单元八 汽车转向系

1单元八汽车转向系8.1概述8.1.1转向系的功用、类型、组成及工作过程1．功用1）功用：汽车转向系的功用是改变和保持汽车的行驶方向。定义：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位置。这种由驾驶员操纵，转向轮偏转和回位的一整套机构，称为汽车转向系。2.类型、组成及系统的工作过程1）分类汽车转向系按转向能源的不同分为机械转向系和动力转向系两大类。2）基本组成机械转向系以驾驶员的体力作为转向能源。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，图8-1为其一般布置情况示意图。图8-1机械转向系示意图23.系统工作过程汽车转向时，驾驶员转动转向盘，通过转向轴、万向节和转向传动轴，将转向力矩输入转向器。从转向盘到转向传动轴这一系列部件即属于转向操纵机构。转向器中有1～2级啮合传动副，具有减速增力作用。经转向器减速后的运动和增大后的力矩传到转向摇臂，再通过转向直拉杆传给固定于左转向节上的转向节臂，使左转向节及装于其上的左转向轮绕主销偏转。左、右梯形臂的一端分别固定在左、右转向节上，另一端则与转向横拉杆作球铰链连接。当左转向节偏转时，经梯形臂、横拉杆和梯形臂的传递，右转向节及装于其上的右转向轮随之绕主销同向偏转相应的角度。转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂、梯形臂和转向横拉杆总称为转向传动机构。梯形臂，以及转向横拉杆和前轴构成转向梯形，其作用是在汽车转向时，使内、外转向轮按一定的规律进行偏转。4.动力转向系动力转向系是兼用驾驶员体力和发动机动力作为转向能源的转向系。动力转向系是在机械转向系的基础上加设一套转向加力器而构成的。图8-2为一种液压式动力转向系示意图。其中，转向油罐、转向油泵、转向控制阀和转向动力缸为构成转向加力器的各部件。3图8-2动力转向系示意图采用动力转向系的汽车，在正常情况下转向时，驾驶员操纵机械转向系一方面提供转向所需的一小部分能量，另一方面则同时带动转向加力器工作，由发动机通过转向加力器提供转向所需的大部分能量。在转向加力器失效时，一般还能由驾驶员独立承担汽车转向任务。8.1.2转向系角传动比、转向时车轮运动规律1．转向系角传动比转向盘的转角与安装在转向盘同侧的转向车轮偏转角的比值，称为转向系角传动比，常用iW表示。2．转向时车轮运动规律汽车转向时，内侧车轮和外侧车轮滚过的距离是不相等的。对于一般汽车而言，后桥左右两侧的驱动轮由于差速器的作用，能够以不同的转速滚过不同的距离。但前桥左右两侧的转向轮要滚过不同的距离，必然引起车轮沿路面边滚动边4滑动，致使转向时的行驶阻力增大，轮胎磨损增加。为了避免这种现象，要求转向系能保证在汽车转向时，所有车轮均作纯滚动。显然，这只有在转向时，所有车轮的轴线都交于一点方能实现。此交点O称为汽车的转向中心（图8-3）。由图可见，汽车转向时内侧转向轮偏转角β大于外侧转向轮偏转角α。α与β的关系是：ctgα=ctgβ+B/L式中：B—两侧主销中心距（略小于转向轮轮距）；L—汽车轴距。这一关系是由转向梯形保证的，故上式也称为转向梯形理论特性关系式。迄今为止，所有汽车转向梯形的设计实际上都只能保证在一定的车轮偏转角范围内，使两侧车轮偏转角大体上接近以上关系式。从转向中心O到外侧转向轮与地面接触点的距离R称为汽车转弯半径。转弯半径R愈小，则汽车转向所需场地就愈小，汽车的机动性也愈好。当外侧转向轮偏转角达到最大值αmax时，转弯半径R最小。汽车内侧转向轮的最大偏转角一般在35°～42°之间。载货车的最小转弯半径一般约为7m～13m。图8-3双轴汽车转向示意图三轴汽车转向时，与上述情况类似。5图8-4前桥转向的三轴汽车转向示意图对于只用前桥转向的三轴汽车，由于中桥和后桥车轮的轴线总是平行的，故不存在理想的转向中心。它是用一根与中、后轮轴线等距的假想平行线CD与前轮轴线交于O点，如图8-4所示，转向时所有车轮均绕O点滚动。