汽车构造课件汽车转向系

AUTOMOBILESTRUCTURE汽车构造AUTOMOBILESTRUCTURE机械与汽车工程学院汽车工程系主讲人：孔胜利[e-mail]2020/3/32第21章汽车转向系概述机械转向系动力转向系AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/3321.1概述汽车上用来改变行驶方向的机构称为转向系，其功用是按照驾驶员的意图改变或保持汽车的行驶方向。1、类型及工作原理按照转向能源的不同，汽车转向系分为机械转向系和动力转向系两种。（1）机械转向系以驾驶员的体力作为转向能源的转向系，其中所有传力件都是机械的，也称为人力转向系。机械转向系一般有3部分组成：转向操纵机构、转向器和转向传动机构。AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/34概述机械转向系示意图左转向节转向直拉杆前轴蜗杆转向轴右转向节转向盘右梯形臂转向横拉杆扇形齿轮转向摇臂转向节臂左梯形臂AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/35概述红旗CA7220型轿车机械转向系统AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/36概述（2）动力转向系用驾驶员的体力和发动机动力作为转向能源，并且以发动机动力作为主要能源的转向系，是在机械转向系基础上加设一套转向加力装置而成。转向横拉杆12转向动力缸11转向油泵10转向油罐9机械转向器8转向摇臂7转向直拉杆6转向控制阀5转向节臂4梯形臂3转向轴2转向盘1动力转向系示意图AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/37概述北京切诺基汽车的动力转向系统AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/38概述2、基本概念（1）转向中心汽车转弯时，要求所有车轮的轴线都相交于一点，此交点叫做汽车转向中心，汽车转向时内转向轮的偏转角大于外转向轮偏转角。汽车转向示意图cotBcotLB—轮距；L—轴距AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/39概述（2）最小转弯半径由转向中心O到外转向轮与地面接触点的距离R称为汽车的转弯半径。汽车转向示意图转弯半径越小，汽车转向所需场地越小，其机动性就越好。当前外转向轮偏转角达到最大值时，转弯半径有最小值。AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/310概述（3）转向系角传动比转向盘的转角增量与同侧转向节转角的相应增量之比iω叫作转向系角传动比。转向盘转角增量与转向摇臂转角相应增量之比iω1叫做转向器角传动比。转向摇臂转角增量与同侧转向节转角相应增量之比iω2称为转向传动机构角传动比，有转向系角传动比大，驾驶员操纵转向盘省力，但转向操纵机构不够灵敏，因此在选取转向系角传动比时应兼顾转向省力和转向灵敏的要求。12iiiAUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/311概述（4）转向梯形（5）转向盘自由行程转向盘在空转阶段中的角行程。转向盘的自由行程有利于缓和路面冲击，避免驾驶员过度紧张，但不宜过大，否则将使转向灵敏性能下降。AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/31221.2机械转向系机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机构组成。1、转向操纵机构转向盘到转向器之间的所有零部件总称为转向操纵机构。转向操纵机构示意图安全支架转向柱转向器转向盘喇叭接触板转向角限止器外壳转向柱套管安全转向柱AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/313机械转向系EQ1090E型汽车转向操纵机构布置图AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/314机械转向系2、转向器转向器的功用是将驾驶员加在转向盘上的力矩放大，并减低速度，然后传给转向传动机构。汽车上采用的转向器主要有齿轮齿条式、循环球齿条齿扇式、循环球曲柄指销式和蜗杆曲柄指销式等。（1）齿轮齿条式转向器防护套转向齿条转向齿轮转向柱内端球转向横拉杆末端转向横拉杆总成外壳转向齿条导块齿轮齿条式转向器AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/315机械转向系转向齿条转向齿轮补偿弹簧调整螺钉螺母螺母防尘罩油封轴承齿轮齿条转向器装配图AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/316机械转向系AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/317机械转向系（2）循环球式转向器一般有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副或滑动曲柄销传动副。循环球齿条齿扇式转向器转向摇臂10滚珠9导管8上盖7垫片6螺塞5转向螺杆4外壳3垫片2下盖1AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/318机械转向系轴承转向螺杆转向螺母轴承调整螺母扇形齿轮轴外壳滚珠循环球式转向器齿轮机构示意图AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/319机械转向系AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/320机械转向系（3）蜗杆曲柄指销式转向器摇臂轴指销转向蜗杆蜗杆曲柄指销式转向器AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/321机械转向系AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/322机械转向系3、转向传动机构转向传动机构的功用是将转向器输出的力矩放大传到转向桥两侧的转向节，使两侧转向轮偏转，且使两转向轮偏转角按一定关系变化，实现汽车的转向行驶。