第五章转向系ppt课件.ppt
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1、第五章 汽车转向系机械式转向系的工作机械式转向系的工作演示演示第一节 概述 汽车行驶中,驾驶员通过操纵转向盘,经过一套传动机构,使转向轮在路面上偏转一定的角度来改变其行驶方向,确保汽车稳定安全的正常行驶。能使转向轮偏转以实现汽车转向的一整套机构称为汽车转向系。 .1 转向系的基本组成 (1)转向操纵机构 主要由转向盘、转向轴、转向管柱等组成。 (2)转向器 将转向盘的转动变为转向摇臂的摆动或齿条轴的直线往复运动,并对转向操纵力进行放大的机构。转向器一般固定在汽车车架或车身上,转向操纵力通过转向器后一般还会改变传动方向。 (3)转向传动机构 将转向器输出的力和运动传给车轮(转向节),并使左右车轮
2、按一定关系进行偏转的机构。2. 对转向系统的要求 (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。 一、转向系的作用与类型 1、转向系的作用 通过驾驶员转动转向盘,根据需要保持或改变汽车行驶方向。 汽车转向系按其转向能源的不同,可分为机械式转向系、液压式动力转向系和电动式动力转向系。2、转向系的分类 (1) 机械式转向系 由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三部分组成,汽车转向时,驾驶员作用于转向盘上的力,经过转向轴(转向柱)传到转向器,转向器将转向力放大后,又通过转向传动机构的传
3、递,推动转向轮偏转,致使汽车行驶方向改变。 1)转向操纵机构:驾驶员操纵转向器工作的机构,包括转向盘、转向轴等机件。 2)转向器:转向轴下端的蜗杆与扇形齿轮构成转向器。转向器是一个减速增矩机构,经转向器放大的力矩传给转向传动机构。 3)转向传动机构:转向直拉杆、转向节臂、向横拉杆、左右梯形臂等机件构成。前轴的两端和转向节由主销铰接在一起,转向节上连有左右梯形臂,两臂铰接在转向横拉杆上。其中梯形臂及横向拉杆作用是:与前轴构成转向梯形,保证左、右转向轮按一定规律偏转。 转向原理及工作特点 1)当个转向节转动时,另一个转向节也随着变位,使汽车实现转向。 2)两个车轮转动的角度不同,因为前轴、转向横拉
4、杆、左右梯形臂及所形成的四边形不是矩形而是梯形。 3)机械转向系是以人的体力作为转向动力,其中所有传力件都是机械的 4)我国规定汽车转向盘必须在左侧 汽车的转向,完全由驾驶员所付的操纵力来实现的,操纵较费力,劳动强度较大,但其具有结构简单、工作可靠、路感性好、维护方便等优点,多应用于中小型货车或轿车上。(2) 液压式动力转向系 液 压 式 动力转向系,是在机械式转向系的基础上,增加了转向控制阀、转向油泵、转向动力缸等一套液压助力装置,如图3-2所示。 1)结构组成 动力转向系兼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。 动力转向系是在机械转向系基础上加设一套转向加力
5、装置而成的 。转向加力装置包括转向油罐、转向油泵、转向控制阀和转向动力缸等。转向油泵由发动机驱动,以产生高压油液。 2)转向工作过程 当驾驶员逆时针方向转动转向盘时,转向摇臂将拉动转向直拉杆向前运动。 转向直拉杆的拉力作用在转向节臂上,使左侧转向节及左侧转向轮绕主销向左偏转一个角度,同时通过梯形臂和转向横拉杆使另一侧转向节与转向轮绕该侧转向主销偏转一定的角度,这时汽车将向左转向。 与此同时,转向直拉杆还带动了转向控制阀中的滑阀移动,使转向动力缸的右腔接通转向油泵的出油口,右腔通过转向控制阀与转向油罐接通,转向动力缸的活塞所受的向右的液压作用力便经其推杆也作用在转向横拉杆上。 由于液压作用力较大
