单元八汽车转向系统.ppt

2023/4/27汽车底盘构造与维修（第4版）全国交通运输职业教育教学指导委员会周林福 封建国“十二五十二五”职业教育国家规划教材职业教育国家规划教材经全国职业教育教材审定委员会审定经全国职业教育教材审定委员会审定 组织编写主 编2023/4/27汽车底盘总体构造离合器手动变速器自动变速器万向传动装置单元一单元二单元三单元四单元五单元六单元七单元八驱动桥汽车行驶系统汽车转向系统单元九汽车制动系统 单元八 汽车转向系统概述转向器及转向操纵机构转向传动机构动力转向装置12345电子控制动力转向系统55转向系统的维修转向系统的故障诊断知识目标1.简述转向系统的功用、类型、组成及工作过程:2.简述转向系统的角传动比、转向时车轮的运动规律;3.正确描述转向器的功用、类型、构造和工作原理;掌握转向操纵机构的工作原理及构造;4.正确描述转向传动机构的组成及构造；5.正确描述动力转向装置的功用、组成、类型以及液压式动力转向装置的工作原理，动力转向器的构造和工作原理，转向油泵的构造和工作原理；6.正确描述电子控制动力转向系统的组成和工作原理，主要总成和零部件的构造及工作原理。能力目标1.会分析转向系统常见故障的产生原因及排除方法;2.会做转向系统主要零部件的检修、转向系统的装配与调整工作;3.会分析电子控制动力转向系统常见故障的产生原因;4.会做转向系统的一、二级维护作业。学习目标6 1 概 述1.1功用、类型、组成及工作过程 1.1.1 功用 汽车转向系统的功用是改变和保持汽车的行驶方向。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,称为汽车转向系统。7.类型、组成及系统的工作过程 汽车转向系统按转向能源的不同分为机械式转向系统和动力式转向系统两大类。机械式转向系统以驾驶员的体力作为转向能源。机械式转向系统由转向操纵机构、转向器和转向传动机构 大部分组成。8 动力式转向系统兼用驾驶员体力和发动机动力作为转向能源的转向系统。动力转向系统是在机械式转向系统的基础上加设一套转向加力器而构成的。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。91.2.1 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，称为转向系统角传动比。用 表示.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，所有车轮的轴线都交于一点方能实现，此交点 称为汽车的转向中心如图所示汽车转向时内侧转向轮偏转角 大于外侧转向轮偏转角，与 的关系是。cot=cot+B/L1.2 角传动比、转向时车轮运动规律10 这一关系是由转向梯形保证的，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。汽车内侧转向轮的最大偏转角一般为 。载货车的最小转弯半径一般为。三轴或四轴汽车转向时与上述情况类似。11 2 转向器及转向操纵机构 2.1 转向器的功用、类型及传动效率2.1.1 功用 转向器是转向系统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。2.2.2 类型 转向器的种类较多，一般按转向器中啮合传动副的结构形式分类。目前应用较广泛的转向器有蜗杆曲柄指销式、循环球式和齿轮齿条式等几种。2023/4/272.1.3 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。逆效率很高的转向器很容易将经转向传动机构传来的路面,反力传到转向轴和转向盘上，故称为可逆式转向器。逆效率很低的转向器称为不可逆式转向器。逆效率略高于不可逆式的转向器称为极限可逆式转向器。13转向盘自由行程 转向盘在空转阶段的角行程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使驾驶员过度紧张是有利的，但不宜过大，否则将使转向灵敏性能下降。一般说来，转向盘从相应于汽车直线行驶的中间位置向任一方向的自由行程最好不超过1015。当零件磨损严重，使转向盘自由行程超过2530时，必须进行调整。14 2.2 转向器的构造及工作原理 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。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相连，其下部是与轴制成一体的转向齿轮转向齿条的中部(有的是齿条两端)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。