汽车转向系完整ppt课件.ppt(83页)
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1、.1第二十三章第二十三章 汽车转向系统汽车转向系统.2第第1 1节节 概概 述述保证汽车能按驾驶员的意愿进行保证汽车能按驾驶员的意愿进行直线或转向直线或转向行驶行驶 。汽车转向系统的功用:汽车转向系统的功用:? 汽车转向系统的定义:汽车转向系统的定义:用来改变或者恢复汽车行驶方向的专设机构的总称。用来改变或者恢复汽车行驶方向的专设机构的总称。 .31.11.1汽车转向系统类型和组成汽车转向系统类型和组成按汽车转向系统能源的不同分为:按汽车转向系统能源的不同分为: 机械转向系统机械转向系统 动力转向系统动力转向系统 以驾驶员的体力为转向能源,其中所有的传力件都是以驾驶员的体力为转向能源,其中所有
2、的传力件都是机械零件。机械零件。兼用驾驶员的体力和发动机兼用驾驶员的体力和发动机(或电动机或电动机)动力为转向能动力为转向能源,其转向系统中需要增加动力转向装置。源,其转向系统中需要增加动力转向装置。a.汽车转向系统的分类汽车转向系统的分类.4万向传动装置万向传动装置( (转向万向节和转向传动轴转向万向节和转向传动轴) )作用:作用: 方便布置;方便布置; 消除安装误差和安装支架变形引起的消除安装误差和安装支架变形引起的不利影响;不利影响; 可以方便的实现转向盘和转向器等部可以方便的实现转向盘和转向器等部件的通用化和系列化。件的通用化和系列化。b.b.汽车转向系统的组成汽车转向系统的组成机械转
3、向系统的组成机械转向系统的组成:方向盘;方向盘;转向管柱;转向管柱;转向轴;转向轴;转向传动轴转向传动轴;转向万向节。转向万向节。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;转向梯形机构。转向梯形机构。转向传动机构转向传动机构转向操纵机构转向操纵机构转向器转向器采用非独立悬架采用非独立悬架.5采用非独立悬架的机械式转向系统工作过程采用非独立悬架的机械式转向系统工作过程.6采用独立悬架的采用独立悬架的机械转向系统:机械转向系统:左、右横拉杆左、右横拉杆.71.21.2两侧车轮偏转角之间的理想关系两侧车轮偏转角之间的理想关系 为避免在汽车转向时加大对车轮为避免在汽车转向时加大对
4、车轮的磨损,希望汽车转向时每个车轮的磨损,希望汽车转向时每个车轮都作纯滚动。即要求所有车轮的轴都作纯滚动。即要求所有车轮的轴线都相交于一点。线都相交于一点。cot=cot+B/L 汽车内轮转角汽车内轮转角与外轮转角与外轮转角之间的关系如下:之间的关系如下:B两侧主销轴线与地面相交点的两侧主销轴线与地面相交点的距离;距离;L汽车的轴距。汽车的轴距。R为汽车转弯半径;为汽车转弯半径;O为汽车转向中心。为汽车转向中心。.8汽车最小转弯半径:汽车最小转弯半径:当外转向轮偏转角当外转向轮偏转角达到最大值达到最大值max时,转向半径最小时,转向半径最小: Rmin=L/sinmax汽车转弯半径:汽车转弯半