6、,便在很大程度上减轻了驾驶员的操纵力 液压式动力转向系操纵轻便,灵活省力,维护简单。目前,广泛应用于高速轿车和重型货车上。(3)、电控液压助力转向 1、电控液压助力转向 为了提高汽车的操纵稳定性,可在动力转向系统中采用可变转向力控制机构。车速感应动力转向系统,是依靠车速控制所对应的转向力,通过驾驶员的操作,使车辆操纵性获得提高的系统。驾驶员所希望车辆在低速行驶区实现敏捷的运行和轻便的操舵力,而在高速行驶区能获得稳定性好的适当略重的操舵力。其控制方法有机械控制和电子控制两种, (4) 电动式动力转向系 电动式动力转向系由电控单元、电源、电机、转向齿轮机构和转向传感器组成。 当汽车转向时,电控单元
7、根据传感器检测的转向力矩及转向速度等参数,计算出最佳作用力后,使电机工作,推动转向,减轻驾驶员的劳动强度。 电动式动力转向具有节能,无需油压管路系统,并不直接消耗发动机功率,环保优势强、安装自由度大等优点,但电能动力不如液压动力大,目前只用于前轴负荷较小的轿车上。二、转向原理 1. 转向过程 (以机械式转向系为例) 汽车转向时,驾驶员对转向盘施加一力矩,该力矩通过转向轴,输入转向器。经过减速增力传给转向摇臂再通过转向纵拉杆传给左转向节上的转向节臂,使左转向节和它所支承的左轮偏转,由于右转向节与左转向节之间用左、右梯形臂和横拉杆连接,故右转向节及支承的右轮也随之偏转相应的角度,实现了汽车转向。2
8、. 转向车轮的运动 汽车转向时,由于车轮在转弯过程中,内、外车轮滚动的距离不相等,必然会引起车轮边滚动边滑动的现象,造成轮胎加速磨损。 汽车转向时,要保证每个车轮都是纯滚动而不发生侧滑,必须使汽车车轮转向轨迹符合一定的规律,必须使各个车轮的轴线都相交于一点,即使所有的车轮能围绕它们的共同圆心转动,如图3-4所示,交点O称为转向中心,这个转向中心随驾驶员操纵的转向轮转角的变化而改变,因此转向中心也称为瞬时转向中心。 内转向轮偏转角大于外转向轮偏转角 ,两偏转角的关系是: 式中 B两侧主销中心距离 L汽车轴距 这个关系式是由转向梯形(前轴,左右梯形臂和横拉杆组成)来保证的。 LBcotcot 从转
9、向中心到转向外轮中心的距离称为转弯半径,用R表示。 当外转向轮偏转到最大允许转角时,转弯半径最小,称为最小转弯半径。 转弯半径越小,汽车转向性越好。三. 转向器的传动比及传动效率 1)线位移输出的转向器的传动比: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; 2)角位移输出的转向器的传动比: 转向器角传动比(i1)=转向盘摆角/转向摇臂摆角 一般货车i1为16-32,轿车 i1为12-22 转向传动机构角传动比(i2)=转向摇臂摆角/同侧转向轮偏转角 i2 一般为1左右 3)转向系角传动比(iw)= i1 i2 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
10、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)。 4)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。 5)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
