汽车底盘构造第二十三章转向系.ppt

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1、汽车转向系统是用来改变汽车行驶方向的专设机构的总称。汽车转向系统的功用是保证汽车能按驾驶员的意愿进行直线或转向行驶。一、汽车转向系的类型和组成：类型：机械转向系和动力转向系,第二十三章 汽车转向系,第一节 概述,1.机械转向系：用司机体力为转向能源，所有传力件都是机械的。,转向系转向原理,转向摇臂,转向直拉杆,转向节臂,左转向节,转向梯形臂,转向横拉杆,转向器,机械式转向系的工作演示,液压动力转向器的工作压力可高达10MPa以上，故其部件尺寸很小。液压系统工作时无噪声，而且能吸收来自不平路面的冲击。,以司机体力（小部分）作为转向能源。以发动机动力（大部分）作为转向能源。,2.动力转向器：,转向

2、油罐,转向油泵,转向拉杆,转向控制阀,转向动力缸,转向摇臂,机械转向器,转向节,梯形臂,转向横拉杆,3、机械转向系的组成：转向操纵机构：转向盘、转向轴、万向节（上、下）、转向传动轴。（采用万向传动装置有助于转向盘和转向器等部件和组件的通用化和系列化）转向器：内设减速传动付，作用减速增扭。转向传动机构：转向摇臂、转向主拉杆、转向节臂、转向节、转向梯形。,4、转向盘左置：交规是右侧行驶。方向盘在左侧，可使司机视野好，坐在司机身旁的乘客，能够从车门直接走到人行道上。,5、转向系的设计要求：,（1）零部件应有足够强度及刚度，以保证汽车安全行驶。（2）汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转，任何

3、车轮不应有侧滑。（3）汽车转向行驶后，驾驶员松开转向盘，转向轮能自动返回 到直线行驶位置并稳定行驶。（4）转向轮碰撞到障碍物后，传给转向盘的反冲力要尽可能小。（5）转向器和转向传动机构的球头处，有消除因磨损而产生间 隙的调整机构。（6）在车祸中，当转向轴和转向盘由于车架或车身变形而共同 后移时，转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。（7）操纵轻便，以减轻司机劳动强度。,二、两侧转向轮偏角之间的理想关系式：汽车转弯时，内、外轮所驶过的距离是不等的，在后桥中，由于装有差速器，可使左、右两车轮以不同的转速滚过不同的距离，基本上是纯滚动而无滑动。但一般汽车的前桥（从动桥）为一根刚性梁，汽车转弯

4、时，两侧车轮滚过不同的距离，势必引起车轮沿路面的运动是既有滚动又有滑动。试验证明，要保证汽车转向时，每个车轮都作纯滚动而不产生滑移，就必须使车轮的滚动轨迹符合一定的规律，即各轮的轴线在转向时应交于一点，使所有的车轮绕着该点滚动。该点称瞬时转向中心。（由于汽车由直线 转弯 直线行驶，转角由0 大 小 0，所以，轴线交点O是变化的，这些点统称为瞬时转向中心。）,ctg,X+B,L,瞬心到外轮中心面的距离：称为转向半径。,转向车轮作纯滚动的充要条件是：,ctg 1=ctg1+B/L1 ctg 2=ctg2+B/L2,ctg=ctg+,B,L,外轮转角；内轮转角；B主销中心距；L汽车轴距,对于双桥转向

5、汽车：,由转向梯行机构保证。,转向车轮作纯滚动的必要条件：,三、转向系角传动比,1转向器角传动比转向盘转角增量与相应的转向摇臂转角增量之比i1称 为转向器角传动比。2转向传动机构角传动比转向摇臂转角增量与转向盘一侧转向节的相应转角增量之比i2称 为转向传动机构角传动比。3转向系统角传动比转向盘转角增量与同侧转向节相应转角增量之比i为 转向系统角传动比。I=i1i24转向系统的力传动比两个转向轮受到的转向阻力与驾驶员作用在转向盘上的手力之比I p称 为转向系统的力传动比，它与角传动比I 成正比。,（1）操纵轻便性（2）转向灵敏性,转向系角传动比对转向系的,影响很大。,反之，i过小，灵敏性增加，但

6、司机操纵费力，易疲劳。,i1越大，操纵越省力、轻便；但不能实现迅速转向，即灵敏性较差。,（1）采用动力转向器,（2）采用变速比转向器,转向系的传动比，主要由转向器的传动比 i1决定。,解决矛盾的措施：,Fw转向阻力 Fh方向盘上的力 Mr-转向节上转向阻力矩Dsw-转向盘作用半径 c-主销偏移距,相互啮合的齿轮基圆齿距必须相等，pb1=pb2,pb1=m1cos1,pb2=m2cos2使一个具有标准齿的小齿轮与一个具有变模数（mt）、变压力角（at）的齿条相啮合；齿条每个齿模数和压力角的余弦乘积等于常数，则该齿条的基圆周节为常数，如果齿条的基圆周节等于小齿轮的基圆周节可啮合并运转。,例如：齿轮