15齿轮齿条转向器的构造齿轮齿条转向器的构造16齿轮齿条转向器在车上的布置17.转向操纵机构 转向操纵机构一般由转向盘 1、转向轴 15、转向柱管 2、万向节 8、及转向传动轴9 等组成。它的主要作用是操纵转向器和转向传动机构，使转向轮偏转。为了保证驾驶员的安全，同时也为了更加舒适，可靠地操纵转向系统，现代汽车(特别是轿车)通常在转向操纵机构上增设相应的安全、调节装置。这些装置主要反映在转向轴和转向柱管的结构上。为了叙述方便，将转向轴和转向柱管统称为转向柱。18 安全式转向柱是在转向柱上设置能量吸收装置,当汽车紧急制动或发生撞车事故时,吸收冲击能量,减轻或防止冲击对驾驶员的伤害。2.3.1 安全式转向柱19转向柱管吸能装置20。2.3.2可调式转向柱 驾驶员不同的驾驶姿势和身材对转向盘的最佳操纵位置有不同的要求,而且,转向盘的这一位置往往会与驾驶员进、出汽车的方便性发生矛盾。为此，一些汽车装设了可调节式转向柱，使驾驶员可以在一定的范围内调节转向盘的位置，调节的形式分为倾斜角度调节和轴向位置调节两种。21转向传动机构 .功用 转向传动机构的作用是将转向器输出的力和运动传给转向轮，使两侧转向轮偏转以实现汽车转向。.组成、构造.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如图所示，一般由转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂、两个梯形臂 和转向横拉杆 等组成。各杆件之间都采用球形铰链连接，并设有防止松脱、缓冲吸振、自动消除磨损后的间隙等结构措施。22（1）转向摇臂 。如图所示其大端具有三角细花键锥形孔，用以与转向摇臂轴外端相连接，并用螺母固定，其小端带有球头销，以便与转向直拉杆作空间铰链连接。23()转向直拉杆。直拉杆体由两端扩大了的钢管制成，在扩大的端部里，装有由球头销、球头座、弹簧座、压缩弹簧和螺塞等组成的球铰链，球头销的锥形部分与转向摇臂连接，并用螺母固定，其球头部分的两侧与两个球头座配合，前球头座靠在端部螺塞上，后球头座在弹簧的作用下压靠在球头上。这样，两个球头座就将球头紧紧夹持住，为保证球头与座的润滑，可从油嘴注入润滑脂，拆装时供球头出入的直拉杆体上的孔口用油封垫的护套封盖住，以防止润滑脂流出和污物侵入。24()转向横拉杆。如图)所示为汽车转向横拉杆。横拉杆体用钢管制成，其两端切有螺纹，一端为右旋，一端为左旋，与横拉杆接头旋装连接。接头的螺纹孔壁上开有轴向切口，故具有弹性，旋装到杆体上后可用螺栓夹紧，两端接头结构相同，如图)所示。由于横拉杆体两端是正反螺纹，因此，在旋松夹紧螺栓以后，转动横拉杆体，即可改变转向横拉杆的总长度，从而调整转向轮前束。2023/4/27()转向节臂和梯形臂。转向节臂和梯形臂如图所示，转向直拉杆通过转向节臂与转向节相连，转向横拉杆两端经左、右梯形臂与转向节相连，转向节臂和梯形臂带锥形柱的一端与转向节锥形孔相配合，用键防止螺母松动，臂的另一端带有锥形孔，与相应的拉杆球头销锥形柱相配合，同样用螺母紧固后插入开口销将螺母锁住。26 当转向轮采用独立悬架时，由于每个转向轮都需要相对于车架(或车身)作独立运动，所以，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分成两段或三段，转向摇臂在平行于路面的平面中左右摆动。传递力和运动。3.2.2 与独立悬架配用的转向传动机构27 转向轻便和转向灵敏对转向系统角传动比 的要求是互相矛盾的，在机械转向系统中，单靠选择、改善转向器本身的结构，来同时满足转向轻便和转向灵敏是很有限的。为了减轻驾驶员的疲劳强度，改善转向系统的技术性能，采用动力转向装置，采用动力转向的汽车转向时，所需的能量只有小部分是驾驶员提供的体能，而大部分是发动机驱动转向油泵旋转，将发动机输出的部分机械能转化为压力能，并在驾驶员的控制下对转向传动装置或转向器传力，从而实现转向。动力转向装置由机械转向器、转向控制阀、转向动力缸以及将发动机输出的部分机械能转换为压力能的转向油泵(或空气压缩机)、转向油罐等组成。4 动力转向系统 4.1 功用及意义4.2 组成.类型 动力转向装置按传能介质的不同，可以分为液压式和气压式两种。液压式动力转向装置按液流形式分为常流式和常压式两种。2023/4/27294.4 液压动力转向装置工作原理 如图所示为液压常流滑阀式动力转向装置的工作原理图。转向油罐用来储存、滤清转向动力缸所用的油液。