第七章 汽车转向系(7.2~7.3)

第七章

汽车转向系7.2.1机械转向系概述1.机械转向系也称为人力转向系，是以驾驶员的体力作为转向能源的转向系。因所有的传动都是机械零件传动所以叫机械转向系。2.机械转向系组成尽管现代汽车转向系的结构形式多种多样，但都包括转向操纵机构、转向器和转向传动机构三个基本组成部分。7.2机械式转向系3.机械转向系（1）转向操纵机构是驾驶员操纵转向器工作的机构，包括转向盘、转向轴等机件。转向盘转向轴转向万向节（2）转向器是转向轴的下端的一个增扭降速机构，驾驶员作用在方向盘上的力矩经转向器放大再传给转向传动机构。转向器（3）转向传动机构由转向直拉杆、转向节臂、转向横拉杆、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，转向节上连有左右转向梯形臂，两臂铰接在转向横拉杆上。其中梯形臂及横向拉杆的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。转向节臂转向摇臂转向直拉杆转向节梯形臂横拉杆转向梯形（4）机械转向系机构的特点1）当一个转向节转动时，另一个转向节也随着变位，即两导向轮同向偏转，使汽车转向。2）两个车轮转动的角度不同，因为前轴、转向横拉杆、左右梯形臂及所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布置在左侧。7.2.2机械式转向系各部分零件组成及结构特点1.转向操纵机构（1）转向操纵机构的组成和布置1）组成转向操纵机构一般由转向盘、转向轴等组成,其作用是将驾驶员转动转向盘的操纵力传给转向器和转向传动机构,使转向轮偏转。2）布置车架变形；转向盘与转向器的轴线相交成一定角度——万向节和传动轴。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。（2）转向盘我国规定车辆右侧行驶,相应地将转向盘安置在驾驶室的左侧,这样驾驶员的左方视野较开阔,有利于两车安全会车。相反,在一些规定车辆左侧通行的国家使用的汽车上,转向盘则应安置在驾驶室右侧。转向盘一般用花键和螺母安装在转向轴的上端,其上装有喇叭的按钮。装有安全气囊的车型,转向盘上还安装有安全气囊的一些部件。转向盘由轮缘、轮辐和轮毂组成,如图3-8所示。轮辐和轮缘的心部有钢、铝或镁合金制的骨架,外表通过注塑方法包覆有一定形状的塑料外层或合成橡胶,以改善操纵转向盘的手感并提高驾驶员的安全性。图3-8汽车转向盘（3）转向轴和转向柱管的吸能装置1）转向轴和转向柱管转向轴用于将转向盘的转向操纵力传给转向器的传力轴。转向轴上部与转向盘固定连接,下部装有转向器。转向轴与转向器连接方式,一种是与转向器的输入轴直接连接,另一种是通过十字轴万向节或者挠性万向节间接与转向器的输入轴相连接。2)安全装置由于在发生车祸时,对驾驶员造成主要威胁的是转向盘及转向柱管等,因此人们在设计转向操纵机构时,增加了安全措施。转向轴和转向柱管的吸能装置有多种形式。基本原理：当转向轴受到巨大冲击时，转向轴便产生轴向位移，使支架或某些支撑件产生塑形变形，从而吸收冲击能量。3）工作原理当发生猛烈撞车时，将引起车身、车架严重变形，导致转向轴、转向盘等部件后移。与此同时，在惯性作用下，驾驶员人体向前冲，致使转向轴上的上、下凸缘盘的销子与销孔脱开，从而缓和了冲击，吸收了冲击能量，有效地减轻了驾驶员受伤的程度。当发生猛烈撞车导致人体冲撞到转向盘上的力超过允许值时，则网格部分或波纹管部分将被压缩，产生塑形变形，吸收冲击能量，以减轻对人体的伤害。chon图3-10网络状转向柱管图3-11波纹管式转向柱管（4）转向器转向器的功用（降速增扭）转向器的功用是将转向盘的转动变为齿条轴的直线运动或转向摇臂的摆动，降低传动速度，增大转向力矩并改变转向力矩的传动方向。转向器的类型