11、种类型。 6)可逆式转向器正传动效率高,逆传动效率也高;不可逆转向器正传动效率高,逆传动效率为零;半可逆式转向器正传动效率高,逆传动效率较低。 7)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。 四、四轮转向系简介 当汽车低速行驶转向,转向盘转动角很大时,其后轮相对前轮反向偏转。当汽车急转弯、掉头、避障或进出车库时,转向半径减小,转向机动性大大提高。当汽车高速行驶转弯时,后轮相对于前轮同向偏转,从而迫使汽车横摆角度和横摆角速度大大减小,提
12、高行驶的操纵性、稳定性和舒适性,确保高速行车安全。 四轮转向主要类型有机械式四轮转向系、液压式四轮转向系、电控式四轮转向系。第二节 机械式转向系组成 一、转向器 1. 转向器的作用与分类 (1) 转向器的作用 转向器的作用是增大由转向盘传到转向节的力并改变力的传递方向,获得所要求的摆动速度和角度。(2)转向器的分类 转向器按结构型式,可分为蜗杆指销式、循环球式和齿轮齿条式三种。 按其作用力的传递情况,可分为可逆式、不可逆式和极限式三种。2. 蜗杆指销式转向器 (1)组成蜗杆指销式转向器,按其传动副中的指销数目,可分为单销式和双销式两种。指销在曲柄孔中的的只承型式有滑动结构和滚动结构两种。此种转
13、向器传动副为蜗杆与指销。 东风EQl40型汽车采用的蜗杆双指销式转向器主要由壳体、蜗杆、曲柄、指销、转向摇臂轴、上盖、下盖、调整螺塞及螺钉等组成,如图3-5所示。 蜗杆曲柄指销式转向器的传动副以转向蜗杆为主动件,装在摇臂轴的指销为从动件。(2)工作过程 汽车转向时,通过转向盘和转向轴使蜗杆转动,嵌于螺杆螺旋槽的锥形指销一边自转,一边绕转向摇臂轴摆动,并通过转向传动机构,使汽车转向轮偏转,实现汽车转向。 3)工作特点 采用双指销不但可使播臂轴转角范围加大,而且由于直线行驶及修正行驶方向时两指销均与转向蜗杆啮合,因而使指销受力小、寿命长。指销装在滚动轴承上可以大大提高转向器的传动效率。 (4)蜗杆
14、与摇臂轴主销啮合间隙的调整 调整时,应使摇臂轴主销与蜗杆处在中间啮合位置上进行。首先松开摇臂轴调整螺钉的锁紧螺母,用手握住蜗杆轴输入端,使蜗杆行程到中间位置,来回转动蜗杆,同时用螺丝刀顺时针方向转动调整螺钉。当感到有摩擦阻力时停止旋转螺钉,再检测蜗杆输入端的扭矩,到合适为止,拧紧锁紧螺母。3. 循环球式转向器 (1)组成 循环球式转向器传动效率高,机件磨损小,操纵省力,使用寿命长,广泛使用于轻型,中型汽车上(BJ1041,BJ2023,CA1092型等)。循环球式转向器由二套传动副组成,一套是螺杆螺母传动副、一套是齿条齿扇传动副或滑块曲柄销传动副。 解放CA1092所采用的循环球式转向器由螺杆
15、、螺母、齿条、齿扇、外壳等组成。(2)工作过程 当转动转向盘时,转向螺杆也随之转动,通过钢球将作用力传给螺母,螺母即产生轴向移动,同时,由于摩擦力的作用,所有钢球在螺杆与螺母之间滚动,形成 “球流”。钢球在螺母内绕行两周后,流出螺母进入导管,再由导管流回螺母,随着螺母沿螺杆作轴向移动,其齿条带动齿扇运动,齿扇带动垂臂轴转动,从而使转向垂臂产生摆动,通过转向传动机构使转向轮偏转完成汽车转向。 (3)齿扇与齿条的啮合的调整调整时,齿条与齿扇的啮合,必须处在中间位置才能进行,否则间隙不准确。一般是利用摇臂轴轴向位移调整螺钉来进行调整。 调整螺钉旋进,啮合间隙减小,反之,增大。 当齿扇在中间位置时,不
