汽车构造课件20汽车转向系统

1、知识点：知识点：1 1、汽车转向系的作用、组成和工作原理、汽车转向系的作用、组成和工作原理2 2、汽车转向系各组成部分的结构、工作原理及工作过程、汽车转向系各组成部分的结构、工作原理及工作过程要求：要求：掌握：掌握：1 1、汽车转向系的作用、组成和工作原理、汽车转向系的作用、组成和工作原理2 2、汽车转向系各组成部分的结构、工作原理及工作过程、汽车转向系各组成部分的结构、工作原理及工作过程了解：了解：1 1、转向系的构造、转向系的构造2 2、电动助力转向、电动助力转向第第2020章章 转向系转向系 转向系功用和分类转向系功用和分类转向系分类：转向系分类：v机械转向系机械转向系v助力转向系助力转

2、向系v四轮转向系统四轮转向系统把把用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，称用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，称为为汽车转向系统汽车转向系统。转向系统的转向系统的功用功用是：保证汽车能够按照驾驶员的是：保证汽车能够按照驾驶员的意图沿给定方向行驶。意图沿给定方向行驶。20.1汽车转向系概述汽车转向系概述功用：功用： 改变或恢复汽车行改变或恢复汽车行驶方向的专设机构驶方向的专设机构 组成：组成： 转向操纵机构转向操纵机构 转向器转向器 转向传动机构转向传动机构要求：要求：工作可靠，工作可靠，操作轻便灵活，保操作轻便灵活，保证转向车轮的转向证转向车轮的转向规律正确稳定。规律正确稳定。分类：分类：1

3、.机械转向系机械转向系 （与非独立悬架配装、货车）（与非独立悬架配装、货车）转向盘转向盘转向轴转向轴转向万向节转向万向节转向器转向器转向摇臂转向摇臂转向直拉杆转向直拉杆转向节臂转向节臂转向节转向节梯形臂梯形臂横拉杆横拉杆转向梯形转向梯形机械转向系组成（与独立悬架配装、小车）机械转向系组成（与独立悬架配装、小车）v转向操纵机构：转向操纵机构：转转向盘、安全转向柱、向盘、安全转向柱、转角限制器转角限制器v转向器：转向器：齿轮齿条齿轮齿条式或循环球式式或循环球式v转向传动机构：转向传动机构：左左右横拉杆、转向减振右横拉杆、转向减振器、转向节臂、转向器、转向节臂、转向节节机械式转向系的工作过程机械式转

4、向系的工作过程2.动力转向系统转向器的输出功率与输入功率之比称为转向器转向器的输出功率与输入功率之比称为转向器传动效率传动效率。在功率由转向轴输入，由转向传动机构（如转向横拉杆在功率由转向轴输入，由转向传动机构（如转向横拉杆或摇臂）输出的情况下求得的传动效率称为或摇臂）输出的情况下求得的传动效率称为正效率正效率；而传而传动方向与上述相反时求得的效率则称为动方向与上述相反时求得的效率则称为逆效率逆效率。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，故称为面反力传到转向轴和转向盘上，故称为可逆式转向器可逆式转向器。逆效率

5、很低的转向器称为逆效率很低的转向器称为不可逆式转向器不可逆式转向器。逆效率略高于不可逆式的转向器称为逆效率略高于不可逆式的转向器称为极限可逆式转向器极限可逆式转向器。20.1.2转向器的传动效率相关术语20.2转向器转向器功用：功用：增大转向盘传到转向节的力，并改变力的传增大转向盘传到转向节的力，并改变力的传递方向。递方向。 概念：概念：转向器是转向系的传动装置。转向器是转向系的传动装置。正向传动：正向传动：作用力从转向盘传到转向摇臂的过程。作用力从转向盘传到转向摇臂的过程。逆向传动：逆向传动：转向摇臂将地面的冲击力传到转向盘的转向摇臂将地面的冲击力传到转向盘的过程。过程。 极限可逆式转向系：