5、径: R=L/sin只用前轴转向的三轴汽车,由于只用前轴转向的三轴汽车,由于中、后轮总是平行的,因此不存中、后轮总是平行的,因此不存在理想的转向中心。在理想的转向中心。 计算转向中心时用一个与中、计算转向中心时用一个与中、后轴线等距的平分线作为假想轴后轴线等距的平分线作为假想轴线。线。.9第一、第三轴为转向桥的三轴汽车第一、第三轴为转向桥的三轴汽车cot1=cot1+B/L1cot2=cot2+B/L2前轴前轴后轴后轴转向梯形需要满足上式转向梯形需要满足上式的设计要求。的设计要求。L L1 1、L L2 2分别为一轴、三轴分别为一轴、三轴到二轴的距离。到二轴的距离。.10前轴前轴:cot1=c
6、ot1+B/L1后轴后轴:cot2=cot2+B/L2第一、第二轴为转向桥的四轴汽车第一、第二轴为转向桥的四轴汽车 以三四轴之间的平分线为转向基线。以三四轴之间的平分线为转向基线。.111.3 1.3 转向系的角传动比转向系的角传动比转向盘转向盘转向器转向器转向摇臂转向摇臂转向节转向节转向系角传动比转向系角传动比i :i= i1*i2转向系角传动比越大,转向越省力,但转向灵敏转向系角传动比越大,转向越省力,但转向灵敏度降低。度降低。i1较大,货车为较大,货车为16-32,轿车为,轿车为12-20;i2较小,一般为较小,一般为1。转向器角传动比转向器角传动比i1 :转转向盘的转角增量与转向摇向盘
7、的转角增量与转向摇臂转角的相应增量之比臂转角的相应增量之比转向传动机构角转向传动机构角传动比传动比i1 :转向转向摇臂转角增量与转摇臂转角增量与转向盘所在一侧的转向盘所在一侧的转向节的转角相应增向节的转角相应增量之比。量之比。.12转向盘的自由行程转向盘的自由行程定义:定义: 转向盘空转阶段的角行程,称为转向盘的自由行程。转向盘空转阶段的角行程,称为转向盘的自由行程。作用:作用: 可以缓和路面冲击,避免驾驶员过分的紧张和疲劳;但过大转向盘可以缓和路面冲击,避免驾驶员过分的紧张和疲劳;但过大转向盘自由行程会降低转向灵敏度。转向盘自由行程比较理想的情况是不超过自由行程会降低转向灵敏度。转向盘自由行
8、程比较理想的情况是不超过1015。当零件磨损使转向盘自由行程超过。当零件磨损使转向盘自由行程超过2530时必须进行时必须进行调整。调整。产生原因:产生原因:转向系统中传动件之间存在安装间隙。在转向开始阶段,所施加的转转向系统中传动件之间存在安装间隙。在转向开始阶段,所施加的转向力矩很小,用来克服转向系统内部摩擦,使个传动件开始运动直到向力矩很小,用来克服转向系统内部摩擦,使个传动件开始运动直到间隙完全消除。间隙完全消除。.132.1 2.1 转向操纵机构转向操纵机构a.a.转向操转向操纵机构纵机构: :转向盘到转向器之间的所有零部件总称。第第2 2节节 转向操纵机构转向操纵机构.141. 转向
9、盘1.轮缘轮缘2.轮辐轮辐3.轮毂,轮毂,轮毂细轮毂细牙内花键与转向牙内花键与转向轴连接轴连接转向盘上装有喇叭按钮,有些转向盘上装有喇叭按钮,有些轿车的转向盘上还装有车速控轿车的转向盘上还装有车速控制开关和安全气囊。制开关和安全气囊。.15汽车碰撞时,转向盘骨汽车碰撞时,转向盘骨架应该发生变形,以吸架应该发生变形,以吸收碰撞的能量。收碰撞的能量。转向盘内部由成形的转向盘内部由成形的金属骨架构成,外面金属骨架构成,外面包柔软材料。包柔软材料。.16转向柱管固定在车身上,支承转向柱管固定在车身上,支承着转向盘;着转向盘;转向轴是连接转向盘和转向器转向轴是连接转向盘和转向器的传动件;的传动件;转向轴
