第12章

汽車轉向系統主要內容機械轉向系統

12.2動力轉向系統

12.3

概述12.112.1概述

12.1.1轉向系的類型汽車在行駛的過程中,需按駕駛員的意志改變其行駛方向。就輪式汽車而言,實現汽車轉向的方法是,駕駛員通過一套專設的機構,使汽車轉向橋(一般是前橋)上的車輪(轉向輪)相對于汽車縱橫線偏轉一定角度。這一套用來改變或恢復汽車行駛方向的專設機構，即稱為汽車轉向系。汽車轉向機構分為機械轉向和動力轉向兩種形式。機械轉向主要是由轉向盤、轉向器和轉向傳動機構等組成，動力轉向還包括動力系統。對轉向系的要求

1)、轉向時必須輕巧靈活；

2)、轉小彎時,轉向盤不必轉很多圈；

3)、直向前進時,應穩定且無蛇行現象；

4)、車輪的振動及擺動不致使轉向盤轉動。12.1.2基本的轉向原理1.轉向車輪的運動規律

轉向中心：為避免在汽車轉向產生的路面對汽車行駛的附加阻力和輪胎的快速磨損，要求轉向系能保證汽車行駛時，所有車輪作純滾動，這時，只有所有車輪的軸線交于一點才能實現，此交點稱為轉向中心。

轉彎半徑：轉向中心到外轉向輪與地面接觸點的距離稱為轉彎半徑。

梯形轉向機構轉向條件:所有車輪形成一個轉動中心.內側車輪偏轉角大于外側車輪偏轉角??式中：L—汽車軸距。B—兩側主銷軸線與地面相交點之間的距離－內轉向輪偏轉角；－外轉向輪偏轉角由轉向梯形機構保證(由圖中5梯形臂、6橫拉桿組成梯形機構)在確定傳動機構的轉向梯形參數后，只能在一定的轉交范圍內近似滿足轉向理想關系式：

轉彎半徑越小，則汽車轉向所需場地就越小。當外轉向輪偏轉角達到最大值時，轉彎半徑R最小。在理想情況下，最小轉彎半徑與的關系為：??三軸汽車的轉向關系對于只用前橋轉向的三軸汽車，由于中輪和后輪的軸線總是平行的，故不存在理想的轉向中心。計算轉彎半徑的時候，可以用一根與中、后輪軸線等距離的平行線作為理想的與原三軸汽車相當的雙軸汽車的后輪軸線。12.2機械轉向系統12.2.1機械轉向系的組成與類型

機械轉向系由轉向操縱機構、轉向器和轉向傳動機構三個部分組成。當與轉向橋配用的懸架的形式不同時，機械轉向系的布置也有所不同。1.前輪為非獨立懸架的機械轉向系轉向盤轉向軸萬向節傳動軸轉向直拉桿轉向搖臂轉向節臂轉向橫拉桿梯形臂梯形臂前軸從轉向盤到轉向軸這一系列部件和零件，均屬于轉向操縱機構。由轉向搖臂之轉向梯形這一系列部件和零件（不包含轉向節），均屬于轉向傳動結構。

12.2.2轉向操縱機構1.轉向操縱機構的組成從轉向盤到轉向傳動軸這一系列部件和零件屬于轉向操縱機構。如圖所示，它包括轉向盤6、轉向柱管5、轉向軸、上萬向節3、下萬向節9和轉向傳動軸2等。

2.轉向操縱機構的基本構件1）轉向盤

轉向盤即通常所說的方向盤，它是駕駛員直接操縱的轉向構件。轉向盤一般由輪緣、輪輻和輪轂組成輪輻一般為三根輻條或四根輻條，也有用兩根輻條的。轉向盤輪轂孔具有細牙內花鍵，借此與轉向軸連接。轉向盤內部是由成形的金屬骨架構成。骨架外面一般包有柔軟的合成橡膠或樹脂，也有包皮革的，這樣可有良好的手感，而且還可防止手心出汗時握轉向盤打滑。當汽車發生碰撞時，從安全性考慮，不僅要求轉向盤應具有柔軟的外表皮，可起緩沖作用，而且還要求轉向盤在撞車時，其骨架也能產生變形，以吸收沖擊能量，減輕駕駛員受傷的程度。轉向盤上都裝有喇叭按鈕，有些轎車的轉向盤上還裝有車速控制開關和撞車時保護駕駛員的氣囊裝置。2）轉向柱、轉向柱管及其吸能裝置

