汽底盘-第4章转向系教案15页

1、第四章 汽车转向系4-1 汽车转向系概述教学重点：1 了解转向系的功用。2 掌握转向系的类型。3 了解转向系常用参数。教学难点：1 理解转向梯形作用。2 转向系参数对转向系影响。一、转向系的功用汽车上用来改变汽车行驶方向的机构称为汽车转向系。功用：1 由驾驶员通过操纵转向系来改变转向轮（一般是前轮）的偏转角度实现汽车转向。2 克服由于路面侧向干扰力使车轮自行产生的转向，恢复汽车原来的行驶方向。二、转向系的类型传统转向系可按转向能源的不同分为机械转向系、动力转向系、电动助力转向系、电控转向系。1机械转向系机械转向系以驾驶员的体力作为转向能源，又称人力转向系。（教材图4-1）2动力转向系动力转向系

2、是兼用驾驶员体力和发动机动力为转向能源的转向系。（教材图4-2）3 电动助力转向系电动助力转向系统的英文缩写叫“EPS”（Electrical Power Steering），它利用电动机产生的动力协助驾车者进行转向。（教材图4-3）。 4 电子控制转向系电子控制转向系包括电子控制动力转向系和电子控制四轮转向系。电子控制动力转向系旨在使车辆低速尤其是停放车辆时转向轻便，而当车速较高时，电子控制使系统的液压助力作用减弱，转向操纵力增加，使驾驶员在高速行驶时对转向盘有更好的控制。四轮转向系具有以下优点：（1）转向能力快：车辆在高速行驶时以及在湿滑路面上的转向特性更加稳定和可控。（2）转向响应快：在

3、整个车速变化范围内，车辆对转向输入的响应更迅速、更准确。（3）直线行驶稳定性好：在高速工况下车辆的直线行驶稳定性提高，路面不平度和侧风对车辆行驶稳定性影响减小。（4）低速机动性好：低速时，后轮朝前轮偏转方向的反向偏驶，使车辆转弯半径大大减小，因而更容易操纵。三、转向系参数1转向中心与转弯半径转向中心：为了避免轮胎过快磨损，要求转向系能保证在汽车转向时，所有车轮均作纯滚动。显然，这只有在所有车轮的轴线都相交于一点时方能实现。此交点O称为转向中心（教材图4-4）。即：内转向轮偏转角大于外转向轮偏转角，理想关系式应是ctg=ctg+B/L式中：B两侧主销轴线与地面相交点之间的距离，也称为轮距；L汽车

4、轴距。转弯半径：由转向中心O到外转向轮与地面接触点的距离。转弯半径愈小，则汽车转向所需场地就愈小。由图可知，在图示的理想情况下，最小转弯半径RMIN与MAX的关系为RMIN=L/sinMAX 2转向系角传动比（1）转向器角传动比：转向盘的转角增量与转向摇臂转角的相应增量之比i1称为转向器角传动比。转向器角传动比i1，货车的约为1632，轿车的约为1220。（2）转向传动机构角传动比：转向摇臂转角增量与转向盘所在一侧的转向节的转角相应增量之比i2称为转向传动机构角传动比。i2的数值较小，对于一般汽车而言，i2大约为1。（3）转向系角传动比：转向盘转角增量与同侧转向节相应转角增量之比则为转向系角传

5、动比，以i表示。显然有i=i1i2。3 转向梯形与前展角（1）前展 汽车转向时两转向轮内转角与外转角之差（-）称为前展。 （2）汽车转向分析如果汽车在转向时，两前转向轮的偏转角相同，那么各轴轴线就不可能相交于一点，（教材图4-5），若使两转向轮自由滚动，它们的运动轨迹就有逐渐相互靠近的趋势。轮距B是不变的，这样当汽车转向时，转向轮就要产生边滚边滑的现象，使行驶阻力增加，转向困难，并加速轮胎的磨损。总结：为了产生前展，将转向机构设计成梯形。使转向内轮与外前轮产生不同的偏转角，实现车轮的纯滚动。教材图4-6为矩形与梯形机构的比较图。本节小结：（1）汽车转向系不仅可以改变汽车的行驶方向，使其按驾驶员

