第二十三章汽車轉向系

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1、第二十三章 汽車轉向系第一節(jié)轉向系概述汽車行駛中轉向系有兩種工作狀況汽車行駛中轉向系有兩種工作狀況o 其一是轉向行駛，即駕駛員主動操作轉向系統，o 其二是汽車受地面干擾力作用欲改變行駛方向，轉向系自動使汽車恢復直線行駛，控制其回正。o 汽車轉向系汽車轉向系:用來改變或恢復汽車行駛方向的一套專設機構。o 汽車轉向系的功用汽車轉向系的功用:保證汽車能按駕駛員的意志而進行轉向行駛。一、轉向系的類型和組成(按轉向能源分）機械轉向系機械轉向系：以駕駛員的體力作為轉向能源，其中所有傳力件都是機械的。o 轉向器o 轉向傳動機構o 轉向操縱機構動力轉向系動力轉向系：兼用駕駛員體力和發(fā)動機動力為轉向能源o 轉向

2、器o 轉向傳動機構o 轉向操縱機構o 轉向加力器轉向加力器1.機械轉向系轉向操縱機構轉向操縱機構轉向器轉向器轉向傳動機構轉向傳動機構書本p171轉向節(jié)臂轉向器轉向盤轉向搖臂轉向萬向節(jié)轉向軸轉向直拉桿轉向節(jié)臂橫拉桿梯形臂轉向節(jié)轉向過程：轉向過程：轉向盤轉向軸萬向節(jié)轉向器轉向輪轉向盤轉向軸萬向節(jié)轉向器轉向輪2.動力轉向系在機械轉向系的基礎上加設一套轉向加力裝置而形成的。加力失效，仍然可轉向50t以上的重型汽車應特別可靠轉向器轉向傳動機構轉向操縱機構轉向加力器2.動力轉向系轉向系要求o 轉向靈敏，工作可靠，輕便靈活；o 轉向車輪運動規(guī)律正確穩(wěn)定，使車輪在轉向時只滾動不滑動；o 轉向車輪具有自動回正能

3、力；o 駕駛員通過轉向盤對轉向過程中車輪與地面之間的運動情況保持適當的“路感”；o 減弱或避免路面不平產生的沖擊傳到轉向盤，造成“打手”現象；o 當汽車發(fā)生碰撞時，轉向裝置應能減輕或避免對駕駛員的傷害。二、兩側轉向輪偏轉角之間的理想關系式 所有車輪均作純滾動的條件所有車輪均作純滾動的條件：所有車輪的軸線都相交于一點轉向中心轉向中心：轉彎時車輪的軸線交點在車輪為絕對剛體的假設條件下，兩側轉向輪偏轉角之間的理想兩側轉向輪偏轉角之間的理想關系式關系式 ：汽車轉彎半徑汽車轉彎半徑：由轉向中心O到外轉向輪與地面接觸點的距離最小轉彎半徑：最小轉彎半徑：LBcotcotmaxminsinLR三、轉向系的傳動

4、比 o 轉向器角傳動比：轉向器角傳動比：轉向盤的轉角增量與轉向搖臂轉角的相應增量之比，貨車的約為1632，轎車的約為1220。o 轉向傳動機構角傳動比：轉向傳動機構角傳動比：轉向搖臂轉角增量與轉向盤所在一側的轉向節(jié)的轉角相應增量之比，對于一般汽車而言大約為1。一般變化幅度不大。三、轉向系角傳動比o 轉向系角傳動比：轉向系角傳動比：轉向盤轉角增量/同側轉向節(jié)相應轉角增量之比，即轉轉向器角傳動比向器角傳動比轉向傳動機構角傳動比轉向傳動機構角傳動比o 轉向系統的力傳動比轉向系統的力傳動比:兩個轉向輪受到的轉向阻力與駕駛員作用在轉向盤上的手力之比稱為轉向系統的力傳動比，它與角傳動比成正比。三、轉向系角