轉向柱是連接轉向盤和轉向器的傳動件。轉向柱管固定在車身上，轉向柱從轉向柱管中穿過，支承在柱管內的軸承和襯套上。轉向機構應備有能吸收汽車碰撞時產生的沖擊能的裝置。吸能裝置的設置方法很多，大都通過轉向柱的支架變形來達到緩沖吸能的目的。12.2.3轉向器功用：增大轉向盤傳到轉向節的力，并改變力的傳遞方向。類型：1、按結構型式分為：循環球式轉向器齒輪齒條式蝸桿曲柄指銷式2、按作用力傳遞分為：可逆式轉向器極限可逆式轉向器不可逆式轉向器3、按傳動比的變化方式：定傳動比式可變傳動比式1）轉向器傳動效率轉向器的輸出功率于輸入功率之比，稱為轉向器傳動效率。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。稱為正效率；而傳動方向與上述相反時求得的效率，則為逆效率。逆效率很高的轉向器很容易經轉向傳動機構傳來的路面反力傳到轉向輪和轉向盤上，故稱為可逆式轉向器。可逆式轉向器有利于汽車轉向結束后轉向輪和轉向盤自動回正，但也能將壞路對車輪的沖擊力傳到轉向盤，發生"打手"情況。1.轉向器相關參數2）轉向盤自由行程

單從轉向操縱靈敏而言，最好是轉向盤和轉向節的運動同步開始并同步終止。然而，這在實際上是不可能的。因為在整個轉向系中，各傳動件之間都必然存在著裝配間隙，并且這些間隙將隨著零件的磨損而增大。在轉向盤轉向過程的開始階段。此后，才需要對轉向盤施加更大的轉向力矩以克服經車輪傳到轉向節上的轉向阻力矩，從而實現使各種轉向輪偏轉的目的。轉向盤在空轉階段中的角行程，稱為轉向盤自由行程。轉向盤自由行程對于緩和路面沖擊及避免使駕駛員過度緊張時有利的，但不宜過長，以免過分影響靈敏性。一般來說，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10o—15o。當零件磨損嚴重到使轉向盤自由行程超過25o—30o時，必須進行調整。2.循環球式轉向器循環球式轉向器也是目前國內、外汽車上較為流行的一種結構形式。循環球式轉向器中一般有兩級傳動副，第一級是螺桿螺母傳動副，第二級是齒輪齒條傳動副或滑塊曲柄銷傳動副。1-轉向搖臂軸(輸出軸)；2-齒扇；3-轉向螺母；4、8-軸承；5-轉向螺桿(輸入軸)；6、11-油封；7-鋼球導管；9-可調軸承蓋；10、13-鎖緊螺母；12-調整墊片；14-調整螺釘；工作過程：3.齒輪齒條式轉向器齒輪齒條式轉向器的主要優點是：結構簡單、緊湊、體積小、質量輕；傳動效率高達90%；可自動消除齒間間隙(圖7-1所示)；沒有轉向搖臂和直拉桿，轉向輪轉角可以增大；制造成本低。齒輪齒條式轉向器的主要缺點是：逆效率高（60%~70%）。因此，汽車在不平路面上行駛時，發生在轉向輪與路面之間的沖擊力，大部分能傳至轉向盤。齒輪齒條式齒輪齒條1.轉向橫拉桿2.防塵套3.球頭座4.轉向齒條5.轉向器殼體6.調整螺塞7.壓緊彈簧8.鎖緊螺母9.壓塊10.萬向節11.轉向齒輪軸12.向心球軸承13.滾針軸承采用側面輸入、中間輸出方案時，由于拉桿長度增加，車輪上、下跳動時位桿擺角減小，有利于減少車輪上、下跳動時轉向系與懸架系的運動干涉。而采用兩側輸出方案時，容易與懸架系統導向機構產生運動干涉。側面輸入、一端輸出的齒輪齒條式轉向器，常用在平頭微型貨車上。采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合的齒輪齒條式轉向器，重合度增加，運轉平穩，沖擊與工作噪聲均下降。