7、齿条式变速比转向器：,四、转向盘自由行程：转向盘空转阶段角行程称转向盘自由行程。用来克服转向系内部的摩擦，各传动件间装配间隙。缓冲路面冲击及避免使驾驶员过度紧张有利过大导致转向灵敏下降,=1015；2530调整,第二节、转向操纵机构一 转向操纵机构的组成和布置 组成：转向盘、转向柱管、转向轴、上下万向节、转向传动轴 1、转向盘：设计要求：（1）具有柔软的外表皮，可起缓冲作用，撞车时，骨架能 产生变形，以吸收冲击能量，减轻司机受伤程度。（2）转向盘上装有喇叭按钮，有些轿车上还装有车速控制开关和撞 车气囊装置。,轮缘、轮辐（2 4根）、轮毂（孔内细牙内花键与转向轴连）,台架实验中，模型躯干以6.7

8、0m/s撞方向盘，作用力11123N,2.转向轴和转向柱管的吸能装置：,V=48km/h，正面碰撞中，管柱后移量127mm,2）转向轴错位和支架变形缓冲Mazda 6轿车转向柱管吸能装置的工作原理是：发生碰撞时，转向器向后移动，下转向传动轴插入上转向传动轴的孔中，上转向传动轴被压扁，吸收了冲击能量。此外，转向柱管通过支架和U形金属板固定在仪表板上。当驾驶员身体撞击转向盘后，转向管柱和支架将从仪表板上脱离下来向前移动。这时，一端固定在仪表板上而另一端固定在支架上的U形金属板就会产生扭曲变形并吸收冲击能量。,1）转向轴错位缓冲,第三节 转向器 1、转向器传动效率 正传动效率 h+=转向摇臂的输出功

9、率/转向轴的输入功率=(p1-p2）/p1 传动方向与之相反时所求得的效率称为逆传动效率 h=由转向轴的输出功率/转向摇臂的输入功率）=(p3-p2)/p3 p2转向器摩擦功率,一、转向器的传动效率,二、齿轮齿条式转向器,l.转向盘 2.安全转向轴 3.转向节 4.转向轮 5.转向节臂 6.转向横拉杆 7.转向减振器 8.机械转向器,采用齿轮齿条式转向器可以使转向传动机构简化(不需转向摇臂和转向直拉杆等)。,齿轮齿条式转向器是以齿轮和齿条传动作为传动机构，适合与麦弗逊式独立悬架配用，常用于轿车、微型货车和轻型货车。,转向减振器避免摆振,齿轮齿条式转向器工作原理,转向齿条的动力中间输出。,捷达轿

10、车转向器的安装及布置 转向器通过两个U形支架和橡胶管支承并固定在副车架上，两个转向横拉杆分别通过球头销与转向齿条的两端相连。优点：占用空间最少。车轮跳动或转动不在齿条上产生绕轴线的力矩。,三、循环球式转向器,特点：正传动效率很高，操纵轻便，使用寿命长，工作平稳可靠。但逆效率也高，容易将路面冲击力传到转向盘上。,循环球式转向器中一般有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。常用于各种轻型和中型货车，也用于部分轻型越野汽车。转向螺杆转动时，通过钢球将力传给转向螺母，使螺母沿轴向移动。同时，在螺杆、螺母和钢球间的摩擦力矩作用下，所有钢球便在螺旋管状通道内滚动，形成“球流”。,四

11、蜗杆指销式转向器,具有梯形截面螺纹的转向蜗杆支承在转向器壳体两端的球轴承上，蜗杆与锥形指销相啮合，指销用双列圆锥滚子轴承支于摇臂轴内端的曲柄孔中。当转向蜗杆随转向盘转动时，指销沿蜗杆螺旋槽上下移动，并带动曲柄及摇臂轴转动,1、组成：,2、布置形式分析,（a）转向器位于前轴后方,后置梯形：用于转向桥 90,（b）转向器位于前轴后方,前置梯形：用于转向驱动桥或发动机位置较低的车 90,（d）转向器位于前轴后方,前置梯形：转向摇臂不是在汽车纵向平面内前后摆动，而是在与道路平行的平面内左右摆动,1.转向器 2.转向摇臂 3.转向直拉杆 4.转向节臂 5.梯形臂 6.转向横拉杆,转向传动机构工作演示,3

12、、转向摇臂：是转向器与直拉杆间的传动件，其大端用锥形三角细花键与转向器中摇臂轴外端连接，以保证在圆周上受力均匀。为了保证转向器摇臂轴在中间位置，在摇臂轴的外端面和转向摇臂上孔外端面上，刻有短线装配标记，装配时，对齐记号。其小端用带有的球头销与直拉杆作空间铰链。,4、转向直拉杆：是转向摇臂与转向节臂间的传动件。它与上述两部件用球形铰链联接，以保证空间运动时不发出运动干涉。,球头销,转向直拉杆,油嘴,弹簧座,压缩弹簧,连接转向节臂,端部螺塞,橡胶防尘垫,球头销,螺母,转向节臂,球头座,转向横拉杆,5、转向横拉杆：是转向梯形机构的底边。,转向横拉杆,二、与独立悬架配用的转向传动机构 独立悬架的每个转