由发动机驱动的转向油泵将油罐内的油吸出，压送入转向控制阀，其作用是将发动机输出的部分机械能转换为油液的压力能。30常压式 液压助力转向系统特点：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。315 电控液压助力转向系统 动力转向系统转向操纵灵活、轻便，能吸收路面对前轮的冲击，因此被许多汽车使用。但传统的动力转向系统仍然存在一些缺点，如果所设计的助力放大倍数是为了适应汽车在低速行驶状态下转动转向盘的操纵力，则当汽车高速行驶时，转动转向盘的操纵力就显得太小，不利于对高速行驶的汽车进行方向控制，如果所设计的助力放大倍数是为了适应汽车在高速行驶状态下转动转向盘的操纵力，则当汽车停驶或低速行驶时，转动转向盘就显得非常吃力，即转向沉重。为了实现在各种转速下转向的操纵力都是最佳值，电子控制动力转向系统是最好的选择，它可以随行驶条件及时调整转向助力放大倍数，适合在轿车上使用。电子控制动力转向系统可分为:电动式动力转向系统、电子液力式动力转向系统、电动液力式动力转向系统。325.1 电动式动力转向系统 电动式动力转向系统主要用于轻型汽车，原因是轻型汽车发动机舱自由空间狭小，其转 向助动力要求不大。根据其助力电动机布置位置的不同，该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。33 电动式动力转向系统主要由转向柱组件、电动机组件与控制系统构成。()转向柱组件 ()电动机组件 ()控制系统.构造.工作原理 电子控制单元可根据车速传感器与转向传感器的输入信号，决定驱动电动机的回转力与回转方向。当车速为0 45km/h 时，根据车速决定转向助动力。当系统发生异常时，安全保障机能将发挥作用，切断电动机与电磁离合器电源，转为手动转向状态。.使用实例2023/4/27355.2 电子液力式动力转向系统 电子液力式动力转向系统，可通过控制电磁阀动作，实现动力转向液压控制回路根据车速变化:当汽车在低速时操舵力减轻，而在中低速以上随手感变化来改变操舵力大小。.构造()转向齿轮箱 ()分流阀 ()电磁阀.工作原理电子液力式转向系统具有 种控制状态()停车与低速状态 ()中高速直行状态 ()中高速转向状态 电脑()根据车速传感器信号判断出车辆停止、低速状态与中高速状态，控制电磁阀通电电流大小。36.电动液力式动力转向系统 电动液力式动力转向系统，是以电动机驱动油泵实现动力转向的装置。.构造 该系统由电动机油泵组件，转向传感器、动力转向齿轮箱、电子控制单元与功率控制器等构成。.工作原理 电动液力式动力转向系统采用车速感应式控制方式，其转向助动力随车速提高而减小。同时，根据运行道路条件，设计了不同控制模式，可根据 20s内的平均车速与平均转向角度判定车辆当前运行道路条件，变换控制模式最多需要 1.1s，可避免助动力的急剧变化。控制系统具有自诊断与安全保障功能，当控制系统发生异常时，可使组合仪表板上的 报警指示灯亮，向驾驶员发出警告。安全保障功能由后备系统实行，电动机驱动电流大于 100A且持续 10s 以上,电源电压低于9V 且持续 1s 以上。后备系统都将进入工作状态，确保 车辆仍然保持基本运行状态。2023/4/272023/4/27.电子控制动力转向系统故障诊断 电子控制动力转向系统一般都具有故障自诊断功能，以监测、诊断系统的工作情况。当系统出现故障时，电子控制单元将其故障信息以代码形式显示出来使维修人员快速、准确地判断出故障类型及故障部位，下面介绍几种车型电子控制动力转向系统的故障自诊断测试方法及故障代码内容。.奔驰 动力转向系统故障码读取与排除方法:()将点火开关 转至。()在 号与 号端子之间跨接 灯。()将“”脚跨接搭铁 后取开，从 灯读取故障码闪烁信号。()等待 后，再将“”脚跨接搭铁 以上。()重复步骤()、()直到故障码重新显示即完成故障码读取。（)将点火开关 转至 时，以上即可清除故障码。2023/4/27.三菱轿车动力转向系统故障码读取与清除方法:()点火开关 转至。()将 端子诊断插座的管脚 与管脚 用 灯跨接。()点火开关 转至。()读取 灯闪烁的故障码。()拆开蓄电池负极搭铁 以上再装回，即可清除故障码。三菱车故障代码见下表：.转向系统的维护.转向系的一级维护 检查转向器、转向摇臂、转向直拉杆的连接情况，并紧固各部连检查转向器有无漏油情况。检查前轴及转向节主销的间隙。检查转向盘的自由行程。检查转向器各齿轮油油平面，视需要添加齿轮油。.转向系的二级维护 完成一级维护的内容 检查转向节主销与前工字梁配合情况检查转向节及横、直拉杆各球 头销技术状况视情况拆检转向器总成。