6、极限可逆式转向系：当地面冲击力很大时，冲击力当地面冲击力很大时，冲击力才能传到转向盘上，即正效率远大于逆效率的转向才能传到转向盘上，即正效率远大于逆效率的转向器。器。转向盘自由行程：转向盘自由行程：转动转向盘消除传动副之间的间隙转动转向盘消除传动副之间的间隙后，车轮才偏转，此时转向盘转过后，车轮才偏转，此时转向盘转过的角度为转向盘的角度为转向盘自由行程。自由行程。20.2.1循环球式转向器循环球式转向器结构：结构：循环球式转向器工作过程循环球式转向器工作过程特点：正传动效特点：正传动效率很高，操纵轻率很高，操纵轻便，使用寿命长。便，使用寿命长。但逆效率也高，但逆效率也高，容易将路面冲击容易将路

7、面冲击力传到转向盘上。力传到转向盘上。 20.2.2齿轮齿条式转向器齿轮齿条式转向器齿轮齿条式转向器齿轮齿条式转向器是以齿是以齿轮和齿条传动作为传动机构，轮和齿条传动作为传动机构，适合与麦弗逊式独立悬架配适合与麦弗逊式独立悬架配用用 。齿轮齿条转向器的构造齿轮齿条转向器的构造齿轮齿条式转向器的工作过程齿轮齿条式转向器的工作过程齿轮齿条式转向器的特点：齿轮齿条式转向器的特点：简化传动机构，不需要转向摇臂和转向直拉杆等简化传动机构，不需要转向摇臂和转向直拉杆等。应用：应用：上海桑塔纳上海桑塔纳天津夏利天津夏利南京依维柯轻卡南京依维柯轻卡20.3转向传动机构转向传动机构功用：功用：将转向器与各转向轮

8、连接起来，并将转向器将转向器与各转向轮连接起来，并将转向器输出的力传给转向轮，且使二转向轮偏转角按一定输出的力传给转向轮，且使二转向轮偏转角按一定的关系变化，实现汽车顺利转向。的关系变化，实现汽车顺利转向。要求：要求：较大的刚度和强度、吸收振动、缓冲冲击较大的刚度和强度、吸收振动、缓冲冲击分类：分类：非独立悬架配用转向传动机构非独立悬架配用转向传动机构 独立悬架配用转向传动机构独立悬架配用转向传动机构 分前置式和后置式分前置式和后置式 20.3.1与非独立悬架配用与非独立悬架配用转向传动机构转向传动机构1.1.转向摇臂：转向摇臂：摇臂与摇臂轴安装时要对摇臂与摇臂轴安装时要对正记号，以保证摇臂从

9、中正记号，以保证摇臂从中间向两边摆动时摆角大致间向两边摆动时摆角大致相同。相同。大端大端与转向摇臂轴与转向摇臂轴相连，相连，小端小端与转向拉杆绞与转向拉杆绞接。接。 2.转向直拉杆转向直拉杆在转向轮偏转而且因悬架弹性变形而相对于车架跳动时在转向轮偏转而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，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。因此，为了不发生运动干涉，三者之间的连接间运动。因此，为了不发生运动干涉，三者之间的连接件都是球形铰链。件都是球形铰链。接转向节臂接转向节臂螺塞螺塞 调弹簧调弹簧6的预紧度的预紧度油嘴油嘴球头销球头销直拉杆直拉

10、杆接转向摇臂接转向摇臂球铰链球铰链弹簧3.转向横拉杆转向横拉杆两接头借螺纹与横拉两接头借螺纹与横拉杆体连接。接头旋装杆体连接。接头旋装到横拉杆体上后，用到横拉杆体上后，用夹紧螺栓夹紧。横拉夹紧螺栓夹紧。横拉杆体两端的螺纹，一杆体两端的螺纹，一为右旋，一为左旋。为右旋，一为左旋。因此，在旋松夹紧螺因此，在旋松夹紧螺栓以后，转动横拉杆栓以后，转动横拉杆体，可改变横拉杆的体，可改变横拉杆的总长度，来调节前轮总长度，来调节前轮前束前束横拉杆两端接头与转向节臂连接，转向节臂在与转向节连接横拉杆两端接头与转向节臂连接，转向节臂在与转向节连接组成：组成：转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂和转向梯形。转向摇臂、转