6、规定的方向行驶，而且还可以克服由于路面侧向干扰力使车轮自行产生的转向，恢复汽车原来的行驶方向。（2）汽车转向系按转向能源分为机械转向系、动力转向系及电动助力转向系、电子控制转向系。（3）为了使汽车能够顺利地转向，并保持汽车转向时，转向轮只有向前的滚动而没有横向的滑动，转向传动机构必须使转向轮的滚动轨迹符合一定的规律，即前内转向轮偏转角大于前外转向轮偏转角（）。4-2 机械转向系教学重点：1 掌握转向器构造、拆装、调整2 掌握转向操纵机构结构、工作原理3 掌握转向传动机构结构、功用、拆装与调整教学难点：1 循环球式转向器结构特点与拆装方法。2 转向传动机构与悬架的关系。授课地点：专业教室课前准备

7、： 1 循环球齿条齿扇式、齿轮齿条式、蜗杆曲柄双指销式转向器各4个2 通用工具4套3 拉拔器2个学生分4组一、转向器作用与类型转向器作用：将驾驶员作用在转向盘上的力矩放大，传给转向传动机构。转向器类型：循环球齿条齿扇式、循环球曲柄指销式、齿轮齿条式和蜗杆曲柄指销式等。 二、循环球式转向器1结构 （教材图4-7）（1）循环球式转向器中一般有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副或滑块曲柄销传动副。（2）转向螺母既是第一级传动副的从动件，也是第二级传动副（齿条齿扇传动副）的主动件（齿条）。通过转向盘和转向轴转动转向螺杆时，转向螺母不能转动，只能轴向移动，并驱使齿扇轴转动。（3）

8、为了减少转向螺杆和转向螺母之间的摩擦，二者的螺纹并不直接接触，其间装有许多钢球，以实现滚动摩擦。（如教材图4-8）（4）转向螺杆转动时，通过钢球将力传给转向螺母，螺母即沿轴向移动。同时，在螺杆与螺母二者和钢球间的摩擦力偶作用下，所有钢球便在螺旋管状通道内滚动，形成“球流”。2拆装与调整 （在教师指导下进行）（1）拆装（如教材图4-9）a 转动螺杆至中央位置，做标记标出螺杆与壳体的相对位置。b拆下扇形齿轮齿隙调整螺钉的锁紧螺母，以及端盖螺钉。顺时针选转调整螺钉，以拆下端盖与衬垫。c 从摇臂轴端部拆下调整螺钉及调整垫片，并从壳体上拆下摇臂轴。将全部转向器零件放在工作台上。d松开螺杆调整器的锁紧螺母

9、，拆下轴承及轴承挡圈。拆下螺杆转向螺母总成，拆下球导管螺钉和球导管。将转向螺母倒过来，从一侧向另一侧转动螺杆，以卸下所有的钢球。从螺杆上卸下转向螺母。e 从转向器壳体上拆下摇臂轴油封。f 用顶拔器拆下轴承。（2） 调整a 转向轴承预紧度的调整。b啮合副啮合间隙的调整三、齿轮齿条式转向器1结构 （教材图4-10）（1）转向齿轮垂直地安装在壳体中是传动副主动件，上端通过花键与转向轴上的柔性万向节连接。（2） 转向齿条水平布置，中部用螺栓与转向拉杆内托架和外托架连接，借此与转向左右横拉杆相连。（3） 弹簧通过压块将齿条压靠在齿轮上，保证无间隙啮合。（4） 在转向齿条的当转动转向盘时，转向器齿轮转动，

10、使与之啮合的齿条沿轴向移动，从而使左右横拉杆带动转向节左右转动，使转向车轮偏转，以实现汽车转向。2拆装与调整 （在教师指导下进行）（1）拆装a 在横拉杆与锁紧螺母相邻的螺纹处作标记，以确定两者相对位置。松开锁紧螺母并将横拉杆拆下。b 拆下内、外防尘套夹箍并将防尘套从内、外横拉杆上取下。将齿条用台虎钳夹住，并将钩住横拉杆端部的锁片拉直。将齿条用扳手夹住，将内横拉杆从齿条上卸下。c 转动齿轮轴直至齿条端与转向器壳体的距离达到规定值。作标记标出齿轮轴与壳体的相对位置。d 松开调整螺塞锁紧螺母，并拆下调整螺塞及弹簧。e 将转向齿轮轴从调整活塞开口处卸下。f 清洁齿轮轴油封周围的表面，用针在齿轮轴油封的