转向器的结构形式很多，通常按转向器中传动副的结构形式分类。常用的转向器有以下几种：齿轮齿条式、循环球式和蜗杆曲柄指销式等几种。

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。为了减少驾驶员操纵转向盘的体力消耗,应尽量提高转向器的传动效率,特别是其正效率。正效率与逆效率均很高的转向器叫做可逆式转向器,逆效率极低的转向器称为不可逆式转向器,正效率远大于逆效率的转向器称为极限可逆式转向器。可逆式转向器的特点是,转向盘的转向力很容易通过转向器传到转向轮,即正传动效率高;同时路面的冲击力也很容易通过转向器传到转向盘,即逆传动效率也高。不可逆式转向器的特点是,它只能将转向盘的转向力通过转向器传给转向轮,其正效率高;但转向轮受到的路面冲击力不能通过转向器传给转向盘,其逆效率为零。极限可逆式转向器的特点是,转向盘的转向力很容易通过转向器传到转向轮,其正效率很高;而转向轮所受到的路面冲击力(比较大的冲击力)只有一部分能通过转向器传给转向盘,即逆传动效率低。7.3转向器7.3.1转向器的传动效率转向器传动效率即转向器的输出功率与输入功率之比。当作用力从转向盘传到转向摇臂时称为正向传动；反之，摇臂受到的道路冲击力传到转向盘，称为逆向传动。作用力在转向盘和转向摇臂之间传递都很容易的转向器叫可逆式转向器，有利于转向后的车轮自动回正，也容易出现“打手”现象。当作用力由转向盘很容易传到转向摇臂，而转向摇臂受到的冲击只有在很大时才能传到转向盘上，这种转向器称为极限可逆式转向器，这种转向器，驾驶员有一定路感，可实现自动回正。在良好路面行驶的车辆采用可逆式转向器，中型以上的越野车、工矿自卸车多采用yao。7.3.2循环球式转向器循环球式转向器是目前国内外应用最为广泛的结构形式之一,它一般有两级传动副,第一级是螺杆螺母传动副,第二级是齿条齿扇传动副,如图3-18所示。图3-18循环球式转向器如图3-19所示为循环球式转向器第一级传动副螺杆螺母传动副装配外观图。图3-19螺杆与螺母如图3-20所示,循环球式转向器第一级传动副的转向螺杆12由两个球轴承10支承在转向器壳体6上,上、下有垫片4可用来调整轴承的预紧度。转向螺母3的直径大于转向螺杆12的直径,故能松套在螺杆上,在螺杆和螺母的内、外圆面上,制出断面近似为半圆形的螺旋槽,二者的槽相互配合构成了圆形截面的螺旋形通道。图3-20循环球式转向器示意图1—螺母;2—弹簧垫圈;3—转向螺母;4—转向器壳体垫片;5—转向器壳体底盖;6—转向器壳体;7—导管卡子;8—加油螺塞;9—钢球导管;10—球轴承;11,23—油封;12—转向螺杆;13—钢球;14,16—调整垫片;15—螺栓;17—侧盖;18—调整螺钉;19—锁紧螺母;20,22—滚针轴承;21—齿扇轴(摇臂轴)循环球式转向器第二级传动副的齿条是在螺母的外表面切有倾斜的等齿厚齿条。齿扇是变齿厚的,如图3-21所示。齿扇与螺母上的等齿厚齿条相啮合,如图3-20所示,可见螺母既是第一级传动副的从动件,又是第二级传动副的主动件。齿扇与转向摇臂轴21制成一体,支承在壳体的衬套上。图3-21齿扇7.3.3蜗杆曲柄指销式转向器图14.7蜗杆曲柄指销式转向器7.3.4齿轮齿条式转向器齿轮齿条式转向器的齿轮齿条直接啮合,并可安装转向助力机构。齿轮齿条式转向器的正效率与逆效率都很高,属于可逆式转向器。其自动回正能力强。齿轮齿条式转向器如图3-14所示,它主要由转向器壳1、13,转向齿轮2、14,转向齿条4、10等组成。图3-14齿轮齿条式转向器的组成1,13—转向器壳;2,14—转向齿轮;3,11—齿轮轴;4,10—转向齿条;5—转向节;6,8—转向横拉杆;7—拉杆支架;9—压块;12—球轴承;15—滚柱轴承;16—调整螺塞;17—罩盖;18—弹簧齿轮齿条式转向器分两端输出式和中间(或单端)输出式两种。