5、傳動比o 轉向系角傳動比越大轉向系角傳動比越大，則為了克服一定的地面轉向阻力矩所需的轉向盤上的轉向力矩便越小，從而在轉向盤直徑一定時，駕駛員應加于轉向盤的手力也越小。o 但過大，但過大，將導致轉向操縱不夠靈敏，即為了得到一定的轉向節(jié)偏轉角，所需的轉向盤轉角過大。o 所以，選取轉向系角傳動比時應適當兼顧轉向省力和轉所以，選取轉向系角傳動比時應適當兼顧轉向省力和轉向靈敏的要求。向靈敏的要求。普遍采用動力轉向系已成為中型以上的貨車和中級以上的轎車轉向系的發(fā)展趨勢。四、轉向盤的自由行程o 轉向盤自由行程：轉向盤自由行程：轉向盤在空轉階段中的角行程o 作用：作用：對于緩和路面沖擊及避免使駕駛員過度緊張是

6、有利的，但不宜過大，以免過分影響靈敏性。o 一般說來，轉向盤從相應于汽車直線行駛的中間位置向任一方向的自由行程最好不超過10 15當零件磨損嚴重到使轉向盤自由行程超過2530時，必須進行調整。影響轉向性能的參數 o 轉向系角傳動比轉向系角傳動比 o 轉向盤自由行程轉向盤自由行程 o 轉向器傳動效率轉向器傳動效率 o 轉向傳動機構幾何尺寸轉向傳動機構幾何尺寸，恰當的轉向傳動機構的幾何尺寸可以使內、外轉向輪在轉向過程中偏轉角度基本滿足車輪作純滾動的運動關系。o 車輪定位車輪定位（主銷內傾角可以使轉向省力，主銷后傾角、主銷內傾角可使轉向輪有自動回正能力）第二節(jié) 轉向操縱機構一、轉向操縱機構的組成二、

7、轉向操縱機構的部件及安全裝置一、轉向操縱機構的組成o 轉向盤到轉向器之間的所有零部件總稱為轉向操縱機構。二、轉向操縱機構的部件及安全裝置1轉向盤 o 輪緣o 輪輻o 輪轂2轉向軸、轉向柱管及其吸能裝置 o 轉向軸是連接轉向盤和轉向器的傳動件，用以傳遞之間的轉矩。o 轎車除要求裝有吸能式轉向盤外，還要求轉向柱管必須裝備能夠緩和沖擊的吸能裝置。o 轉向軸和轉向柱管吸能裝置的基本工作原理是：當轉向軸受到巨大沖擊而產生軸向位移時，通過轉向柱管或支架產生塑性變形、轉向軸產生錯位等方式，吸收沖擊能量。1）轉向軸錯位緩沖 2）轉向軸錯位和支架變形緩沖 3）轉向柱管變形吸收沖擊能量并緩沖GBl5571998：

8、o 汽車在以48km/h的速度正面同其他物體碰撞的試驗中，轉向管柱和轉向軸在水平方向的后移量不得大于127mm；o 在臺架試驗中，用人體模型的軀于以6.7m/s的速度碰撞轉向盤時，作用在轉向盤上的水平力不得超過11123N，。第三節(jié)轉向器作用：增大轉向盤傳到轉向傳動機構的力和改變力的傳遞方向。（補充）目前在汽車上廣泛采用的轉向器有o 齒輪齒條式o 循環(huán)球齒條齒扇式o 蝸桿曲柄指銷式o 循環(huán)球曲柄指銷式一、轉向器傳動效率o 轉向器傳動效率：轉向器傳動效率：轉向器的輸出功率/輸入功率o 正效率正效率：在功率由轉向軸輸入、由轉向搖臂輸出的情況下求得的傳動效率，轉向器的正效率越高，轉向操縱越輕便靈活。

