汽车构造教学课件PPT汽车转向系统

第十三讲汽车转向系统汽车行驶时要经常改变行驶方向，汽车上用来改变或恢复其行驶方向的机构称为汽车的转向系。1第一节概述转向系主要由三部分组成：•1）转向操纵机构•2）机械/动力转向器•3）转向传动机构其中转向器是将操纵机构的旋转运动转变为传动机构的直线运动的机构，是转向系的核心部件。2转向系的分类转向系统可分为机械转向系统和动力转向系统两大类。(1)机械转向系统：以驾驶员的体力作为转向能源的转向系统，其中所有传力件都是机械的。3转向系的分类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4转向系的分类(2)动力转向系统：兼用驾驶员体力和发动机(或电机)的动力为转向能源的转向系统，动力转向系统是在机械转向系统的基础上加设一套转向加力装置而形成的。5对转向系的要求(1)要求工作可靠，操纵轻便。(2)转向机构还应能减小地面传到转向盘上的冲击，并保持适当的路感。(3)当汽车发生碰撞时，转向装置应能减轻或避免对驾驶员的伤害。6汽车转向原理汽车转向时，要顺利转向应使各车轮没有滑动现象，须有一个瞬时中心，汽车以此中心做圆心来回转运动。因轮距影响，前两轮转弯半径不同，所以转角也不同，内侧轮永远大于外侧轮。7汽车转向原理因英籍德国人阿克曼（Ackerman）首先完成内外转向轮转角关系的推导，故上式也称阿克曼原理。8第二节转向操纵机构一、转向操纵机构的组成转向盘到转向器之间的所有零部件总称为转向操纵机构。9二、转向操纵机构的部件及安全装置1．转向盘转向盘由轮缘、轮辐和轮毂组成。转向盘轮毂的细牙内花键与转向轴连接，转向盘上都装有喇叭按钮，有些轿车的转向盘上还装有车速控制开关和安全气囊。10转向盘汽车转向盘材料现在的转向盘已以聚氨酯发泡塑料制成的半硬转向盘取代了传统的以金属为主要骨架的旧式转向盘。转向盘包覆物多用PP、PU、PVC、ABS等树脂。从轻量化考虑，有用玻璃纤维增强PA代替铁芯的趋势。11转向盘12转向盘转向盘上有喇叭开关，必须时刻与车身电器线路相连，因此就必须采用集电环装置。因此，最近的汽车开始装用电缆盘，代替集电环。转向盘的集电环由于集电环是机械接触，长时间使用触点会因磨损影响导电性，导致紧急时刻喇叭不鸣甚至气囊不工作。132．转向轴、转向柱管及其吸能装置转向轴是连接转向盘和转向器的传动件，转向柱管固定在车身上，转向轴从转向柱管中穿过，支承在柱管内的轴承和衬套上。轿车除要求装有吸能式转向盘外，还要求转向柱管必须装备能够缓和冲击的吸能装置。转向轴和转向柱管吸能装置的基本工作原理是：当转向轴受到巨大冲击而产生轴向位移时，通过转向柱管或支架产生塑性变形、转向轴产生错位等方式，吸收冲击能量。141）转向轴错位缓冲152）转向轴错位和支架变形缓冲Mazda6轿车转向柱管吸能装置的工作原理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。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。163）转向柱管变形吸收冲击能量并缓冲如果汽车上装用了网格状或波纹管式转向柱管吸能装置，当发生猛烈撞车导致人体冲撞转向盘时，网格部分或波纹管部分将被压缩产生塑性变形，吸收冲击能量。17转向盘调节机构为了适合不同体态的人，在一些汽车上转向盘的高度和前后位置也可调节。18转向盘调节机构19第三节转向器一般驾驶员可以施加到转向盘上的切向力不大于500N，轿车转向系设计要求转向盘操纵力在100～200N之间。也就是说施加到转向盘上的扭距仅为20～40NM。而一般轿车车轮上的原地转向阻力距为400～800NM。显然实现转向操作，必须设计减速增扭机构－－转向器。20降速增矩改变运动方向1.传动比2.