在这种情况下，只有前轮作纯滚动，而中、后桥车轮在滚动的同时还伴有轻微的滑动。8.2机械转向器8.2．1转向器的功用、类型、传动效率及转向盘自由行程1.功用转向器是转向系中的减速增力传动装置。其功用是增大由转向盘传到转向节的力，并改变力的传递方向。2．类型转向器的种类较多，一般是按转向器中啮合传动副的结构型式分类。目前应用较广泛的有蜗杆曲柄指销式、循环球式和齿轮齿条式等几种。3.转向器的传动效率转向器的输出功率与输入功率之比称为转向器传动效率。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效率。反之则称为逆效率。64.转向盘自由行程由于转向系各传动件之间都存在着装配间隙，而且这些间隙将随零件的磨损而增大，因此在一定的范围内转动转向盘时转向节并不随即同步转动，而是在消除这些间隙并克服机件的弹性变形后，才作相应的转动，即转向盘有一空转过程。转向盘为消除间隙、克服弹性变形所空转过的角度称为转向盘自由行程。转向盘自由行程对于缓和路面冲击及避免驾驶员过度紧张是有利的，但过大的自由行程会影响转向灵敏性。一般规定转向盘从直行中间位置向任一方向的自由行程不超过10°～15°。当零件磨损到使转向盘的自由行程超过25°～30°时，则必须进行调整。通常是通过调整转向器传动副的啮合间隙来调整转向盘自由行程。8.2.2转向器的构造和工作原理1.蜗杆曲柄指销式转向器1）构造图8-6所示为EQ1090E型汽车的蜗杆曲柄双销式转向器。它主要由转向器壳体、转向蜗杆、转向摇臂、指销等组成。转向器壳体固定在车架的转向器支架上。壳体内装有传动副，其主动件是转向蜗杆，从动件是装在摇臂轴曲柄端部的指销。具有梯形截面螺纹的转向蜗杆支承在转向器壳体两端的两个向心推力球轴承1和2上。转向器下盖上装有调整螺塞，用以调整向心推力轴承1、2的预紧度，调整后用螺母锁死。蜗杆与两个锥形的指销相啮合，构成传动副。两个指销均用双列圆锥滚子轴承支承在曲柄上，其中靠近指销头部的一列轴承无内圈，滚子直接与指销轴颈接触，使该段指销轴颈的直径可以做得大些，以保证其有足够的强度。装在滚动轴承上的指销可绕自身轴线旋转，以减轻蜗杆与指销啮合传动时的磨损，提高传动效率。螺母用来调整轴承的预紧度，以使指销能自由转动而无明显轴向间隙为宜，调整后用销片（图中未示出）将螺母锁住。7安装指销和双排圆锥磙子轴承的曲柄制成叉形，与摇臂轴制成一体。摇臂轴用粉末冶金衬套支承在壳体中。转向器侧盖上装有调整螺钉，旋入螺钉可改变摇臂轴的轴向位置，以调整指销与蜗杆的啮合间隙，从而调整了转向盘自由行程。调整后用螺母锁紧。摇臂轴伸出壳体的一端通过花键与转向摇臂连接。图8-6东风EQ1090E型汽车转向器2）工作过程（观看蜗杆曲柄指销式工作原理动画）汽车转向时，驾驶员通过转向盘带动转向蜗杆（主动件）转动，与其相啮合的指销（从动件）一边自转，一边以曲柄为半径绕摇臂轴轴线在蜗杆的螺纹槽内作圆弧运动，从而带动曲柄、进而带动转向摇臂摆动，实现汽车转向。蜗杆曲柄指销式转向器传动副中的指销，可以如上述有两个，也可以只有一个。单销式与双销式在结构上基本一样。与双销式相比，单销式的结构较简单，8但转向摇臂的摆角不大，一般总摆角只有80°，而双销式的则可达120°左右。因为当摇臂轴转角很大时，双销式中的一个指销虽已与蜗杆脱离啮合，但另一个指销仍保持啮合。此外，当摇臂轴转角不大时，双销式的两个指销均与蜗杆啮合，每个指销所承受的载荷比单销式指销的载荷小，故双销式的指销比单销式的指销磨损小，寿命长。8.2.3齿轮齿条式转向器（观看齿轮齿条式转向器录象）1.结构图8-7a所示为齿轮齿条式转向器。它主要由转向器壳体、转向齿轮、转向齿条等组成。转向器通过转向器壳体的两端用螺栓固定在车身（车架）上。图8-7齿轮齿条式转向器齿轮轴通过球轴承、滚柱轴承垂直安装在壳体中，其上端通过花键与转向轴上的万向节（图中未画出）相连，其下部是与轴制成一体的转向齿轮。转向齿轮9是转向器的主动件。