9、o 逆效率逆效率：傳動方向與上述相反時求得的效率，逆效率很高的轉向器很容易將經轉向傳動機構傳來的路面反力傳到轉向軸和轉向盤上，轉向器分類轉向器分類o 可逆式轉向器：可逆式轉向器：逆效率很高的轉向器逆效率很高的轉向器，很容易將路面反力傳到轉向軸和轉向盤上，有利于自動回正，但也能發(fā)生“打手”情況。多用于經常在良好路面上行駛的汽車 o 不可逆式轉向器不可逆式轉向器：逆效率很低的轉向器逆效率很低的轉向器，沖擊載荷不會傳到轉向盤上?；卣赝瑯右膊荒軅鞯睫D向盤。這就使得轉向輪自動回正成為不可能。喪失“路感”，無法據以調節(jié)轉向力矩。現代汽車一般不采用不可逆式轉向器。o 極限可逆式轉向器極限可逆式轉向器：逆

10、效率略高于不可逆式的轉向器，逆效率略高于不可逆式的轉向器，駕駛員有一定的路感，轉向輪也可實現自動回正，而且只有路面沖擊很大時，才能部分地傳到轉向盤。中型以上的越野車和工礦自卸汽車一般采用極限可逆式轉向器。二、齒輪齒條式轉向器二、齒輪齒條式轉向器二、齒輪齒條式轉向器o 齒輪齒條式轉向器由于具有結構簡單、緊湊，重量輕，剛性大，轉向靈敏，制造容易，成本低，正、逆效率都高，而且特別適于與燭式和麥弗遜式懸架配用，便于布置等優(yōu)點，o 簡化轉向傳動機構，不需要轉向搖臂和轉向直拉桿等。三、循環(huán)球式轉向器 循環(huán)球式轉向器中一般有兩級傳動副，o 第一級是螺桿螺母傳動副第二級是齒條齒扇傳動副三、循環(huán)球式轉向器循環(huán)球

11、式轉向器優(yōu)缺點o 優(yōu)點：優(yōu)點：循環(huán)球式轉向器的正傳動效率很高(可達9095)，故操縱輕便，使用壽命長，工作平穩(wěn)、可靠。o 缺點：缺點：其逆效率也很高，容易將路面沖擊力傳到轉向盤。不過，對于前軸軸載質量不大而又經常在平坦路面上行駛的輕、中型載貨汽車而言，這缺點影響不大。o 因此，循環(huán)球式轉向器已廣泛應用于各類各級汽車。四、蝸桿曲柄指銷式轉向器蝸桿指銷搖臂軸曲柄四、蝸桿曲軸指銷式轉向器o 每個指銷所受載荷較單指銷式轉向器的指銷載荷為小，因而其工作壽命較長。o 雙指銷式的搖臂軸轉角范圍較單指銷式為大。o 但雙指銷式結構較復雜，對蝸桿的加工精度要求也較高。第四節(jié)轉向傳動機構o 從轉向器到轉向輪之間的所

12、有傳動桿件總稱為轉向傳動機構。o 功用：功用：將轉向器輸出的力和運動傳到轉向橋兩側的轉向節(jié)使兩側轉向輪偏轉，并使兩轉向輪偏轉角按一定關系變化，以保證汽車轉向時車輪與地面的相對滑動盡可能小。分類：分類：o 非獨立懸架配用轉向傳動機構非獨立懸架配用轉向傳動機構o 獨立懸架配用轉向傳動機構獨立懸架配用轉向傳動機構一、與非獨立懸架配用的轉向傳動機構 1轉向傳動機構的組成與布置轉向傳動機構的組成與布置組成：組成：o 轉向搖臂轉向搖臂o 轉向直拉桿轉向直拉桿o 轉向節(jié)臂轉向節(jié)臂o 轉向梯形臂轉向梯形臂一、與非獨立懸架配用的轉向機構布置方案 1.當前橋僅為轉向橋時，當前橋僅為轉向橋時，轉向梯形布置在前轎之后