(1)两端输出的齿轮齿条式转向器两端输出的齿轮齿条式转向器如图3-15所示,通过两个U形支架和橡胶管4支承并固定在副车架1上,左、右转向横拉杆3、5分别通过球头销与转向齿条的两端相连。图3-15两端输出的齿轮齿条式转向器1—副车架总成;2—转向器总成;3—右转向横拉杆;4—U形支架和橡胶管;5—左转向横拉杆如图3-16所示,两端输出的齿轮齿条式转向器传动副的主动件转向齿轮轴11通过轴承安装在转向器壳体5中,其上端通过花键与万向节叉10和转向轴连接。与转向齿轮啮合的转向齿条4水平布置,两端通过球头座3与转向横拉杆1相连。弹簧7通过压块9将齿条压靠在齿轮上,保证无间隙啮合。弹簧的预紧力可通过调整螺母6调整。当转动转向盘时,转向齿轮轴11转动,使与之啮合的转向齿条4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,实现汽车转向。图3-16两端输出的齿轮齿条式转向器1—转向横拉杆;2—防尘套;3—球头座;4—转向齿条;5—转向器壳体;6—调整螺母;7—压紧弹簧;8—锁紧螺母;9—压块;10—万向节;11—转向齿轮轴;12—向心球轴承;13—滚针轴承(2)中间(或单端)输出的齿轮齿条式转向器中间(或单端)输出的齿轮齿条式转向器结构及工作原理与两端输出的齿轮齿条式转向器基本相同,不同之处在于如图3-17所示,它在转向齿条的中部用固定螺栓13与左、右转向横拉杆12、14相连。在单端输出的齿轮齿条式转向器上,齿条的一端通过内、外托架与转向横拉杆相连。图3-17中间输出的齿轮齿条式转向器1—调整螺塞;2—锁紧螺母;3—压紧弹簧;4—压块;5—万向节叉;6—转向齿轮轴;7—调整螺母;8—向心球轴承;9,17—转向齿条;10—转向齿轮;11—滚针轴承;12,14—左右转向横拉杆;13—固定螺栓;15—转向器壳体;16—防尘套三、转向传动机构从转向器到转向轮之间的所有传动杆件总称为转向传动机构。转向传动机构的作用是将转向器输出的力矩放大传到转向桥两侧的转向节,使两侧转向轮偏转,且使两转向轮偏转角按一定关系变化,实现汽车的转向行驶。汽车转向时,如果左、右前轮转角关系不协调,轮胎就会被磨损,影响汽车的行驶稳定性。因此,无论汽车转弯半径大小,汽车的转向传动装置都应该使得车轮(主要是前轮)的运动只滚不滑。现代汽车中应用最为广泛的是阿克曼式转向传动机构,其特点是,当汽车直驶时,左、右两个梯形臂的延长线相交于后轴中点附近。当汽车转向时,它能自动地使左右前轮以相同圆心转动,并使左、右前轮保持适当的转角差。1.与非独立悬架配用的转向传动机构如图3-22所示是与非独立悬架配用的转向传动机构,由转向摇臂2、转向直拉杆3、转向节臂4、两个梯形臂5和转向横拉杆6等组成。各杆件之间用球形铰链连接,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。图3-22与非独立悬架配用的转向传动机构1—转向器;2—转向摇臂;3—转向直拉杆;4—转向节臂;5—梯形臂;6—转向横拉杆2.与独立悬架配用的转向传动机构独立悬架的转向桥是断开式的,相应的转向传动机构中的转向梯形也必须分成两段,如图3-23所示,转向摇臂1在平行于路面的平面中左右摆动,传递力和运动。图3-23与独立悬架配用的转向传动机构1—转向摇臂;2—转向直拉杆;3—左转向横拉杆;4—右转向横拉杆;5—左梯形臂;6—右梯形臂;7—摆杆;8—悬架左摆臂;9—悬架右摆臂;10—齿轮齿条式转向器3.转向传动机构中的主要构件转向传动机构的主要构件有转向摇臂、转向直拉杆和转向横拉杆以及转向减振器等。这些杆件的运动和受力都比较复杂,连接部分易磨损,因此工艺要求较高。(1)转向摇臂如图3-24所示,转向摇臂的作用是把转向器输出的力和运动传给直拉杆或横拉杆,进而推动转向轮偏转。转向摇臂一般由合金钢锻造和机械加工而成。