16、允许有间隙但应转动自如,无轻重不均匀感觉或卡滞现象,最后拧紧锁紧螺母。4)传动副的传动特点 正传动效率高,操纵轻便,使用寿命长。逆效率也高,有“打手”现象 4.齿轮齿条式转向器 齿轮齿条式转向器具有结构简单,轻巧,传力杆件少,维修方便,操纵灵敏等优点,目前广泛吨用于采用前轮独立悬架的轻、微型汽车和中、高级轿车上,如上海桑塔纳、一汽奥迪、天津TJ7100等。(1) 组成 如图所示轿车转向器主要由转向齿轮、转向齿条、转向器壳、调整螺钉等组成。 传动副为齿轮、齿条 转向齿轮连接转向轴的安全联轴节 齿条水平布置 齿条被弹簧和压块压在齿轮上,保证无间隙啮合,弹簧弹力可调 转向减振器用来减小转向轮的摆动
17、安全联轴节功用是受较大冲击力时联轴节脱开,防止驾驶员被挤伤 弹簧通过转向齿条压块将转向齿条压紧在转向齿轮上,以保证齿轮齿条始终无间隙啮合,有效地减小转向自由行程,提高操纵灵敏度,而其弹力的大小可由调整螺钉调整。 防尘套钉调整。防尘套由来防止尘土等杂物进入转向器。为了使条轴向运行时,两防尘套内腔压力平衡,壳体上钻有通气孔,使两腔连通。(2)工作过程 驾驶员通过转向操纵机构,转向齿轮转动,从而使转向齿条移动,转向齿条通过转向直拉杆,转向摆杆和左右转向横拉杆,使两车轮绕主销偏转。 由于这种形式转向器反冲较大,因此,一般在齿轮与转向轴间加装软性万向节或在前桥中设置横向减振器,从而达到吸收冲击能量的作用
18、,减轻对驾驶员的伤害。 3)特点 结构简单,间隙自调整能力,转向传动机构简化,在独立悬架的轻型及微型轿车上广泛采用 (4)齿轮齿条间隙的调整转向器一经拆卸,必须调整齿轮齿条间隙。调整方法是:将车轮着地并处于直线行驶位置,松开锁紧螺母,向里拧动调整螺钉,直至螺钉与垫圈档块接触为止。此时,转向盘应处于间隙啮合状态,转动灵活。调好后,拧紧锁紧螺母。二 、转向操纵机构 概述 转向操纵机构由转向盘、转向轴、转向管柱等组成,它的作用是将驾驶员转动转向盘的操纵力传给转向器。 。 有些转向系考虑车架变形的影响,在转向操纵机构中增加了一个挠性万向节。还有一些转向系,由于总布置的要求,转向盘与转向器的轴线相交成一
19、定的角度,在结构中采用了万向节和传动轴。 由于在发生车祸时,对驾驶员造成主要威胁的是转向盘及转向柱管等,所以人们在设计转向操纵机构时,增加了安全措施。如采用安全转向柱、安全联轴节及能量吸收装置等。 1. 方向盘(舵轮) 为了司机有很好的视野,方向盘上部的空一般较大 转向盘由轮缘,轮辐和轮毂组成。 轮辐一般为三根辐条或四根辐条,也有用两根辐条的。 转向盘轮毂孔具有细牙内花键,借此与转向轴连接。 转向盘内部是由成形的金属骨架构成。骨架外面一般包有柔软的合成橡胶或树脂,电有包皮革的,这样可有良好的手感,而且还可防止手心 出汗时握转向盘打滑。 当汽车发生碰撞时,从安全性考虑,不仅要求转向盘应具有柔软的
20、外表皮,可起缓冲作用,而且还要求转向盘在撞车时,其骨架能产生变形,以吸收冲击能量,减轻驾驶员受伤的程度。 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撞车时保护驾驶员的气囊装置。2.转向轴和转向柱管 1)转向轴是将驾驶员作用于转向盘的转向操纵力矩传给转向器的传力轴,它的上部与转向盘固定连接,下部装有转向器。 2)现代汽车的转向轴除装有柔性万向节外,有的还装有能改变转向盘的工作角度(转向轴的传动方向)和转向盘的高度(转向轴轴向长度)的机构,以方便不同体型驾驶员的操纵。 转向轴从转向柱管中穿过,支承在柱管内的轴承和衬套上。 转向轴多用无缝钢管制成,它的上部用轴承或衬套支承在转向管
