用:
增大转向盘传到转向节的力,并改变力的传递方向。
1、转向器的传动比及转动效率
(1)要求:
兼顾灵敏性与轻便;
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)。
(2)传动效率:
1)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;
2)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。
3)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。
第一节机械转向器
类型:
蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、齿轮齿条式
转向系角传动比(iw):
iw=iw1×iw2
式中:
iw1——转向器角传动比
iw2——转向传动机构角传动比
•iw大——转向轻便,但不灵敏
•iw小——转向灵敏,但不轻便
说明:
轻便是指加于转向盘的力要小
灵敏是指转向盘转动圈数要少
一、蜗杆曲柄指销式转向器
㈠组成与结构
1、组成
蜗杆、曲柄及摇臂轴、指销(双销)、双列滚锥轴承、向心推力球轴承(两个)、衬套(两个)、壳体、调整装置
2、结构
(1)蜗杆
梯形截面螺纹、向心推力球轴承
(2)指销
双列滚锥轴承、可绕自身轴线转动(减少磨损提高效率)
(3)摇臂轴
与曲柄制成一体、通过两个衬套支承在转向器壳体上、外端与转向摇臂固装成一体
㈡调整
1、蜗杆的向心推力球轴承预紧度——通过转向器下盖上的调整螺塞调整
2、蜗杆的位置——通过转向器上、下盖处的调整垫片调整
3、指销的双列滚锥轴承预紧度——通过指销轴后端的调整螺母调整
4、蜗杆与指销啮合间隙——通过侧盖调整螺钉调整
注意:
先调指销轴承紧度,再调此项
说明:
滚动啮合传力磨损小,效率高
转向自由行程调整:
主要指汽车直线行驶时,转向器传动副啮合间隙的调整
㈢双销式特点(与单销式相比)
优点:
磨损小,寿命长,摆角大
缺点:
结构复杂,加工精度要求高
二、循环球——齿条齿扇式转向器
有两级传动啮合副:
第一级为螺杆螺母传动副、第二级为齿条齿扇传动副
㈠组成与结构
1、组成:
转向螺杆、转向螺母及齿条、循环钢球、导管、齿扇及轴、推力珠轴承(两个)、滚针轴承(三个)、调整装置、壳体
2、结构
(1)螺杆——钢球——螺母啮合副
(2)齿条——齿扇啮合副
转向螺母下平面制成齿条(齿条是倾斜等宽的)
齿扇与齿扇轴(摇臂轴)制成一体
齿扇轴(摇臂轴)通过三个滚针轴承支承在转向器壳和侧盖上
(3)注意几点
转向螺母既是第一级传动副的从动件,又是第二级传动副的主动件
转向时,转向螺母不能转动,只能沿轴向运动
两根钢球导管和转向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”
㈡调整
1、支承转向螺杆的推力球轴承预紧度通过转向器下盖和壳体之间的调整垫片调整
2、齿扇齿条啮合间隙
注意:
齿扇和齿条啮合间隙能调整的原因及结构措施
转向螺母上的齿条是倾斜等宽的;
齿扇是变齿厚的
调整螺钉旋装在侧盖上
齿扇轴内侧端部有切槽,调整螺钉端头即嵌入此切槽中
㈢特点
1、正传动效率很高,操纵轻便,使用寿命长,工作平稳、可靠
2、逆效率也很高,易产生转向盘“打手”现象
3、应用最广泛(如SX2150、CA7560、JN1181C13)
三、齿轮齿条式转向器
1、啮合副
转向齿轮——转向齿条
其中转向齿轮为主动件,转向齿条为从动件
2、啮合间隙无需调整
3、特点
结构简单,工作可靠,便于布置
正、反传动效率很高,操纵手感好
传动比较小(I=1),不能扩大
4、应用:
小轿车、轻型货车
5、说明:
高速轿车和重型汽车现在愈来愈多地采用带转向加力装置的齿轮齿条式转向器。
第二节转向传动机构
一、作用:
将转向器输出的力和运动传到两转向节,使两转向轮按一定规律偏转。
二、组成:
转向摇臂、直(纵)拉杆、转向节臂、梯形机构、球头销、球座、压缩弹簧、调整螺塞等。
3、转向机构中主要部件
⑴、转向摇臂
结构:
大端与转向摇臂轴相连,小端与转向拉杆绞接。
安装:
摇臂与摇臂轴安装时要对正记号,以保证摇臂从中间向两边摆动时摆角大致相同。
⑵、转向直拉杆
在转向轮偏转而且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。
因此,为了不发生运动干涉,三者之间的连接件都是球形铰链。
⑶、转向横拉杆
在旋松夹紧螺栓以后,转动横拉杆体,可改变横拉杆的总长度,来调节前轮前束。
⑷、转向减振器
作用:
是克服汽车行驶时转向轮产生的摆振,并提高汽车行驶的稳定性和乘座的舒适性。
三、类型
