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1、第十一章 机械转向系 第十一章 机械转向系 第一节第一节 概述概述第二节第二节 机械转向器机械转向器第三节第三节 转向操纵机构转向操纵机构第四节第四节 转向传动机构转向传动机构第五节第五节 转向系的检修和调整转向系的检修和调整第六节第六节 机械转向系的故障诊断机械转向系的故障诊断 第十一章 机械转向系 第一节第一节 概概 述述 一、转向系的功用一、转向系的功用转向系是指由驾驶员操纵，能实现转向轮偏转和回位的一套机构。转向系的功用是按照驾驶员的意愿改变汽车的行驶方向和保持汽车稳定地直线行驶。第十一章 机械转向系 二、转向系的分类二、转向系的分类转向系按转向动力源的不同分为机械转向系和动力转向系两
2、大类。机械转向系以驾驶员的体力作为转向动力源。动力转向系除了驾驶员的体力外，还以汽车的动力作为辅助转向动力源，又可以分为液压式、气压式和电动式动力转向系。第十一章 机械转向系 三、机械转向系的基本组成和工作原理三、机械转向系的基本组成和工作原理1基本组成基本组成汽车机械转向系由转向操纵机构、机械转向器和转向传动机构三大部分组成，其具体组成如图11-1-1所示。转向操纵机构包括转向盘、转向轴、万向节和转向传动轴。机械转向器有多种类型，轿车上以齿轮齿条转向器多见。转向传动机构包括转向摇(垂)臂、转向直(纵)拉杆、转向节臂、转向梯形臂、转向横拉杆等。第十一章 机械转向系 图11-1-1 机械转向系示
3、意图 第十一章 机械转向系 2工作原理工作原理如图11-1-1所示，汽车转向时，驾驶员转动转向盘，通过转向轴、转向节和转向传动轴，将转向力矩输入转向器。转向器中有12级啮合传动副，具有降速增矩的作用。转向器输出的转矩经转向摇臂，再通过转向直拉杆传给固定在左转向节上的转向节臂，使左转向节及装于其上的左转向轮绕主销偏转。左、右转向梯形臂的一端分别固定在左、右转向节上，另一端则与转向横拉杆作球铰链连接。当左转向节偏转时经左转向梯形臂、转向横拉杆和右转向梯形臂的传递，右转向节及装于其上的右转向轮随之绕主销同向偏转一定的角度。左、右转向梯形臂和转向横拉杆构成转向梯形，其作用是在汽车转向时，使左、右转向轮
4、按一定的规律进行偏转。第十一章 机械转向系 二、转向系的参数二、转向系的参数1转向系角传动比转向系角传动比转向系角传动比是指转向盘的转角与转向盘同侧的转向轮偏转角的比值，一般用iw表示。转向系角传动比是转向器角传动比i1和转向传动机构角传动比i2的乘积。转向器角传动比是转向盘转角和转向摇臂摆角之比。转向传动机构角传动比是转向摇臂摆角与同侧转向轮偏转角之比。第十一章 机械转向系 转向系角传动比越大，增矩作用加大，转向操纵越轻便，但由于转向盘转的圈数过多，导致操纵灵敏性变差，所以转向系角传动比不能过大。而转向系角传动比太小又会导致转向沉重，所以转向系角传动比既要保证转向轻便，又要保证转向灵敏。但机
5、械转向系很难做到这一点，所以越来越多的车辆采用动力转向系。第十一章 机械转向系 2转向时车轮运动规律转向时车轮运动规律汽车在转向行驶时，要求车轮相对于地面作纯滚动，否则如果有滑动的成分，车轮边滚边滑会导致转向行驶阻力增大，动力损耗，油耗增加，也会导致轮胎磨损增加。第十一章 机械转向系 LBcotcot式中：B为两侧主销中心距(可近似认为是转向轮轮距)；L为汽车轴距。汽车转向时，内侧车轮和外侧车轮滚过的距离是不等的。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，保证车轮作纯滚动就要求所有车轮的轴线都交于一点。此
6、交点O称为汽车的转向中心，如图11-1-2所示。由图可见，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：第十一章 机械转向系 图11-1-2 汽车转向示意图 第十一章 机械转向系 这一关系是由转向梯形保证的。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。从转向中心到外侧转向轮与地面接触点的距离R称为汽车转弯半径。转弯半径R愈小，则汽车转向所需场地就愈小，汽车的机动性也愈好。从图11-1-2可以看出，当外侧转向轮偏转角达到最大值max时，转弯半径R最小。第十一章 机械转向系 3转向盘的自由行程转向盘的自由行程转向盘的自由行程是