10、从转向柱管转向轴从转向柱管中穿过,支承在柱管内的轴承中穿过,支承在柱管内的轴承和衬套上。和衬套上。2. 转向轴、转向柱转向轴、转向柱管及其吸能装置管及其吸能装置转向轴和转向柱管吸能装置的转向轴和转向柱管吸能装置的基本工作原理是:基本工作原理是:当转向轴受当转向轴受到巨大冲击而产生轴向位移时到巨大冲击而产生轴向位移时,通过转向柱管或支架产生塑,通过转向柱管或支架产生塑性变形、转向轴产生错位等方性变形、转向轴产生错位等方式,吸收冲击能量。式,吸收冲击能量。方向盘方向盘转向管柱转向管柱转向管支架转向管支架支座支座橡胶垫橡胶垫转向操纵转向操纵机构支架机构支架转向轴转向轴转向管柱转向管柱转向轴衬套转向轴
11、衬套.17(1) 转向轴错位缓冲转向轴错位缓冲当发生猛烈撞车时,转向轴上的上、下凸缘盘的当发生猛烈撞车时,转向轴上的上、下凸缘盘的销子与销孔脱开,缓和冲击,吸收冲击能量。销子与销孔脱开,缓和冲击,吸收冲击能量。上凸缘盘上凸缘盘下凸缘盘下凸缘盘.18转向传动轴分为上、下两段,下转向传动轴装在上转向传动转向传动轴分为上、下两段,下转向传动轴装在上转向传动轴的孔中,发生碰撞时,转向器向后移动,下转向传动轴插轴的孔中,发生碰撞时,转向器向后移动,下转向传动轴插入上转向传动轴的孔中,上转向传动轴被压扁,吸收冲击能入上转向传动轴的孔中,上转向传动轴被压扁,吸收冲击能量。量。(2) 转向轴错位和支架变形缓冲
12、转向轴错位和支架变形缓冲转向柱管通过转向柱管通过支架支架和和U U形金属板形金属板固定在固定在仪表板上。仪表板上。当驾驶员身体撞击当驾驶员身体撞击转向盘后,转向管转向盘后,转向管柱和支架将从仪表柱和支架将从仪表板上脱离下来向前板上脱离下来向前移动。这时,一端移动。这时,一端固定在仪表板上而固定在仪表板上而另一端固定在支架另一端固定在支架上的上的U U形金属板就会形金属板就会产生扭曲变形并吸产生扭曲变形并吸收冲击能量。收冲击能量。.19网格状或波纹管式转向柱管吸能装置网格状或波纹管式转向柱管吸能装置: :当发生猛烈撞车导致人体冲撞转向当发生猛烈撞车导致人体冲撞转向盘时,网格部分或波纹管部分将被压
13、缩产生塑性变形,吸收冲击能量。盘时,网格部分或波纹管部分将被压缩产生塑性变形,吸收冲击能量。(3) 转向柱管变形吸收冲击能量并缓冲转向柱管变形吸收冲击能量并缓冲网格状转向柱管网格状转向柱管波纹管式转向柱管波纹管式转向柱管.20转向器的转向器的传动效率传动效率 转向器的输入功率与输出功率的比值称为转向器的效率。转向器的输入功率与输出功率的比值称为转向器的效率。转向器的转向器的正效率:正效率: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)输出的传动效率;传动效率;转向器的转向器的逆效率:逆效率:功率由转向传动机构输入,由转向轴输出
14、的传动效率功率由转向传动机构输入,由转向轴输出的传动效率 。1. 转向器传动效率转向器传动效率第第3 3节节 转向器转向器.21可逆式转向器:可逆式转向器:逆效率很高逆效率很高的转向器,可以将路面阻力完全反的转向器,可以将路面阻力完全反馈到转向盘,驾驶员路感好,可以实现方向盘的回正,但可能馈到转向盘,驾驶员路感好,可以实现方向盘的回正,但可能发生发生“打手打手”现象。现象。u现代汽车一般不采用不可逆转向器,大部分采用可逆式转向器,部分现代汽车一般不采用不可逆转向器,大部分采用可逆式转向器,部分越野车辆采用极限可逆式转向器。越野车辆采用极限可逆式转向器。不可逆转向器:不可逆转向器:逆效率很低逆效