转向传动机构的组成与布置形式取决于转向器的位置和转向轮悬架的类型。（1）与非独立悬架配用的转向传动机构转向传动机构由转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂和转向梯形等零部件共同组成，其中转向梯形由梯形臂、转向横拉杆和前梁共同构成。AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/323机械转向系(a)转向梯形机构布置在前桥之后，称为后置式。(b)转向梯形机构布置在前桥之前，称为前置式。(c)当转向摇臂在于道路平行的面内左右摆动时，将转向直拉杆横置，并借助球头销直接带动转向横拉杆，从而推动两侧梯形臂转动。AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/324机械转向系（2）与独立悬架配用的转向传动机构采用独立悬架的转向轮可以相对于车架单独运动，因而其转向桥必须是断开式的，转向传动机构中的转向梯形也必须分为两段或三段。与独立悬架配用的转向传动机构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-悬架左摆臂；9-悬架右摆臂两段三段AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/325机械转向系一汽红旗CA7220型轿车转向传动机构1-转向减振器；2-软管夹箍；3-支架；4-波形管（内含转向齿条）；5-转向齿轮；6-调整拉杆；7-横拉杆球头；8-左转向横拉杆；9-右转向横拉杆AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/326机械转向系（3）转向传动机构中的主要部件(a)转向摇臂转向摇臂结构图AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/327机械转向系(b)转向直拉杆转向摇臂与转向节臂之间的传动杆件，具有传力和缓冲作用。在转向轮偏转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，三者之间的连接件都是球形铰链以避免发生运动干涉。转向直拉杆AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/328机械转向系(c)转向横拉杆转向横拉杆是转向梯形机构的底边，由横拉杆体和旋装在两端的横拉杆接头组成。其长度可调，通过调整横拉杆的长度，可以调整前轮前束。梯形臂8防尘垫7球头销6球头座5弹簧4横拉杆接头3夹紧螺母2转向横拉杆体1转向横拉杆及接头AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/32921.3动力转向系1、组成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。2、电控动力转向系电控动力转向系（electroniccontrolpowersteering,EPS）根据动力源不同，可分为液压式电子控制动力转向系和电动式电子控制动力转向系。AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/330万向节7车速传感器6齿轮齿条式转向5液压油泵4储油罐3电控单元2车速表1电控液压式动力转向示意图动力转向系（1）液压式电子控制动力转向系液压式EPS是在传统的液压动力转向系的基础上增设了控制流体流量的电磁阀、车身传感器和电控单元等。电控单元根据检测到的车速信号，控制电磁阀，使转向动力放大数倍后实现连续可调，从而满足不同车速时的转向助力要求。AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/331动力转向系根据控制方式的不同，液压式电子控制动力转向系可分为流量控制式、反力控制式和阀灵敏度控制式3种形式。电磁阀5动力转向液压阀4车速传感器3电控单元2动力转向控制阀1流量控制式电控动力转向系AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/332动力转向系（2）电动式电子控制动力转向系电动式EPS是直接依靠电动机提供辅助转矩来实现转向助力的。通过控制电动机电流的方向和幅值即可实现。输出轴6电磁离合器5转向车轮4转向横拉杆3转向齿轮2转向齿条1电动机12电控单元11转向盘10转向轴9转矩传感器8扭杆7电动式电子控制动力转向系AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/333动力转向系根据电动机布置位置的不同，电动助力式转向系统可以分为转向轴助力式、齿轮助力式、齿条助力式三种类型。电动助力式转向系统示意图(左)转向轴助力式；(中)齿轮助力式；(右)齿条助力式AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/334动力转向系3、轿车四轮转向系轿车四轮转向（fourwheelsteering,4WS）是指汽车在转向后，后轮可以相对车身主动转向，使汽车的4个车轮都能起转向作用，以改善汽车的转向机动性、操纵稳定性和行驶安全性。四轮转向系是在前轮转向机构的基础上，增加后轮转向机构组成的。采用四轮转向技术的汽车转向时后轮偏转的方向和转角的大小受车速高低的控制，随车速高低而变化。机电控制式四轮转向系可以使汽车在低速转向时，后轮与前轮反向转动；在中高速行驶时，后轮与前轮同向转动。从而使汽车在中高速行驶时，前后轮保持相对稳定的平衡，让汽车的行驶方向与其车身方向保持一致，获得稳定的转向特性。AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/335动力转向系（1）机电控制式四轮转向系的组成机电控制式四轮转向系的组成方向盘主动齿轮连接轴转向横拉杆连接杆辅助电动机主电动机变换器车速传感器转向横拉杆6-驱动小齿轮7-扇形齿轮8-转向轴12-转角比传感器AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/336动力转向系（2）变换器变换器结构示意图偏心轴辅助电动机变换器主电动机变换器输出轴连接杆涡轮转角比检测用齿轮AUTOMOBILESTRUCTURE2020/3/337动力转向系（3）电控系统电控系统框图