它的小端锥形孔中装有与转向直拉杆相连接的球头销,它的大端有细花键锥形孔,用来连接转向摇臂轴,并用螺母固定。球头销的球面部分必须耐磨损,并能承受较大的冲击载荷,一般要经过表面的强化和硬化处理。为保证装配关系的正确,在摇臂轴的外端面和摇臂上孔的外端面上刻有装配标记。图3-24转向摇臂(2)转向直拉杆如图3-25所示,转向直拉杆的作用是把转向摇臂传来的力和运动传给转向梯形臂或转向节臂,它既受到拉力,也受到压力,因此多采用优质特种钢材制成。转向直拉杆为实心或空心杆件,两端较粗,内装球头座5,将连接转向节臂与直拉杆的球头销2的球头夹持住。球头座5由弹簧6压紧,端部用螺塞4塞住。转动螺塞,可以调节弹簧压力。螺塞位置校准后,用开口销加以固定。为了使转向直拉杆在受到向前或向后的冲击力时都有一个弹簧可以起到缓冲作用,将两端球头销弹簧都装在球头销的后面,此弹簧还可以减轻由车轮传来的跳动。杆的端部开孔,以备球头的插入,此孔用橡胶防尘垫3密封。杆端还开有油嘴8,用来注入润滑脂以润滑内部。图3-25转向直拉杆1—螺母;2—球头销;3—橡胶防尘垫;4—螺塞;5—球头座;6—压缩弹簧;7—弹簧座;8—油嘴;9—直拉杆体;10—转向摇臂球头销(3)转向横拉杆如图3-26所示,转向横拉杆的作用是联系左、右梯形臂并使其协调工作,它在汽车行驶过程中反复承受拉力和压力,因此多用高强度冷拉钢管制成。横拉杆一端为右旋螺纹,另一端为左旋螺纹,转动转向横拉杆体1,即可调整其长度,以调整转向轮的前束值。横拉杆接头3螺纹孔处的轴向槽口有弹性,旋装到横拉杆体上后可用夹紧螺母2夹紧。两端接头结构相同。横拉杆两端有球形铰链。球头夹在上、下球头座内,球头座5用聚甲醛制成,有较好的耐磨性。弹簧4用于保证球头座压紧球头,使两球头座与球头紧密接触,并可起缓冲作用,能自动消除磨损间隙。图3-26转向横拉杆1—转向横拉杆体;2—夹紧螺母;3—横拉杆接头;4—弹簧;5—球头座;6—球头销;7—防尘垫;8—梯形臂(4)转向节臂和梯形臂如图3-27所示为中型货车的转向节臂和梯形臂。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。图3-27中型货车的转向节臂和梯形臂1—转向节;2—左转向梯形臂;3—转向节臂;4—前桥;5—横拉杆;6—右转向梯形臂(5)转向减振器转向减振器的作用是克服汽车行驶时转向轮产生的摆振现象,并减缓传至转向盘上的冲击和振动,提高汽车行驶的稳定性和乘坐的舒适性。转向减振器的一端与车身或前桥铰接,另一端与转向直拉杆或转向器铰接,转向减振器的结构类似于悬架减振器,但二者的特点却不同,如图3-28所示。前者的特点是对称的,即压缩和伸张时的特性相同;而后者的特性是非对称的,即压缩和伸张时的特性不相同。图3-28转向减振器1—连接环衬套;2—连接环橡胶套;3—油缸;4—压缩阀总成;5—活塞及活塞杆总成;6—导向座;7—油封;8—挡圈;9—轴套及密封环总成;10—橡胶储液缸任务二

机械转向系统的拆装、检修与调整一、齿轮齿条式转向器的拆装与检查1.齿轮齿条式转向器的分解齿轮齿条式转向器的分解如图3-29所示。拆下啮合间隙补偿器。拆下主动齿轮密封环、卡环、轴承,取出主动齿轮。检查主动齿轮端和轴承磨损情况。在齿条行程做上记号。松开齿条端盖帽,拆卸齿条杆上的防尘罩、挡圈、密封圈、抽出齿条。图3-29齿轮齿条式转向器的分解1—油管;2—压盖;3,4—自锁螺母;5—更换齿形环;6—挡圈;7—齿条密封罩8—圆柱内六角螺栓;9,11,12,18—圆绳环;10—中间盖;13—转向机构主动齿轮;14—密封圈;15—阀门罩壳;16—管接头螺栓;17—回油管;19—补偿垫片;20—压簧2.齿轮齿条式转向器的检查检查转向器外壳有无破裂及破损。检查波形管是否完好。检查各密封圈及密封环。检查齿条各部分磨损情况。3.齿轮齿条式转向器的装配与调整转向器装配顺序与拆卸顺序相反。