11、密封面的两个圆形之间刺一个小孔，从壳体中撬出油封。g 用锁环钳将齿轮轴锁环拆下。h 用台虎钳夹住齿轮轴端部，用软锤轻敲转向器壳体，拆下齿轮轴及轴承。i 将齿条从壳体上拆下。（2）调整转向器装配后检查调整齿轮齿条间隙，调整时将车辆处于直线行驶位置，松开锁紧螺母，转动调整螺栓至接触止推垫圈挡块为止。四、蜗杆曲柄指销式转向器1结构 （教材图4-12） （1）转向蜗杆为主动件，具有梯形截面螺纹。支承于转向器壳体两端的两个角接触球轴承上。（2）装在摇臂轴曲柄端部的指销是从动件，靠双列圆锥滚子轴承支承。（3）转向时，通过转向盘转动蜗杆，嵌于蜗杆螺旋槽的指销便一边自转，一边绕转向摇臂轴轴心作圆弧运动，从而带

12、动曲柄和摇臂摆动，并通过传动机构使汽车转向车轮偏转。（4）蜗杆曲柄指销式转向器按其传动副中指销的数目分，有单销式和双销式两种。指销在曲柄孔中的支撑形式可以是滑动结构，也可以是滚动结构。（5）转向器盖上装有调整螺塞，用以调整支承转向蜗杆轴承的预紧度。2拆装与调整（在教师指导下进行） （1）拆装 a.拆开与转向器蜗杆轴相连接的万向节叉，拆下转向摇臂和转向器侧盖上与车架连接的螺栓，从车架上取下转向器总成。 b.清洗转向器外表面，拧下放油螺栓放出壳体内全部润滑油。 c.拧松调整螺钉的锁紧螺母，拆掉侧盖与壳体的全部紧固螺栓，取下侧盖。然后用手拉住摇臂轴的曲柄，以铜锤轻敲摇臂轴端，取出摇臂轴。d.拆掉下盖

13、，用铜锤轻敲转向蜗杆轴端。由于蜗杆轴下部已无支承，敲打时应保持蜗杆原安装时的轴线方位。防止歪斜损坏油封。取出蜗杆轴后，拆下上盖，取下止推轴承等。（2）调整指销与蜗杆啮合间隙调整：是通过调整螺钉和起锁紧作用的螺母来实现的。课题二：转向操纵机构一、转向操纵机构组成与结构特点汽车转向操纵机构主要由转向盘、转向盘柱等组成。1 转向盘转向盘用于产生转向操纵力，它由轮毂、轮辐、轮缘组成，常见的有三根辐条式和四根辐条式。（教材图4-14）转向盘自由行程：在转向盘转动过程的开始阶段，驾驶员对转向盘所施加的力矩（转动力矩）很小，只是用来克服转向系内部的摩擦，消除各传动件间隙，即转向盘空转阶段。转向盘在空转阶段中

14、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，以免过分影响转向灵敏性。一般不超过1015。2转向盘柱转向盘柱将驾驶员作用于转向盘的转向操纵力传给转向器。它由转向轴和转向柱管组成。（教材图4-15）转向轴是传力部件，通过轴承支承与转向盘柱管固定于车身上。如转向盘柱设有安全转向柱、能量吸收机构（如教材图4- 16）、斜度调整机构、伸缩转向机构、转向锁止机构等。（二）拆装与调整1转向盘的拆卸与安装 气囊模块和转向盘拆卸步骤随车型不同而不同。应按生产厂家在维修手册中提供的步骤进行。下述为一种典型的气囊模块和转向盘拆装步骤。（1）转向盘拆卸：（2）