13、。轉向梯形布置在前轎之后。當汽車直線行駛時，梯形臂當汽車直線行駛時，梯形臂與橫拉桿在與道路平行的平與橫拉桿在與道路平行的平面內交角面內交角90 一、與非獨立懸架配用的轉向機構布置方案2.在在前橋同時又為轉向驅動前橋同時又為轉向驅動橋或發(fā)動機位置較低的情況橋或發(fā)動機位置較低的情況下，為避免運動干涉，往往下，為避免運動干涉，往往將轉向梯形布置在前橋之前，將轉向梯形布置在前橋之前，此時上述交角此時上述交角90一、與非獨立懸架配用的轉向機構布置方案3.轉向搖臂轉向搖臂不是在汽車縱不是在汽車縱向平面內前后擺動，而是向平面內前后擺動，而是在與道路平行的平面內左在與道路平行的平面內左右擺動右擺動，則可將轉向

14、直拉，則可將轉向直拉桿橫置，借球頭銷直接帶桿橫置，借球頭銷直接帶動轉向橫拉桿，從而推使動轉向橫拉桿，從而推使兩側梯形臂轉動。兩側梯形臂轉動。2.轉向搖臂轉向搖臂大端與轉向搖臂軸相連，小大端與轉向搖臂軸相連，小端與轉向拉桿球頭銷絞接。端與轉向拉桿球頭銷絞接。搖臂與搖臂軸安裝時要對搖臂與搖臂軸安裝時要對正記號，以保證搖臂從中正記號，以保證搖臂從中間向兩邊擺動時擺角大致間向兩邊擺動時擺角大致相同。相同。2、轉向直拉桿、轉向直拉桿轉向直拉桿與轉向搖臂及轉向節(jié)臂的相對運動都轉向直拉桿與轉向搖臂及轉向節(jié)臂的相對運動都是空間運動。為了不發(fā)生運動干涉，三者之間的是空間運動。為了不發(fā)生運動干涉，三者之間的連接件

15、都是球形鉸鏈。連接件都是球形鉸鏈。轉向搖臂球頭銷轉向搖臂球頭銷3、轉向橫拉桿、轉向橫拉桿在旋松夾緊螺栓以后，轉動橫拉桿體，可改變橫拉在旋松夾緊螺栓以后，轉動橫拉桿體，可改變橫拉桿的總長度，來調節(jié)前輪前束桿的總長度，來調節(jié)前輪前束二、與獨立懸架配用的轉向機構布置方案 轉向橋是斷開的。與此相應，轉向傳動機構中的轉向梯形也必須是斷開式的，分成幾段。與獨立懸架配用的轉向機構布置方案習題：o 循環(huán)球式轉向器中的轉向螺母可以()。A轉動 B軸向移動 CA，B均可 DA，B均不可o 轉彎半徑是指由轉向中心到()。A內轉向輪與地面接觸點間的距離 B外轉向輪與地面接觸點間的距離C內轉向輪之間的距離 D外轉向輪之間的距離o 采用齒輪、齒條式轉向器時，不需()，所以結構簡單。A轉向節(jié)臂 B轉向搖臂 C轉向直拉桿 D轉向橫拉桿習題o可逆式轉向器的自動回正能力稍遜于極限可逆式轉向器。()o循環(huán)球式轉向器中的轉向螺母既是第一級傳動副的主動件，又是第二級傳動副的從動件。()o汽車轉向時，內轉向輪的偏轉角應當小于外轉向輪的偏轉角。()o汽車的轉彎半徑越小，則汽車的轉向機動性能越好。()o汽車的軸距越小，則轉向機動性能越好。()o動力轉向系是在機械轉向系的基礎上加設一套轉向加力裝置而形成的。()o采用動力轉向系的汽車，當轉向加力裝置失效時，汽車也就無法轉向了。()