据转向轮悬架类型和梯形机构布置位置不同分
㈠与非独立悬架配用的转向传动机构
1、前置式:
即梯形机构布置在前桥之前
适用:
发动机位置较低或转向驱动桥上,如BJ2020N
2、后置式:
即梯形机构布置在前桥之后
适用:
前桥多数为转向桥上如:
CA1091、EQ1090、EQ1141G等
㈡与独立悬架配用的转向传动机构
四、要求
连接可靠防松脱、吸振缓冲;吸振缓冲;自动消除间隙;防运动干涉
五、结构措施
1、转向摇臂
注意:
安装记号对正
2、纵拉杆:
两端装球头销、球座、压缩弹簧、调整螺塞
——压缩弹簧起自动消除间隙和缓冲作用
——弹簧座小端与球头座背部缝隙以限制弹簧过载
——油嘴和防尘胶片分别用以润滑和密封
——两端压紧弹簧位于球头销同一侧
说明:
斯太尔汽车转向纵(直)拉杆是可调的——保证转向器和车轮直线行驶位置一致
3、转向横拉杆
——杆两端是正反螺纹,接头螺纹有切口——弹性好
——调节横拉杆长度可实现前束值的调整
第三节动力转向
一、类型:
气压式、液压式(常流式、常压式)
二、常流式液压动力转向
(一)基本组成
转向油罐、转向油泵、转向控制阀(包括滑阀、阀体、反作用柱塞、回位弹簧)、螺杆螺母式转向器(包括转向螺杆、转向螺母、转向垂臂)、动力缸等。
(二)结构
1、转向油罐:
贮存、滤清和冷却油液
2、转向油泵:
由发动机驱动以产生高压油液,并输送至转向控制阀
3、转向动力缸:
将压力能转为机械能
4、转向控制阀:
动力缸的操纵部分,以控制油泵输出油液的流向
5、滑阀:
可相对阀体轴向移动
6、油道:
滑阀和阀体上的环槽相配合,形成相应油道。
说明:
滑阀长度比阀体长一个h值,则h值决定了滑阀的轴向移动量。
(三)工作
1、汽车直线行驶(不转向)时滑阀处于中间位置(此时活塞两侧油压相等),活塞不移动,即不转向。
2、汽车右转向时:
(1)方向盘刚转动时
因转向阻力较大,转向螺母保持不动
当作用在转向螺杆上的向右的轴向力大于回位弹簧预紧力及作用于反作用柱塞上的油压作用力时,螺杆要克服间隙h产生轴向移动,滑阀也随之轴向移动,油路发生变化。
(2)继续转动方向盘时
螺杆和滑阀右移,动力缸左腔与进油道相通,右腔与回油道相通,产生压差。
在压差作用下,活塞右移,螺母随着螺杆转动而进一步左移,助推右转。
(3)当转向盘转过一定角度不动时:
螺母不能相对螺杆继续左移。
但活塞在油压作用下继续右移,则螺母、螺杆和滑阀一起左移,直至滑阀位于中间稍偏右位置(活塞的推力与回正力矩相平衡),动力转向系统停止工作。
3、汽车左转向时
汽车左转向和右转向时的工作原理一样,只是此时滑阀左移,动力缸助推左移。
说明:
①采用动力转向后,转向车轮开始和终止偏转都较转向盘开始和终止转动要略晚一些。
②为保证动力转向系统可靠工作,在系统中装有量孔、溢流阀(流量控制阀)、单向阀和安全阀。
③优点:
结构简单,油泵寿命长,漏泄较小,功耗较小。
三、液压转向动力装置布置方案
(一)带整体式动力转向器
(二)带半整体式动力转向器
(二)带半整体式动力转向器
四、滑阀式整体动力转向器结构特点
1、循环球—齿条齿扇式转向器;
2、转向器、转向动力缸和控制阀成一体;
3、动力缸活塞与齿条成一体,并将动力缸分成左右两腔;
4、转向螺母在活塞内既可轴向位移,又可沿周向适当偏转;
5、转向螺母通过滑阀拨叉来控制滑阀工作;
6、路感阀固定在滑阀两端。
7、定心偏摆杆一端插入螺母的纵槽内,另一端与活塞固定;
8、定心偏摆杆是一个扭杆弹性杆。
起到定心、回位和调整作用。
第五节电子控制动力转向系统
动力转向系统转向操纵灵活、轻便,能吸收路面对前轮的冲击,因此被许多汽车使用。
但传统的动力转向系统仍存在一些缺点,如果所设计的助力放大倍数是为了适应汽车在低速行驶状态下转动转向盘的操纵力,则当汽车以高速行驶时,转动转向盘的操纵力就显得太小,不利于对高速行驶的汽车进行方向控制。
如果所设计的助力放大倍数是为了适应汽车在高速行驶状态下转动转向盘的操纵力,则当汽车停驶或低速行驶时,转动转向盘就显得非常吃力,即转向沉重。
为了实现在各种转速下转向的操纵力都是最佳值,电子控制动力转向系统是最后的选择。
它可以随行驶条件及时调整转向助力放大倍数,适合在轿车上使用。
5.1电动式动力转向系统
电动式动力转向系统主要用于轻型汽车,原因是轻型汽车发动机室自由空间狭小,其转向助动力要求不大。
电动式动力转向系统主要由转向柱组件、电机组件与控制系统构成。
5.3电动-液力式动力转向系统
电动-液力式动力转向系统,是以电机驱动油泵实现动力转向的装置。
该系统由电机-油泵组件、转向传感器、动力转向齿轮箱、电子控制单元与功率控制器等构成。
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