6 转向系统的维修.机械式转向系的维修 循环球机械转向器的维修 2 蜗杆曲柄指销式转向器的维修 齿轮齿条式机械转向器的维修.动力转向装置的维修 动力转向系统是兼用驾驶员体力和发动机动力为能源的转向系统，广泛采用机械转向器、转向动力缸和转向控制阀三者合成一体的整体式转向器。1 动力转向器的检修2 转向油泵的检修3 动力转向系统的试验与调整 转向系统的故障诊断.机械式转向系统的故障诊断.转向沉重7.1.1.1 现象 在汽车转向转动转向盘时感到比平时沉重费力。7.1.1.2原因()转向器方面。啮合间隙过小，转向器各轴承轴向间隙过小，转向器缺油，转向轴弯曲、柱管凹陷导致与转向轴碰擦等。()转向传动机构方面。各拉杆球头销配合处过紧，或者缺油，横、直拉杆或者转向节变形，转向节推力轴承缺油、损坏，或者轴承轴向间隙过小。()其他方面原因。前轮胎气压过低，前轮定位失准，前轮毂轴承过紧，前桥或者车架变形。2023/4/277.1.1.3故障诊断与排除方法()大概诊断 ()转向器检查()转向传动机构检查 ()其他方面检查.转向不灵敏，操纵不稳定7.1.2.1现象操纵转向盘时感觉旷量很大，需用较大幅度转动转向盘，才能控制汽车行驶方向。汽车在直线行驶时又感到行驶不稳。7.1.2.2原因()转向器啮合间隙过大，安装松动。()转向轴与转向盘配合松动。()转向传动机构各球头销处配合松动。()前轮毂轴承间隙过大。()汽车前轮前束过大。7.1.2.3故障诊断与排除方法采用分段方法，诊断出何处间隙过大。2023/4/27.汽车行驶跑偏7.1.3.1现象汽车在直线行驶时，驾驶员需不断向一边轻拉转向盘，方能保持直线行驶，否则，汽车自动向另一边跑偏。7.1.3.2原因()左右两轮气压不等、轮胎磨损情况及规格不等，造成滚动半径不等。汽车自动向滚动半径小的一边跑偏。()两前轮的定位角不等。()两前轮轮毂轴承的松紧程度不等。()一边车轮的制动器拖滞。()车架变形，一边钢板弹簧折断或过软。某一车桥歪斜等。()前束值不准，过大或者过小。7.1.3.3 故障诊断与排除方法()应先检查跑偏一侧的车轮毂和制动器是否温度过高，若温度过高，则为轮毂轴承过 紧和制动拖滞。()检查轮胎气压和轮毂轴承松紧程度()新换轮胎出现跑偏，多为轮胎规格不等()检查钢板弹簧有无松动、断裂。车桥有无歪斜移位，车架有无变形等。()检查前轮定位情况。2023/4/27.汽车高速摆振7.1.4.1现象汽车出现转向盘发抖,车头在横向平面内左右振动、行驶不稳等现象。()在高速范围内某一转速时出现。()转速越高上述现象越厉害。7.1.4.2原因()前轮动不平衡 ()前轮辋变形()转向传动机构运动的干涉 ()车架、车桥变形()悬架装置出现故障，如左、右悬架刚度不等，减振器失效，导向装置失效等。7.1.4.3故障诊断与排除方法()若摆振随车速提高而增大，多为车轮动不平衡和轮辋变形所致，应检查轮胎平衡和 轮辋变形情况。()若在某一转速时摆振出现，则情况比较复杂，应对转向系统、前桥及悬架等进行全面检查，以发现造成摆振的原因。2023/4/27.转向发卡7.1.5.1 现象在转动转向盘时，某一位置出现卡滞，必须费较大力气方能通过，有时甚至完全不能转动。7.1.5.2原因()转向器内异物掉入()循环球式转向器的钢球破裂()转向器轴承破裂 ()啮合间隙调整不当7.1.5.3故障诊断与排除方法通过对转向器检查可发现造成转向器发卡的原因。2023/4/27.动力转向装置常见故障.转向沉重或助力不足原因：()转向油泵皮带松弛 ()储液罐内油面过低()转向器内部泄漏量过大()转向油泵磨损严重，导致压力过低或者油液泄漏过甚()转向控制阀发卡.转向盘回正过度原因：()转向液压系统内有空气()转向器固定松动()转向器啮合间隙过大.3 发动机工作时转向，转向盘颤抖或振动原因：()油面过低 ()油泵皮带松弛()油泵泵油压力不足 ()转向油泵流量控制阀卡住2023/4/27.4 转向时有噪声转向器发出严重的“嘶嘶”声时，是由于控制阀性能不良所致，尤其当转向盘处于极限位置时或原地转动转向盘更为明显。当油面过低时，油泵会在工作时吸进空气而产生噪声。油泵皮带过松，也会使油泵发出“嘶嘶”的皮带啸叫声。.左右转向时轻重不同原因：()控制阀的滑阀偏离中间位置。()滑阀内有脏物，使左右移动时阻力不一样。2023/4/27.转向盘不能自动回到中间位置原因：()转向油泵流量控制阀有卡滞()转向器转阀有阻塞或卡滞()回油软管扭曲阻塞()转向系统其他方面故障等.转向时转向盘瞬间转向力增大原因：()油面低()转向泵皮带打滑()转向泵内泄漏量过大2023/4/27 谢谢观看！