齒條斷面形狀有圓形、V形和Y形三種。圓形斷面齒條制作工藝比較簡單。V形和Y形斷面齒條與圓形斷面比較，消耗的材料少，故質量小。根據齒輪齒條式轉向器和轉向梯形相對前軸位置的不同，在汽車上有四種布置形式：轉向器位于前軸后方，后置梯形；轉向器位于前軸后方，前置梯形；轉向器位于前軸前方，后置梯形；轉向器位于前軸前方，前置梯形，見圖7-3。

圖7-3齒輪齒條式轉向器的四種布置形式

齒輪齒條式轉向器廣泛應用于微型、普通級、中級和中高級轎車上。裝載量不大、前輪采用獨立懸架的貨車和客車也用齒輪齒條式轉向器。4.蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式

蝸桿滾輪式轉向器由蝸桿和滾輪嚙合而構成。主要優點是：結構簡單；制造容易；強度比較高、工作可靠、壽命長；逆效率低。主要缺點是：正效率低；調整嚙合間隙比較困難；傳動比不能變化。蝸桿指銷式轉向器有固定銷式和旋轉銷式兩種形式。根據銷子數量不同，又有單銷和雙銷之分。蝸桿指銷式轉向器的優點是：傳動比可以做成不變的或者變化的；工作面間隙調整容易。固定銷式轉向器的結構簡單、制造容易。但銷子的工作部位磨損快、工作效率低。旋轉銷式轉向器的效率高、磨損慢，但結構復雜。要求搖臂軸有較大的轉角時，應采用雙銷式結構。雙銷式轉向器的結構復雜、尺寸和質量大，并且對兩主銷間的位置精度、螺紋槽的形狀及尺寸精度等要求高。此外，傳動比的變化特性和傳動間隙特性的變化受限制。蝸桿滾輪式和蝸桿指銷式轉向器應用較少。東風EQ1090E轉向器1-上蓋；2、9-向心推力球軸承；3-轉向蝸桿；4-轉向器殼體；5-加油螺塞；6-下蓋；7-調整螺塞；8-螺母；10-放油螺塞；11-搖臂軸；12-油封；13-指銷；14-雙列圓錐滾子軸承；15-螺母；16-側蓋；17-調整螺釘；18-鎖緊螺母；19、20-襯套12.2.4轉向傳動機構功用：(1)將轉向器輸出的力傳給轉向輪，且使兩轉向輪偏轉角按一定的關系變化，以實現汽車順利轉向。(2)設有減振緩沖裝置，可承受沖擊和振動，并能自動消除磨損后的間隙。對轉向傳動機構的要求：(1)由于傳動機構為空間運動桿系，為防止運動干涉，采用球鉸鏈連接；(2)要求盡可能無間隙，并且保證磨損后自動消除間隙；1—轉向器2—轉向搖臂3—轉向直拉桿4—轉向節臂5—梯形臂6—轉向橫拉桿與非獨立懸架配用的轉向傳動機構主要包括轉向搖臂、轉向直拉桿轉向節臂和轉向梯形。1、與非獨立懸架配用的轉向傳動機構1—轉向搖臂；2—轉向直拉桿；3—左轉向橫拉桿；4—右轉向橫拉桿；5—左梯形臂；6—右梯形臂；7—搖桿；8—懸架左擺管；9—懸架當轉向輪獨立懸掛時，每個轉向輪都需要相對于車架作獨立運動，因而轉向橋必須是斷開式的。與此相應，轉向傳動機構中的轉向梯形也必須是斷開式的。結構：