7、指转向盘在空转阶段的角行程，这主要是由于转向系各传动件之间的装配间隙和弹性变形所引起的。由于转向系各传动件之间都存在着装配间隙，而且这些间隙将随零件的磨损而增大，因此在一定的范围内转动转向盘时，转向节并不随即同步转动，而是在消除这些间隙并克服机件的弹性形变后，才进行相应的转动，即转向盘有一空转过程。第十一章 机械转向系 转向盘自由行程对于缓和路面冲击及避免驾驶员过于紧张是有利的，但过大的自由行程会影响转向灵敏性，所以汽车维护中应定期检查转向盘的自由行程。一般汽车转向盘的自由行程应不超过1015，否则应进行调整。第十一章 机械转向系 第二节第二节 机机械械转转向向器器 一、转向器概述一、转向器概
8、述1功用功用转向器的功用是增大由转向盘传到转向节的力，并改变力的传动方向。2类型类型转向器的结构类型较多，一般按转向器中传动副的结构形式分类，主要有齿轮齿条式、循环球式、蜗杆曲柄指销式、蜗杆滚轮式等形式。第十一章 机械转向系 3转向器的传动效率转向器的传动效率1)定义定义转向器的传动效率是指转向器输出功率与输入功率之比。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传动效率；反之，转向摇臂受到道路冲击而传到转向盘的传动效率则称为逆传动效率。第十一章 机械转向系 2)按传动效率分类除了按照结构进行分类，转向器还可以按照传动效率的不同分为可逆式转向器、极限可逆式转向器和不可逆式转向器
9、。可逆式转向器是指正、逆传动效率都很高的转向器。正传动效率高使汽车转向操纵轻便；逆传动效率高有利于汽车转向后转向轮自动回正，转向盘“路感”强。但逆传动效率高会导致在坏路行驶时出现“打手”，所以可逆式转向器主要应用于经常在良好路面行驶的车辆。第十一章 机械转向系 极限可逆式转向器是指正传动效率远大于逆传动效率的转向器。这种转向器主要应用于中型以上的越野汽车、工矿用自卸汽车等车辆上，以避免严重的“打手”现象，同时又可以保证在恶劣的路面下转向轻便。不可逆式转向器是指逆传动效率很低的转向器，这种转向器使驾驶员不能得到路面的反馈信息，没有“路感”，而且转向轮也不能自动回正，所以很少采用。第十一章 机械转
10、向系 二、转向器的结构和原理二、转向器的结构和原理1齿轮齿条式转向器齿轮齿条式转向器齿轮齿条式转向器广泛应用于各种轿车上。图11-2-1所示为桑塔纳轿车上采用的齿轮齿条式转向器转向系统，主要由齿轮齿条转向器、左右转向横拉杆和转向节等组成。驾驶员转动方向盘，转向齿轮带动转向齿条左右移动，再通过左右转向横拉杆带动转向节转动，从而使左右转向轮偏转，实现汽车的转向。第十一章 机械转向系 图11-2-1 桑塔纳轿车所采用的齿轮齿条式转向器转向系统 第十一章 机械转向系 1)结构和原理结构和原理齿轮齿条式转向器的具体结构如图11-2-2所示，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
11、球轴承、滚柱轴承安装在壳体中，其上端通过花键与转向轴上的万向节(图中未画出)相连，其下部分是与轴制成一体的转向齿轮。转向齿轮是转向器的主动件，与之相啮合的从动件转向齿条水平布置，齿条背面装有压块。在压紧弹簧的作用下，压块将齿条压靠在齿轮上，保证二者无间隙啮合。调整螺塞可用来调整压紧弹簧的预紧力。压紧弹簧不仅起消除啮合间隙的作用，而且还是一个弹性支承，可以吸收部分振动能量，缓和冲击。第十一章 机械转向系 图11-2-2 齿轮齿条式转向器 第十一章 机械转向系 2)特点特点齿轮齿条式转向器结构简单，可靠性好，也便于独立悬架的布置；同时，由于齿轮齿条直接啮合，故转向灵敏、轻便。另外，转向齿条的节距由