与它相啮合的从动件转向齿条水平布置，齿条背面装有压簧垫块。在压簧的作用下，压簧垫块将齿条压靠在齿轮上，保证二者无间隙啮合。调整螺塞可用来调整压簧的预紧力。压簧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。2.工作过程（观看齿轮齿条式转向器录象）转向齿条的中部通过拉杆支架与左、右转向横拉杆连接。转动转向盘时，转向齿轮转动，与之相啮合的转向齿条沿轴向移动，从而使左、右转向横拉杆带动转向节转动，使转向轮偏转，实现汽车转向。3.调整齿轮齿条转向器的调整主要是调整转向齿轮与转向齿条的啮合间隙（如图8-8所示），调整方法如下：转动齿轮使齿条处于伸缩运动的中间位置，使用扭力扳手和专用套筒将调整螺塞拧到7-15N·m，然后退回30°-40°，然后保持螺塞位置不变，再拧紧锁紧螺母；专用工具套入齿轮花键端以10-15r/min的速度转动齿轮，测量齿轮齿条啮合预紧度(齿轮转动阻力矩)(带伸缩胶套和润滑脂)，转动平顺；安装连接叉到齿条上时，注意齿条端面刻线与连接叉刻线要对齐。108-8齿轮齿条式转向器的调整4.特点齿轮齿条式转向器结构简单；传动效率高，操纵轻便；重量轻；由于不需要转向摇臂和转向直拉杆，还使转向传动机构得以简化。在有效地解决了逆传动效率高和实现转向器可变速比等技术问题后，这种转向器在前轮为独立悬架的中级以下轿车和轻型、微型货车上得以广泛应用，如本田飞度轿车，上海桑塔纳轿车、天津夏利轿车及柳州五菱微型货车等均采用齿轮齿条式转向器。8.2.4循环球式转向器（观看循环球式录象）118-9解放CA1092型汽车转向器1.结构循环球式转向器是目前国内外汽车应用最广泛的一种转向器。与其它型式的转向器相比，循环球式转向器在结构上的主要特点是有两级传动副。图8-9所示为解放CA1092型汽车的循环球—齿条齿扇式转向器。第一级传动副是转向螺杆—转向螺母；螺母的下平面加工成齿条，与齿扇轴内侧的齿扇相啮合，构成齿条—齿扇第二级传动副。显然，转向螺母既是第一级传动副的从动件，也是第二级传动副的主动件。通过转向盘转动转向螺杆时，转向螺母不能随之转动，而只能沿杆轴向移动，并驱使齿扇轴（即摇臂轴）转动。转向螺杆支承在两个推力球轴承上，轴承的预紧度可用调整垫片调整。在转向螺杆上松套着转向螺母。为了减少它们之间的摩擦，二者的螺纹并不直接接触，其间装有许多钢球，以实现滚动摩擦。螺杆和螺母的螺纹都加工成截面近似为半圆形的螺旋槽，二者的槽相配合即形成截面近似为圆形的螺旋管状通道。螺母侧面有两对通孔，可从此孔将钢球塞入螺旋通道内。螺母外有两根钢球导管，每根12导管的两端分别插入螺母侧面的一对通孔中。导管内也装满钢球。这样，两根导管和螺母内的螺旋通道组合成两条各自独立的封闭的钢球“流道”。2.工作原理（观看循环球式转向器工作原理录象）当转动转向螺杆时，通过钢球将力传给转向螺母，使螺母沿杆轴向移动。同时，由于摩擦力的作用，所有钢球便在螺杆和螺母之间的螺旋通道内滚动。钢球在螺旋通道内绕行两周后，流出螺母而进入导管的一端，再由导管的另一端流回螺母内。故在转向器工作时，两列钢球只在各自的封闭流道内循环流动，而不会脱出。3.调整转向螺母下平面上加工出的齿条是倾斜的，与之相啮合的是变齿厚齿扇。只要使齿扇轴相对于齿条作轴向移动，便可调整二者的啮合间隙。调整螺钉旋装在侧盖上。齿扇轴靠近齿扇的端部切有T形槽，螺钉的圆柱形端头嵌入此切槽中，端头与T形槽的间隙用调整垫圈来调整。旋入螺钉，则齿条与齿扇的啮合间隙减小；旋出螺钉则啮合间隙增大。调整好后用锁紧螺母锁紧。转向器的第一级传动副（转向螺杆—转向螺母）因结构所限，不能进行啮合间隙的调整，零件磨损严重时，只能更换零件。4.特点循环球式转向器传动效率高（正效率最高可达90%～95%），故操纵轻便，转向结束后自动回正能力强，使用寿命长。但因其逆效率也很高，故容易将路面冲击传给转向盘而产生“打手”现象，不过，随着道路条件的改善，这个缺点并不明显。因此，循环球式转向器广泛用于各类各级汽车。8.3转向操纵机构（观看转向柱录象）转向操纵机构一