13、向轮分别相对车架作独立运动，因而转向桥必须是断开的，所以，转向传动机构中的转向梯形也必须分成两段或三段。,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.悬架左臂 9.悬架右摆臂 10.齿轮齿条式转向器,第五节 转向加力装置转向动力：小部分为司机提供的体力，大部分为发动机驱动油泵提供的液压能（或气压能），液压能主要加于一些司机施力不足的零部件上，这套装置称转向加力装置。,目前液压转向加力装置在重型汽车上应用较多。,一、动力转向系统概述动力转向系统是将发动机输出的部分机械能转化为压力能（或电能），并在驾驶员控制下，对转向传动机构或转向器

14、中某一传动件施加辅助作用力，使转向轮偏摆，以实现汽车转向的一系列装置。采用动力转向系统可以减轻驾驶员的转向操纵力。动力转向系统由机械转向器和转向加力装置组成。根据助力能源形式的不同可以分为液压助力、气压助力和电动机助力三种类型。其中液压助力转向系统应用较为普遍，以下重点介绍其类型及典型零部件。,1、常压式液压转向加力装置：(滑阀式转向控制阀）其特点是无论转向盘处于中立位置还是转向位置，也无论转向盘保持静止还是运动状态，系统工作管路中总是保持高压。,低压油罐,高压油罐,1,2,3,3,1,2,2、常流式液压转向加力装置：(转阀式转向控制阀）其特点是转向油泵始终处于工作状态，但液压助力系统不工作时

15、，基本处于空转状态。多数汽车都采用常流式液压助力转向系统。,3常流式液压助力转向系统的结构布置方案整体式动力转向器:机械转向器和转向动力缸设计成一体，并与转向控制阀组装在一起，三合一。半整体式动力转向器:转向控制阀同机械转向器组合成一个部件，转向动力缸则做成独立部件转向加力器:将机械转向器作为独立部件，而将转向控制阀和转向动力缸组合成一个部件。,电动液压助力转向系统,电动液压助力转向系统优点,高速行驶转向的稳定和安全性,低速操纵轻便灵活,带双小齿轮的电动机械转向助力器,转向系统的部件有：-方向盘-带转向角传感器G85的组合开关-转向柱-转向力矩传感器J269-转向器-电动机械转向助力器马达V1

16、87-转向辅助控制单元J500,Die Gesamtbersicht der elektro-mechanischen Servolenkung mit Doppelritzel,Die Bauteile der Lenkung sind:-Lenkrad-Lenkstockschalter mit Geber fr Lenkwinkel G85-Lenksaeule-Geber fr Lenkmoment J269-Lenkgetriebe-Motor fr elektro-mechanische Servolenkung V187-Steuergeraet fr Lenkhilfe J50

17、0,随着电动机械转向助力器的使用，液压式转向助力系统可以被取消了。由于不再使用液压油，所以该转向系统在环境保护方面作出了重大贡献。,所使用的电动机械转向助力器是一种双小齿轮方案。它以两只小齿轮（转向和驱动小齿轮）命名。在它们的帮助下，需要的转向力被传导到齿条上。,提供转向助力时，将根据需要控制电动马达。该系统为驾驶员提供了由行驶条件决定的转向助力（servotronic电控转向助力系统）。,电动机械转向助力器在“主动回位”功能下支持转向系统回位到正前行驶位置。这可以在任何行驶状态下提供出色的正中感觉和格外精确的线性导向。,当车辆处于持续侧风冲击或倾斜的路面上时，正前行驶修正功能将产生一个助力力

18、矩，减轻驾驶员在正前行驶时的负担。,电动机械转向助力器的优点电动机械转向助力器与液压转向系统相比，主要优点在于不再需要液压系统。从而形成如下优点，如：-取消了液压部件，如伺服机油泵、管路连接、机油罐、过滤器，-取消了液压油，-节省了安装空间，-形成较小的噪音，-节约能源，-取消了繁琐的管路连接和线路连接。,驾驶员在各种情况下都能有良好的驾驶感觉-良好的正前行驶（转向系统回位到正前行驶位置由电动机械转向助力器主动支持），-直接、轻缓地对转向指令作出响应，-路面不平整时不会产生不舒适的转向动作。,特性曲线组和特性曲线转向助力是通过一个控制单元永久程序存储器中的特性曲线组来进行控制的。该存储器统计了最大16条不同的特性曲线组。比如在高尔夫2004中从提供的特性曲线组中选择8条特性曲线组使用。将根据要求（比如车辆重量）在出厂前激活一条特性曲线组。,