15、转向盘的安装按其拆卸的逆向进行操作2转向盘柱的拆卸与安装 3转向盘自由行程的检查与调整 课题三：转向传动机构一、转向传动机构的功用与类型（教材图4-17）转向传动机构的功用：是将转向器输出的力矩放大到转向桥两侧的转向节，使两侧转向轮按一定关系偏转，以保证汽车转向时车轮与地面的相对滑动尽可能小。与非独立悬架配用的转向传动机构与独立悬架配用的转向传动机构转向传动机构类型： 二、结构特点1与非独立悬架配用的转向传动机构 （图418） 有3种类型： 图418（1）当转向轮处于与汽车直线行驶相应的中立位置时，转向梯形在前桥后面，梯形臂与横拉杆在与道路平行的平面（水平平面）内的交角090。（2）在发动机位

16、置较低或转向桥兼充驱动桥的情况下，为避免运动干涉，常将转向梯形布置在前桥之前。此时上述交角090 。（3）转向摇臂不是在汽车纵向平面内前后摆动，而是在与道路平行的平面内左右摆动，则转向直拉杆横置，并借球头销直接带动转向横拉杆，从而推使两侧梯形臂转动。2与独立悬架配用的转向传动机构 （教材图4-19）当前桥采用独立悬挂时，每个转向轮都需要相对于车架作独立运动，转向传动机构中的转向梯形也必须分成两段或三段，并且由在平行于路面的平面中摆动的转向摇臂直接带动或通过转向主拉杆带动。三、转向传动机构调整1横直拉杆的装配与调整（如教材图4-20）将横直拉杆端部的球节按拆卸的相反过程依次装好。根据润滑标准加足

17、润滑脂。将端部螺塞旋到底，使弹簧抵紧球座，再把螺塞退回1/41/2圈，装合后球头销应转动灵活，不松旷，不卡死，达到球节转动稍有阻力，然后上好开口销。横拉杆接头按正、反旋转装在横拉杆两端，左右旋入的长度应基本相等。每端应留出1015mm的螺纹，已备调整前束用。2转向角的检测与调整：汽车前轮最大转向角的测量方法主要有两种，一种用专用仪器测量，另一种是手工测量。3转向盘自由行程的检查与调整四、桑塔纳轿车转向系 本节小结：（1） 汽车常用转向器有齿轮齿条式、循环球式和蜗杆曲柄指销式。（2） 循环球式转向器中一般有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副或滑块曲柄销传动副。（3） 齿轮

18、齿条式转向器可以使转向传动机构简化，不需转向摇臂和转向直拉杆等。故多用于前轮为独立悬架的轻型及微型轿车。（4） 蜗杆曲柄指销式转向器以转向蜗杆为主动件，其从动件是装在摇臂轴曲柄端部的指销。转向蜗杆转动时，与之啮合的指销即绕摇臂轴轴线沿圆弧运动，并带动摇臂轴转动。（5）转向传动机构的组成和布置因转向器位置和转向轮悬架类型而异。（6）转向操纵机构的检查与调整内容有转向角调整和转向盘自由行程调整。4-3动力转向系教学重点：1掌握动力转向系工作原理2 掌握动力转向系主要部件组成3 掌握动力转向系的拆装与调整教学难点：1 动力转向系工作原理。2 浮动轴套的液压补偿原理。3 常压式与常流式的异同点。4 转

19、向控制阀的工作原理。课题一：动力转向系组成与工作原理一、动力转向系组成与分类组成：由机械转向器、转向动力缸、和转向动力阀三部分组成。气压式：用于采用气压制动系的货车和客车液压式：应用广泛分类：（1）按传能介质不同分常压式：液压系统中总是保持高压常流式：只有转向时，液压系统才有压力（2）按液压系统压力状态分二、常压式动力转向系工作原理 （教材图4-23）1 汽车直线行驶转向盘保持中立位置时，转向控制阀经常处于关闭位置。转向油泵输出的压力油充入储能器。当储能器压力增长到规定值后，油泵即自动卸荷空转，储能器压力得以限制在规定值以下。2 汽车转向行驶驾驶员转动转向盘，机械转向器通过转向摇臂等杆件使转向