大端與轉向搖臂軸相連，小端與轉向拉桿絞接。安裝：

搖臂與搖臂軸安裝時要對正記號，以保證搖臂從中間向兩邊擺動時擺角大致相同。接轉向節臂螺塞調彈簧6的預緊度油嘴球頭銷直拉桿接轉向搖臂球頭座球頭銷限位銷調整螺塞彈簧作用：是克服汽車行駛時轉向輪產生的擺振，并提高汽車行駛的穩定性和乘座的舒適性。1.連接環襯套2.連接環橡膠套3.油缸4.壓縮閥總成5.活塞及活塞桿總成6.導向座7.油封8.擋圈9.軸套及連接環總成10.橡膠儲液缸

⑷、轉向減振器12.3動力轉向系統汽車轉向時，操縱輕便和轉向靈敏性是一對矛盾，機械轉向系的傳動比有一定限制。因此，在重型汽車上必須采用動力轉向系。對于中高級轎車，為了獲得更加輕便舒適的轉向操縱性能，動力轉向系統同樣得到了廣泛的應用。12.3.1動力轉向系統的組成與類型

在普通機械式轉向系的基礎上增加了一套轉向助力裝置，轉向助力裝置主要包括轉向油罐、轉向油泵、轉向控制閥和轉向動力缸。目前，在轉向系統中普及率較高的有液壓助力轉向HPS系統、電控液壓助力轉向EHPS系統和電動助力轉向EPS系統。12.3.2液壓助力轉向系統1.組成l.轉向操縱機構2.轉向控制閥3.機械轉向器與轉向動力缸總成4.轉向傳動結構5.轉向油罐6.轉向油泵R.轉向動力缸右腔L.轉向動力缸左腔

動力轉向系統是在機械式轉向系統的基礎上加一套動力輔助裝置組成的。轉向油泵安裝在發動機上，由曲軸通過皮帶驅動并向外輸出液壓油。轉向油罐有進、出油管接頭，通過油管分別與轉向油泵和轉向控制閥聯接。轉向控制閥用以改變油路。機械轉向器和缸體形成左右兩個工作腔，它們分別通過油道和轉向控制閥聯接。

原理

當汽車直線行駛時，轉向控制閥2將轉向油泵6泵出來的工作液與油罐相通，轉向油泵處于卸荷狀態，動力轉向器不起助力作用。當汽車需要向右轉向時，駕駛員向右轉動轉向盤，轉向控制閥將轉向油泵泵出來的工作液與R腔接通，將L腔與油罐接通，在油壓的作用下，活塞向下移動，通過傳動結構使左、右輪向右偏轉，從而實現右轉向。向左轉向時，情況與上述相反。2.類型(1)按傳能介質不同：轉向加力裝置有氣壓式和液壓式兩種(2)根據轉向助力裝置的零部件布置和連接組合方式的不同整體式助力轉向系統：轉向器與助力器制成一體；半整體式助力轉向系統：其特點是將轉向控制閥和機械式轉向器設計成一個整體，而轉向動力缸單獨布置，轉向控制閥由轉向軸直接操縱。組合式助力轉向系統：其特點是將轉向控制閥3和轉向動力缸組合成一個整體，轉向控制閥不是由轉向軸直接操縱，屬于間接操縱式。液壓式助力轉向：常流式和常壓式常流式助力轉向系統組成及工作原理

常流式：結構簡單、油泵壽命長，泄漏較小，消耗功率較小，廣泛運用。有以下三種類型。

整體式動力轉向器：機械轉向器+轉向動力缸+轉向控制閥；

半整體式動力轉向器：機械轉向器+轉向控制閥，轉向動力缸獨立；

轉向加力器：機械轉向器獨立，轉向動力缸+轉向控制閥。常壓式助力轉向系統

常壓式：無論轉向盤中立還是處于轉向位置，液壓系統中工作管路保持高壓。有儲能器積蓄液壓能，可使用流量較小的轉向油泵，還可在油泵不轉的情況下保持一定的轉向能力，使汽車可能繼續行駛一段距離。

上述兩種液壓轉向加力裝置比較，常壓式的優點在于有儲能器積蓄液壓能，可以使用流量較小的轉向液壓