传动效率转向器传动比线位移输出的转向器（齿轮齿条式）的传动比，用转向盘每转一圈时转向器输出轴的线位移的大小来表示；角位移输出的转向器（循环球齿扇式）的传动比，用转向盘转角增量与转向摇臂轴转角增量之比来表示。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）为，目的是实现所需要的中位感觉和高速稳定性。21一、转向器的传动效率转向器除要保证汽车转向轻便灵活外，还应能防止由于路面反力对转向盘产生过大的冲击(即所谓的回弹打手现象)，造成操纵困难和驾驶员工作疲劳。为了实现这一目的，转向器应具有较高的正传动效率和适当的逆传动效率。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；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。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。22转向器效率（1）可逆式转向器正传动效率高，逆传动效率也高；（2）不可逆转向器正传动效率高，逆传动效率为零；（3）半可逆式转向器正传动效率高，逆传动效率较低所有的转向器都要求正传动效率要高，这样转向力通过转向器时损失少，转向操纵便灵活。好的转向器应有适当的逆传动效率，使驾驶员通过操纵转向盘既能对道路情况有明显的路感，但又不能使路面不平对转向盘产生过大的冲击。23转向系分类根据转向器输出端的运动形式的不同，转向器可以分为有两种，一种是线位移转向器；另一种是角位移转向器。目前较常用的有齿轮齿条式、蜗杆曲柄指销式、循环球－齿条齿扇式等。24二、齿轮齿条式转向器25齿轮齿条式转向器26齿轮齿条式转向器的特点（1）结构简单，刚性大，重量轻。（2）车轮反作用力容易传至转向盘，所以具有对路面状态反应灵敏的优点，但同时也容易产生打手和摆振等现象。（3）齿轮与齿条直接啮合，将齿轮的旋转运动转化为齿条的直线运动，使转向拉杆横向拉动车轮产生偏转。齿轮并非单纯的平齿轮，而是特殊的螺旋形状，这是为了尽量减小齿轮与齿条之间的啮合间隙，使转向盘的微小转动能够传递到车轮，提高操作的灵敏性。但齿轮啮合过紧也可使转向盘操作力过大。27三、循环球式转向器循环球式转向器是目前国内外应用最广泛的结构型式之一，一般有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。28循环球－齿条齿扇式转向器为了减少转向螺杆转向螺母之间的摩擦，二者的螺纹并不直接接触，其间装有多个钢球，以实现滚动摩擦。2930循环球－齿条齿扇式转向器31四、蜗杆曲柄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。32第四节转向传动机构从转向器到转向轮之间的所有传动杆件总称为转向传动机构。转向传动机构的功用是将转向器输出的力和运动传到转向桥两侧的转向节，使转向轮偏转，并使两转向轮偏转角按一定关系变化，以保证汽车转向时车轮与地面的相对滑动尽可能小。根据配用悬架形式的不同，可分为：1.与非独立悬架配用的转向传动机构2.与独立悬架配用的转向传动机构33一、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主要包括转向摇臂2、转向直拉杆3转向节臂4和转向梯形。34二、与独立悬架配用的转向传动机构当转向轮独立悬挂时，每个转向轮都需要相对于车架作独立运动，因而转向桥必须是断开式的。与此相应，转向传动机构中的转向梯形也必须是断开式的。35独立悬架配用36传动机构零部件37传动机构零部件38传动机构零部件39第五节液压助力转向系统动力转向系统是利用转向加力装置协助司机轻便操作转向盘。由于中、重型货车的前桥载荷重，一般需要使用的动力转向机构。随着轿车发动机马力的增大和扁平轮胎的普遍使用，使车重和转向阻力都加大了，因此动力转向机构在轿车上的使用也越来越普及。