20、控制阀转入开启（工作）位置，使储能器中的压力油流入转向动力缸。通过动力缸推杆作用在转向传动机构上，以助机械转向器输出力之不足。三、常流式动力转向系工作原理 （教材图4-24）1汽车直线行驶转向控制阀保持开启。转向油泵输出的油液通过转向控制阀，又流回转向油罐。2汽车转向行驶驾驶员转动转向盘，通过机械转向器使转向控制阀处于与某一转弯方向相应的工作位置，转向动力缸的相应工作腔方与回油管路隔绝，转而与油泵输出管路相通，而动力缸的另一腔则仍然通回油管路。转向油泵输出压力推动转向动力缸活塞移动。3常见的几种常流式转向加力装置的结构布置方案 （教材图4-25）（1）整体式动力转向器 机械转向器和转向动力缸结

21、合设计成一体，并与转向控制阀组装在一起。（2）半整体式动力转向器 将转向控制阀同机械转向器组合成一个部件（称为），转向动力缸则作为独立部件。（3）转向加力器 机械转向器独立，而将转向控制阀和转向动力缸组合成一体。四、两种液压动力转向系比较1常压式的优点：有储能器积蓄液压能，可以使用流量较小的转向油泵。在油泵不运转的情况下还能保持一定的转向加力能力，使汽车有可能续驶一定距离。这一点对重型汽车而言尤为重要。2 常流式的优点：结构较简单，油泵寿命较长，漏泄较少，消耗功率也较小。广泛应用于各种汽车。课题二：动力转向系主要部件一、转向油罐转向油罐的作用是贮存、滤清并冷却液压转向加力装置的工作油液（一般是

22、锭子油或透平油）。（教材图4-26）由转向控制阀和转向动力缸流回来的油液通过中心油管接头座的径向油孔流入滤芯内部空腔，经滤清后进入贮液腔，准备供入转向油泵。二、转向油泵转向油泵作用是将输入的机械能转换为液压能输出。转向油泵的结构型式有齿轮式、叶片式、转子式、柱塞式等。在国内外应用得最多的是外啮齿轮式转向油泵。1外啮齿轮式转向油泵的结构 （教材图4-27）油泵顶部的右孔口为进油口；左孔口为出油口。主动齿轮和从动齿轮均与轴制成一体。二者的轴颈借轴套支承在泵体10和泵盖18上。左侧二轴套11的轴向位置是固定的。右侧二轴套12和16则可以轴向浮动，称为浮动轴套。2浮动轴套工作原理“液压补偿”齿轮端面与

23、其相对运动件泵体、泵盖之间必须留有一定的轴向间隙。轴向间隙对漏泄量的影响很大，影响齿轮油泵工作压力的提高。采用浮动轴套可以限制齿轮油泵的轴向间隙。工作原理：（教材图4-27）浮动轴套凸缘的背面与泵盖之间留有一个密闭空间，经泵体上的小油孔与泵腔中压力较高的区域相通，其中还装有弹簧片17。油泵不工作时，浮动轴套在弹簧片的作用下压靠着齿轮端面。油泵开始运转后，泵腔液压作用力便使浮动轴套外移少许，形成轴向间隙。但此时浮动轴套凸缘背面也受到液压作用力。在设计上保证浮动轴套背面的液压作用力与弹簧力之和略大于其正面液压作用力，浮动轴套可在液压和弹簧作用下内移，对间隙增量加以补偿。油泵压力愈高，这一补偿作用愈

24、强。3流量控制阀 限制转向油泵最大流量差压式的流量控制阀装在油泵进油腔和出油腔之间，与油泵齿轮副并联。流量控制阀体内的柱塞在弹簧的作用下处于下极限位置。柱塞下方通油泵出油腔；上方通油泵出油口。在油泵出油腔与出油口之间有量孔。在油泵流量增大到规定值时，柱塞两端压力差的作用力克服弹簧的预紧力，将柱塞向上推，油泵出油腔即与进油腔相通。于是出油腔中的一部分油液便经流量控制阀流到进油腔，油泵流量减小。流量减小到一定值后，量孔内外两侧的压力差不足以平衡弹簧力，柱塞便被弹簧推下，重新切断进油腔到出油腔的通路，流量增大。4安全阀安全阀则位于流量控制阀内，用螺纹固定在流量控制阀柱塞上端。球阀门及弹簧所处的柱塞内