11、向直拉杆、转向节臂和转向梯形。布置：布置：在前桥仅为转向桥的情况下，转向梯形一般布置在在前桥仅为转向桥的情况下，转向梯形一般布置在前桥之后。在发动机位置较低或转向桥兼充驱动桥的情况前桥之后。在发动机位置较低或转向桥兼充驱动桥的情况下，为避免运动干涉，往往将转向梯形布置在前桥之前。下，为避免运动干涉，往往将转向梯形布置在前桥之前。1.非独立悬架配用转向非独立悬架配用转向转向传动机构的组成与布置20.3.2与非独立悬架配用转向传动机构与非独立悬架配用转向传动机构当转向轮当转向轮独立悬挂独立悬挂时，每个转向轮分别相对于车架作独时，每个转向轮分别相对于车架作独立运动，因而转向桥必须是断开式的。与此相应

12、，转向传立运动，因而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断开。动机构中的转向梯形也必须断开。2、与独立悬架配用的转向传动机构与独立悬架配用转向传动机构布置与独立悬架配用转向传动机构布置1 1转向摇臂；转向摇臂；2 2转向直拉杆；转向直拉杆；3 3左转向横拉杆；左转向横拉杆；4 4右转向横拉杆；右转向横拉杆；5 5左梯形臂；左梯形臂；6 6右梯形臂；右梯形臂；7 7摇杆；摇杆；8 8悬架左摆管；悬架左摆管；9 9悬架悬架前桥为转向桥前桥为转向桥（后置式）（后置式）前桥为转向驱动桥前桥为转向驱动桥（前置式）（前置式）某轿车采用独立悬架的转向传动机构某轿车采用独立悬架的转向

13、传动机构 动力转向系统动力转向系统是将发动机输出的部分机械能转化为压力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不同方向的辅助作用力，使转向轮偏摆器中某一传动件施加不同方向的辅助作用力，使转向轮偏摆以实现汽车转向的一系列装置。汽车采用动力转向系统后，以实现汽车转向的一系列装置。汽车采用动力转向系统后，转向所需的能量，只有小部分是驾驶员提供的体能，而大部转向所需的能量，只有小部分是驾驶员提供的体能，而大部分是发动机驱动的油泵、空气压缩机或发电机所提供的液压分是发动机驱动的油泵、空气

14、压缩机或发电机所提供的液压能、气压能或电能，从而减轻了驾驶员的转向操纵力。能、气压能或电能，从而减轻了驾驶员的转向操纵力。 动力转向系统由动力转向系统由机械转向系统机械转向系统和和转向加力装置转向加力装置组成。组成。 根据助力能源形式的不同可以分为根据助力能源形式的不同可以分为液压助力液压助力、气压助力气压助力和和电动助力电动助力三种类型。三种类型。一、动力转向系统概述动力转向系统动力转向系统是兼用驾是兼用驾驶员体力和发动机（或驶员体力和发动机（或电动机）的动力作为转电动机）的动力作为转向能源的转向系。向能源的转向系。动力转向系统动力转向系统是在机械是在机械转向系统的基础上加设转向系统的基础上

15、加设一套转向加力装置而形一套转向加力装置而形成的。成的。1.动力转向系统2.动力转向系动力转向系功用：功用：在转向阻力较大时，可以减轻驾驶员的疲劳在转向阻力较大时，可以减轻驾驶员的疲劳强度，改善转向系统的技术性能。强度，改善转向系统的技术性能。分类：分类： 按工作介质分按工作介质分液压式：液压式： 工作时无噪声，工作滞后时间短，且能工作时无噪声，工作滞后时间短，且能吸收来自不平路面的冲击。吸收来自不平路面的冲击。电动式：电动式： 由电动机作动力，帮助转向。由电动机作动力，帮助转向。气压式：气压式： 前轴最大轴载质量为前轴最大轴载质量为3 3-7-7吨并采用气压制吨并采用气压制动的货车或轿车。动

16、的货车或轿车。想一想：想一想：根据机械转向器、转向动力缸和转向控制阀三者组合方式根据机械转向器、转向动力缸和转向控制阀三者组合方式的不同，分析带整体式动力转向器、带半整体式动力转向器和带转的不同，分析带整体式动力转向器、带半整体式动力转向器和带转向加力器三种型式的特点？向加力器三种型式的特点？3.常流式液压助力转向系统的结构布置方案20.4.1、循环球-齿条齿扇转阀式 整体式动力转向器循环球循环球-齿条齿扇转阀式齿条齿扇转阀式整体式助力转向器整体式助力转向器想一想：想一想：该转向器使用了什么类型的机械转向器？该转向器使用了什么类型的机械转向器？循环球-齿条齿扇转阀式整体式助力转向器外形外形桑塔