12、齿条端头起至齿条中心逐渐由大变小，转向齿轮与转向齿条的啮合深度逐渐变大，在转向盘转动量相同的条件下，齿条的移动距离在靠近齿条端头要比靠近齿条中心部位稍短些，这与转向初期转向灵敏、转向后期省力的要求正好吻合。此时，转向器的传动比为可变传动比。目前，轿车已经广泛采用可变传动比的齿轮齿条式转向器。第十一章 机械转向系 2循环球式转向器循环球式转向器图11-2-3所示为解放CA1091型汽车的循环球式转向器，它由两级传动副组成：第一级传动副是转向螺杆和转向螺母；第二级传动副是齿条齿扇传动，螺母的下平面加工成齿条，与齿扇相啮合。转向螺母是第一级传动副的从动件，也是第二级传动副的主动件。当转向盘转动时，转
13、向螺杆带动转向螺母沿螺杆移动，并驱使齿扇及摇臂轴转动。转向螺杆支承在两个推力球轴承上，轴承的预紧度可通过调整垫片14调整。在转向螺杆上松套着转向螺母，为了减少它们之间的摩擦，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。第十一章 机械转向系 转向螺母下平面上加工出的齿条是倾斜的，与之相啮合的是变齿厚齿扇。只要使齿扇轴相对于齿条作轴向移动，便可调整二者的啮合间隙。调整螺钉18旋装在侧盖上。摇臂轴靠近齿扇的端部切有T形槽，调整螺钉18的圆柱形端头嵌入此切槽中，端头与T形槽的间隙用调整垫圈16来调整。旋入调整螺钉18，则齿条与齿扇的啮合间隙减小；旋出螺钉，则啮合间隙增大。调整好后用锁紧螺
14、母19锁紧。当转动转向螺杆时，通过钢球将力传给转向螺母，使螺母沿螺杆轴向移动。随着螺母沿螺杆作轴向移动，其齿条便带动齿扇绕着转向摇臂轴作圆弧运动，从而使转向摇臂轴连同摇臂产生摆动，并通过转向传动机构使转向轮偏转，实现汽车转向。第十一章 机械转向系 图11-2-3 循环球式转向器 第十一章 机械转向系 3蜗杆曲柄指销式转向器蜗杆曲柄指销式转向器图11-2-4和图11-2-5所示为东风EQ1090E型汽车所用的蜗杆曲柄指销式转向器，它主要由转向器壳体、转向蜗杆、转向摇臂轴、曲柄和指销、上盖和下盖、调整螺塞和螺钉、侧盖等组成。第十一章 机械转向系 图11-2-4 蜗杆曲柄指销式转向器(一)第十一章
15、机械转向系 图11-2-5 蜗杆曲柄指销式转向器(二)第十一章 机械转向系 转向器壳体固定在车架的转向器支架上。壳体内装有传动副，其主动件是转向蜗杆，从动件是装在摇臂曲柄端部的指销。具有梯形截面螺纹的转向蜗杆支承在转向器壳体两端的两个向心推力球轴承上。转向器下盖上装有调整螺塞，用以调整向心推力轴承的预紧度，调整后用螺母紧固。蜗杆与两个锥形的指销相啮合，构成传动副。两个指销均用双列圆锥滚子轴承支承在曲柄上，并可绕自身轴线转动，以减轻蜗杆与指销啮合传动时的磨损，提高传动效率。销颈上的螺母用来调整轴承的预紧度，使指销能自由转动且轴向推动无间隙，调整后用锁片(图中未示出)将螺母锁住。第十一章 机械转向
16、系 安装指销和双列圆锥滚子轴承的曲柄制成叉形，与摇臂轴制成一体。摇臂轴用粉末冶金衬套支承在壳体中。转向器侧盖上装有调整螺钉，旋入或旋出调整螺钉可以改变摇臂轴的轴向位置，以调整指销与蜗杆的啮合间隙，从而调整转向盘自由行程，调整后用螺母锁紧。摇臂轴伸出壳体的一端通过花键与转向摇臂连接。汽车转向时，驾驶员通过转向盘转动转向蜗杆，使指销一边自转，一边以曲柄为半径绕摇臂轴轴线在蜗杆的螺纹槽内作圆弧运动，从而带动曲柄、转向摇臂摆动，实现汽车转向。第十一章 机械转向系 第三节第三节 转向操纵机构转向操纵机构 一、功用一、功用转向操纵机构的功用是产生转动转向器所必需的操纵力，并具有一定的调节和安全性能。第十一章 机械转向系 二、组成二、组成转向操纵机构主要由转向盘和转向柱组成。图11-3-1所示为桑塔纳轿车的转向操纵机构。转向盘用于产生转向操纵力，转向柱包括转向轴和转向柱套管。转向轴用于将转向盘的转矩传到转向器上，转向轴通过轴承支承于转向柱套管，转向柱套管固定在车身上。为了便于驾驶员操纵及保护驾驶员的安全，目前许多汽车的转向操纵机构都带有调整和安全装置。第十一章 机械转向系 图11-3-1 桑塔纳轿车