1.动力转向系统概述2.液压转向控制阀3.动力转向器4.转向油源4041作业：1.分析发动机前置前轮驱动布置方案的优缺点。2.汽车前轮定位参数主要有哪些？各定位参数是怎样起作用的？3.子午线轮胎和普通斜交胎相比，结构上的主要区别是是什么？有什么优点？4.简述独立悬架的优点?5.试阐述动力转向的随动作用？6.为使弹性元件充分发挥作用，对减振器的要求有哪些？7.绘制普通对称式齿轮差速器的结构简图。装备该差速器的汽车在坏路面上行驶，一个驱动车轮接触到泥泞或冰雪路面时，会发生什么情况？解释原因。在技术上有什么解决办法？42第五节动力转向系统动力转向系统的动力源来自发动机，发动机可以产生气压、液压和电力三种易控的动力。因此，动力转向系统的按动力分类大体可以分为气压、液压和电力三类。汽车设计的法规要求汽车在其动力转向系统失效后仍能靠驾驶员人力操纵转向。故一般的动力转向系统组成包括：机械式转向器、转向加力装置和加力控制装置。43动力转向系统分类如前所述，动力转向系统的按动力分类大体可以分为气压式、液压式和电动式三类。液压式动力转向系统分类按转向加力装置的工作原理分有常压式和常流式两种。电动式动力转向装置是最新形式的转向装置，它是利用蓄电池驱动电机产生转向加力。具有发动机的功率损失小，便于安装等优点。电动式动力转向装置所得动力比液压式小，用于前轮轴轻的轿车上。44常压式液压动力转向系统常压式液压动力转向系统的工作管路中始终保持高压。45常流式液压动力转向系统常流式液压动力转向系统中的油液在不转向时是循环流动的，只是在转向时工作管路中才产生高压。46常压式与常流式的对比常压式液压动力转向系统由于有储能器积蓄液压能，故具有以下优点：1.可以在液压泵突然停转的情况下保持转向加力能力，续驶一段距离；2.可以使用流量较小的液压泵。常流式液压动力转向系统由于油液在不转向时是循环流动不产生液压，故具有以下优点：1.结构简单；2.液压泵消耗功率较少，寿命长；3.工作管路不易发生泄漏。因此目前常压式液压动力转向系统只在一些重型汽车上应用。47液压转向控制阀液压转向控制阀是液压动力转向系统中的控制油液流动方向的核心部件，有滑阀式和转阀式两种。阀体相对壳体沿轴向移动控制油液流量的转向控制阀称为：滑阀式。阀体相对壳体绕园心转动控制油液流量的转向控制阀称为：转阀式。48滑阀式49转阀式转阀式结构1.阀套2.阀芯R.接右转向动力腔L.接左转向动力腔B.接转向油泵G.接转向油罐50转阀式转阀式工作原理51转阀式转阀式中的扭力杆结构52动力转向器动力转向器按转向加力装置的结构布置方案分有整体式、半整体和分离式。53二、整体式动力转向器54二、整体式动力转向器55叶片油泵结构。l.驱动轴2.壳体3.前配油盘4.叶片5.储油罐6.定子7.后配油盘8.后盖9.弹簧10.管接头11.柱塞12.阀杆13.钢球14.转子A.出油口B.出油腔C.进油腔D.油道H.主量孔56转向油源转向油泵是助力转向系统的动力源。转向油泵经转向控制阀向转向助力缸提供一定压力和流量的工作油液。转向油泵：目前，转向油泵大多采用双作用式叶片泵。转向油泵叶片泵的工作原理57转向盘操纵力特性良好的转向盘操纵力特性1.在低车速、小转向盘转角行驶工况下，汽车应具有轻便的转向盘操纵力；2.在低车速、大转向盘转角行驶工况下，汽车应具有适度的转向盘操纵力；3.在高车速、小转向盘转角行驶工况下，汽车应具有良好回正性能与直线行驶能力。58第六节电动助力转向系统电动助力转向（简称EPS）系统利用直流电动机提供转向动力，辅助驾驶员进行转向操作。电动助力转向系统根据其助力机构的不同可以分为电动液压式（简称EPHS）和电动机直接助力式两种。一、电动液压助力转向系统电动液压助力转向系统的液压泵（齿轮泵）通过电动机驱动，与发动机在机械上毫无关系，助力效果只与转向盘角速度和行驶速度有关，是典型的可变助力转向系统。其特点是由ECU提供供油特性