17、纳桑塔纳2000轿车整体式动力转向器零件分解图轿车整体式动力转向器零件分解图桑塔纳桑塔纳2000轿车动力转向系统油路轿车动力转向系统油路20.4.2捷达轿车整体式齿轮齿条动力转向器捷达轿车整体式齿轮齿条动力转向器（图（图20.16）转阀的构造及工作原理（图转阀的构造及工作原理（图20.17）转阀工作原理（动画）转阀工作原理（动画）转阀处于中立位置（动画）转阀处于中立位置（动画）转阀处于右转向位置（动画）转阀处于右转向位置（动画）转阀处于左转向位置（动画）转阀处于左转向位置（动画）20.5、电动液压助力转向系统电动助力转向的主要特点：电动助力转向的主要特点：电动液压助力转向系统的液压泵（齿轮泵）

18、通电动液压助力转向系统的液压泵（齿轮泵）通过电动机驱动，与发动机在机械上毫无关系，助过电动机驱动，与发动机在机械上毫无关系，助力效果只与转向盘角速度和行驶速度有关，是典力效果只与转向盘角速度和行驶速度有关，是典型的可变助力转向系统。其特点是由型的可变助力转向系统。其特点是由ECU提供供提供供油特性，汽车低速行驶时助力作用大，驾驶员操油特性，汽车低速行驶时助力作用大，驾驶员操纵轻便灵活；在高速行驶时转向系统的助力作用纵轻便灵活；在高速行驶时转向系统的助力作用减弱，驾驶员的操纵力增大，具有明显的减弱，驾驶员的操纵力增大，具有明显的“路路感感”，既保证转向操纵的舒适性和灵活性，又提，既保证转向操纵的

19、舒适性和灵活性，又提高了高速行驶中转向的稳定性和安全感。高了高速行驶中转向的稳定性和安全感。20.5 电动助力转向电动助力转向1、某轿车电动助力转向系统示意图、某轿车电动助力转向系统示意图2、直接助力式电动转向系统直接助力式电动转向系统是一种直接依靠电动直接助力式电动转向系统是一种直接依靠电动机提供辅助转矩的动力转向系统，可以根据不同机提供辅助转矩的动力转向系统，可以根据不同的使用工况控制电动机提供不同的辅助动力。的使用工况控制电动机提供不同的辅助动力。查阅一些相关文献，以进一步了解相关技术查阅一些相关文献，以进一步了解相关技术的发展现状、应用前景等。的发展现状、应用前景等。3 直接助力式电动

20、转向系统 的结构和工作原理4直接助力式电动转向系统的分类根据电动机布置位置的不同，直接助力式电动转向系根据电动机布置位置的不同，直接助力式电动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。种类型。 优点：优点：效率高、能量消耗少；系统内部采用刚性连接，反效率高、能量消耗少；系统内部采用刚性连接，反应灵敏，滞后小，驾驶员的应灵敏，滞后小，驾驶员的“路感路感”好；结构简单，质量小；好；结构简单，质量小；系统便于集成，整体尺寸减小；省去了油泵和辅助管路，总系统便于集成，整体尺寸减小；省去了油泵和辅助管路，总布置更加方便；无液压元件，对环

21、境污染少。布置更加方便；无液压元件，对环境污染少。缺点：缺点：直接助力式电动转向系统提供的辅助动力较小，难直接助力式电动转向系统提供的辅助动力较小，难以用于大型车辆；减速机构、电动机等部件会影响汽车的操以用于大型车辆；减速机构、电动机等部件会影响汽车的操纵稳定性，正确匹配对整车性能至关重要；使用电动机、减纵稳定性，正确匹配对整车性能至关重要；使用电动机、减速机构和转矩传感器等部件，增加了系统的成本。速机构和转矩传感器等部件，增加了系统的成本。3直接助力式电动转向系统的主要优缺点20.5四轮转向系统四轮转向系统v普通转向系统存在的问题：转弯半径过小，高速转普通转向系统存在的问题：转弯半径过小，高速转弯时侧滑、甩尾等弯时侧滑、甩尾等v四轮转向系统的作用：四轮转向系统的作用：减小转弯半径减小转弯半径减轻侧滑，增强车辆行驶稳定性减轻侧滑，增强车辆行驶稳定性v类型：电控四轮转向、电控液压驱动四轮转向类型：电控四轮转