25、腔与油泵进油腔相通；球阀门上方油腔经泵体内的油道通向量孔外的出油口。油泵输出压力升高到规定的最高值时，球阀开启，将出油口与进油腔接通，使出油口压力降低。三、转向控制阀转向控制阀有滑动式和回转式两种。 1滑动式转向控制阀阀体沿轴向移动来控制油液流量的转向控制阀称为滑动式转向控制阀。（教材图4-28）（1） 汽车向右转向时，顺时针转动转向盘，螺杆便随之转动，但螺母因车轮转向阻力较大不能立即作轴向移动，反而使螺杆带动滑阀并克服回位弹簧及反作用阀一侧的油压向右作轴向移动，致使滑阀进油口P与通向动力缸左腔的油道A相通，关闭P与通向动力缸油腔的油道B，接通B与回油口O。此时，从液压泵输出的高压油进入动力缸

26、左腔，推动活塞向右移动，使之对转向起助力作用，而动力缸右腔的油液则通过B口流回油罐。（2） 当汽车向左转向时，逆时针转动转向盘，螺杆便随之转动，同样由于螺母13因车轮转向阻力作用不能立即作轴向移动，而使螺杆带动滑阀向左作轴向移动，致使滑阀进油口P与通向动力缸右腔的油道B相通，关闭P与通向动力缸左腔的油道A，接通A与回油口O。此时，从液压泵输出的高压油进入动力缸右腔，推动活塞左移，使之对转向起助力作用，而动力缸左腔的油液则通过A口流回油罐。（3） 汽车直行时，滑阀内各油路均相同。动力缸活塞1的两侧均与回油路连通，活塞不动。从液压泵输出的油液经节流口与溢流阀、滑阀、管路等返回油罐。3 回转式转向控

27、制阀 阀体绕其圆心转动来控制油液流量的转向控制阀称为回转式转向控制阀。（教材图4-30）回转式动力转向器工作原理如下：（1）汽车向右转向时，转向轴连同阀芯被顺时针转动，由于受到路面传来的转向阻力，由转向轴传到转向齿轮的转矩只能使扭杆产生少许变形，使转向轴（即阀芯）得以相对转向齿轮（即阀套）转过少许角度，产生相对角位移。A口与C口相通，B口与D口相通，（教材图4-31）从而转阀使动力缸左腔成为高压油腔，右腔成为低压油腔。作用在动力缸活塞上的向右的液压作用下，帮助转向齿轮迫使转向齿条向右移动，转向车轮开始向右偏转。（2）汽车向左转向时，转向轴连同阀芯被逆时针转动，同样由于受到路面传来的转向阻力，由

28、转向轴传到转向齿轮的转矩只能使扭杆产生少许变形，使转向轴（即阀芯）得以相对转向齿轮（即阀套）转过少许角度，两者产生相对角位移。A口与B口相通，C口与D口相通，（图4-31）从而转阀使动力缸右腔成为高压油腔，左腔成为低压油腔。作用在动力缸活塞上的向左的液压作用下，帮助转向齿轮迫使转向齿条向左移动，转向车轮开始向左偏转。（3）当汽车直行时，转阀处于中立位置，动力缸两腔相通，并与进油口A与出油口D通过阀芯径向油道相通，（教材图4-31）压力油流回储油罐。因此转向动力缸不起助力作用。（4）在转动过程中，若转向盘转动的速度快，则阀体与阀芯的相对角位移量也大，左右动力腔的油压差也相应增大，车轮偏转速度加快；若转向盘的转动速度慢，则车轮偏转的速度也慢；若转型盘转到某一位置不动，对应着车轮也转到某一相应位置上不动。这就是转向控制阀的所谓“渐进随动原理”课题三：动力转向系的拆装与调整授课地点：专业教室课前准备