但装配前应注意,转向器零件不允许焊接和整形作业,自锁螺母和螺栓一经拆卸,安装时必须成对更换。密封衬套前,应在衬套内外涂上润滑油,然后用刀将衬套推至驾驶室前穿线板中。装配转向器后,检查调整齿轮齿条间隙,调整时使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。拧紧锁止螺母,最后紧固横拉杆。但不要使齿条受压太紧。二、循环球式转向器的拆装与检查1.循环球式转向器的拆卸一般情况下,不拆卸转向螺杆螺母总成,如果检查时有转向不灵活等现象,才将其拆卸,转向器的拆卸过程是除去转向器的油污,把外部清洗干净;拆下转向器侧盖,取出转向摇臂轴;拆下转向器前盖,取出转向螺杆与螺母总成;拆下循环球导管夹,拔出导管,取出全部钢球,再从螺杆上取下螺母。2.循环球式转向器主要零部件的检修(1)壳体与盖的检修直观检查壳体与盖应无裂纹,否则应换用新件;用塞尺检测壳体与盖结合平面的平面度误差为0.1mm,若大于此规定值,应进行磨修。(2)转向螺杆螺母总成的检修检查转向杆轴颈对其中心的跳动量时应把转向杆轴颈用V形铁支起,用百分表进行检测,一般跳动量不得大于0.08mm;检测钢球与轨道配合间隙不得大于0.05mm。用检视法检查转向螺杆和螺母上的钢球滚道,应无金属剥落。若有脱层剥落、刻痕或压坑应更换。若钢球磨损,配合间隙超过标准间隙或钢球剥落破碎,则应更换。更换钢球时,钢球的规格、数量、材质等必须符合原技术标准;检查转向螺母上的钢球导管,若破裂、凹陷等应更换。(3)摇臂轴的检修检查摇臂轴端部花键,不得有明显扭曲;端部螺纹的损伤,不得超过两处,否则进行修理或更换;检查摇臂轴与其轴承的配合间隙。摇臂轴承与壳体及侧盖的配合间隙,均不得大于技术标准。用检视法检查齿面,若有轻微剥落、麻点、腐蚀时可用油石磨平,继续使用;检测齿面有无裂纹,有裂纹则应更换;齿面若磨损变形,应更换。(4)转向螺杆轴承的检修检查轴承滚道表面。发现有裂痕、压坑或金属剥落,则更换轴承;钢球碎裂或凹陷、金属剥落,则应更换;保持架扭曲变形、断裂等,应更换保持架。3.循环球式转向器的装配与调整(1)螺杆螺母的装配摇装配前,应对所有零部件进行彻底清洗,按拆卸时的标记方向,把螺杆装入螺母中;装钢球时,可用木棒或塑料棒把钢球轻轻敲入循环轨道内,并在导管口涂上润滑脂,不可混装,要按标记装配。(2)摇臂轴的装配先给摇臂轴孔内涂抹润滑脂,再按顺序安装调整螺钉,装配后用手轻轻转动调整螺钉。转动螺杆螺母上的齿条处于中间位置,应选配垫圈调整至标准间隙。摇臂轴装入壳体内,齿扇与齿条应相互啮合。但要注意,防止摇臂轴的另一端油封弹簧跳出,造成漏油。按规定扭力拧紧侧盖上的紧固螺母螺栓,并在上、下盖及侧盖接合处及密封垫两面涂以密封胶。(3)齿扇与齿条啮合间隙的调整调整时,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;当齿扇在中间位置时,不允许与齿条有间隙,但应转动自如,无轻重不均匀感觉或卡滞现象;利用摇臂轴轴向位移调整螺钉进行调整,调整螺钉旋进,啮合间隙减少,调整螺钉旋出,啮合间隙增大,拧紧锁紧螺母。注意:检查循环球式转向器时不能让球形螺母碰到蜗杆端头。车辆处于直线行驶位置时调整转向器啮合间隙。转向系统装配好之后,还要进行最大转向角和转向盘游隙的检查调整。三、转向盘、转向盘柱的拆装转向盘、转向盘柱的拆装随车型和种类及变速杆位置的不同而不同,应按生产厂家在维修手册中提供的步骤来操作。四、转向传动机构的拆装转向传动机构的拆装比较简单。应注意,在安装横、直拉杆的球头销时加足润滑脂,将螺塞旋到底后再退回1/4~1/2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。五、转向角的检查与调整为了避免转向不足或车轮碰撞到汽车的其他部分,应进行汽车前轮转向角的调整。若转向角过大,