21、柱内,下部支承在下固定支架内的轴承中,轴承下端装有弹簧,可自动消除转向管柱与转向轴之间的轴向间隙。下端与转向万向节相连。 转向管柱的下端压装在下固定支架的孔内。下固定支架用两个螺栓固定在驾驶室底板上。转向管柱上端通过上支架固定在驾驶室前围仪表板上 3. 可分离式安全转向操纵机构 此类转向操纵机构的转向管柱分为上下两段,当发生撞车时,上下两段相互分离或相互滑动,从而有效地防止转向盘对驾驶员的伤害,但转向操纵机构本身不包含有吸能装置。 4.缓冲吸能式转向操纵机构 1)网状管柱变形式 2)钢球滚压变形式结构的转向管柱分为上、下两段,上转向管柱比下转向管柱稍细,可套在下转向管柱的内孔里,二者之间压入带
22、有塑料隔圈的钢球。隔圈起钢球保持架的作用,钢球与上、下转向管柱压紧并使之结合在一起。在撞车时,上下管柱在轴向相对移动,这时钢球边转动边在上、下转向管柱的壁上压出沟槽,从而消耗了冲击能量。 3)波纹管变形吸能式转向操纵机构的转向轴和转向管柱都分成两段,上转向轴和下转向轴之间通过细花键结合并传递转向力矩,同时它们二者之间可以作轴向伸缩滑动。在下转向波轴的外边装有波纹管,它在受到压缩时能轴向收缩变形并消耗冲击能量。它的下转向管柱的上端套在上转向管柱里面,但二者不直接连接,而是通过管柱压圈和限位块分别对它们进行定位。 当汽车撞车时,下转向管柱向上移动,在第一次冲击力的作用下限位块首先被剪断并消耗能量,
23、与此同时转向管柱和转向轴都作轴向收缩。当受到第二次冲击时,上转向轴下移,压缩波纹管使之收缩变形并消耗冲击能量。 三、转向器的检测与维修 1. 蜗杆指销式转向器的检修 (1) 分解要点 首先拧下放油螺栓,放尽转向器中的润滑油,再用扳手拧松摇臂轴调整螺钉的锁紧螺母,把调整螺钉逆时针旋转一周,拆下转向器侧盖上的双头螺栓,然后,再拧下其余固定螺栓,取下侧盖。 接着用手抓住摇臂轴扇形块,用力拔出摇臂轴(如果拔不出来,可用木锤敲击摇臂轴输出端头,即可拔出),再拧下转向器下盖螺栓,取下垫圈及下盖,用铜锤或铜棒轻轻敲击蜗杆轴花键端部,取出蜗杆,轴承等(注意:用铜锤敲击时,要保持蜗杆垂直于轴承的位置,以防止碰伤
24、轴承的保持架和油封刃口)。最后,松开转向器上盖的螺栓,取出垫片、止推轴承外圈和保持架等,分解后,对全部零件进行彻底清洗,清洗后分开放置,以备检测维修。(2)主要部件的检修 壳体及盖的检修 用敲击及直观法检查壳体及盖应无裂损,无法修补,则换用新件,在平台上用塞尺检测壳体与盖的结合面的平面度误差,其值应为0.10mm,否则应进行修磨,壳体上两蜗杆轴承孔公共轴线与摇臂轴承孔公共轴线垂直度误差,应符合原厂技术标准,否则进行修理或更换。 蜗杆的检修 直观检查蜗杆滚道若有轻微剥落或明显阶梯形磨损,用油石修磨后可继续使用,若磨损严重,剥落较大,应换用新件。磁力探伤蜗杆应无裂纹,否则换用新件。 蜗杆平面止推轴
25、承的检修 直观检查内外滚道,若有金属剥落,磨损严重或保持架变形、有缺口,一律更换,检查轴承钢球,若有碎裂,能从保持架上脱落,则一律换用新件,更换轴承时注意:内外圈保持架要成套更换。 用游标卡尺检测蜗杆与轴承的配合间隙 其配合间隙应为0.10mm ,或符合原厂技术标准,否则可用电镀法进行修复或换用新件。 用磁力探伤法检查摇臂轴任何部位不得有裂纹,否则换用新件,检查摇臂轴端部花键应无明显扭曲、变形。若发现有两齿以上扭曲、变形、损坏,一律换用新件,用外径千分尺检测油封轴颈的磨损应不得大于0.15mm。用百分表检测摇臂轴支承轴径的径向跳动不得大于0.05mm,否则进行修磨或换用新件。 摇臂轴的检修 摇
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