15、率很低的转向器,让驾驶员丧失路感,无的转向器,让驾驶员丧失路感,无法根据路面阻力调整方向盘转距;方向盘不会回正。法根据路面阻力调整方向盘转距;方向盘不会回正。极限可逆式转向器:极限可逆式转向器:逆效率略高于不可逆式的转向器逆效率略高于不可逆式的转向器,可以获,可以获得一定的路感,转向盘可自动回正。得一定的路感,转向盘可自动回正。.22转向器的分类:转向器的分类:2. 2. 转向器转向器齿轮齿条式转向器;齿轮齿条式转向器;蜗杆曲柄指销式转向器;蜗杆曲柄指销式转向器;循环球式转向器。循环球式转向器。转向器是转向系的减速传动装置,一般有转向器是转向系的减速传动装置,一般有12个减速传动副。个减速传动
16、副。.23a. a.齿轮齿条式转向器齿轮齿条式转向器传动副:转向齿轮传动副:转向齿轮( (主动件主动件) )、转向齿条、转向齿条( (从动件从动件) ) 。转向齿条通过两转向齿条通过两点支承在壳体上:点支承在壳体上:橡胶支承套、齿橡胶支承套、齿轮齿条啮合点。轮齿条啮合点。弹簧通过垫片、压块将齿条压靠在齿轮上,保证无间隙配合。弹簧预紧力用调整螺钉调节,螺钉端部起到限位作用,防止跳齿。.24转向器通过两个转向器通过两个U U形支架和橡胶管支承并固定在副车形支架和橡胶管支承并固定在副车架上,转向齿轮与转向轴和转向盘连接,两个转向架上,转向齿轮与转向轴和转向盘连接,两个转向横拉杆分别通过球头销与转向齿
17、条的两端相连。横拉杆分别通过球头销与转向齿条的两端相连。转向器总成转向器总成.25侧面输入两端输出;侧面输入两端输出;中间输入两端输出;中间输入两端输出;侧面输入中间输出;侧面输入中间输出;侧面输入一端输出。侧面输入一端输出。齿轮齿条式转向器的四种结构型式:.26转向拉杆用螺栓固定在转向齿条中部,齿条移动带动左右横拉杆移动,实现转向。.27齿轮齿条式转向器特点1. 结构简单紧凑、质量轻,刚性大。结构简单紧凑、质量轻,刚性大。2. 转向灵敏,正、逆效率都较高,制造容易,成转向灵敏,正、逆效率都较高,制造容易,成本低。本低。3. 省略了转向摇臂和转向直拉杆,使转向传动机省略了转向摇臂和转向直拉杆,
18、使转向传动机构简化,适合与麦弗逊式独立悬架配用,常用构简化,适合与麦弗逊式独立悬架配用,常用于轿车、微型货车和轻型货车。于轿车、微型货车和轻型货车。.28b.b.蜗杆曲柄指销式转向器蜗杆曲柄指销式转向器传动副传动副主动件:主动件:转向蜗杆;转向蜗杆;从动件:从动件:指销。指销。具有梯形截面螺纹的转向蜗具有梯形截面螺纹的转向蜗杆支承在转向器壳体两端的杆支承在转向器壳体两端的球轴承上,蜗杆与锥形指销球轴承上,蜗杆与锥形指销相啮合,指销用双列圆锥滚相啮合,指销用双列圆锥滚子轴承支于摇臂轴内端的曲子轴承支于摇臂轴内端的曲柄孔中。柄孔中。当转向蜗杆随转向盘转动时当转向蜗杆随转向盘转动时,指销沿蜗杆螺旋槽
19、上下移,指销沿蜗杆螺旋槽上下移动,并带动曲柄及摇臂轴转动,并带动曲柄及摇臂轴转动。动。.29双指销式转向器双指销式转向器:每个指销所承受的载荷每个指销所承受的载荷小,因此寿命长;小,因此寿命长;一个指销脱离啮合,另一个指销脱离啮合,另一个指销仍保持啮合,在一个指销仍保持啮合,在采用同样的蜗杆时,运动采用同样的蜗杆时,运动范围大,所以当行程固定范围大,所以当行程固定时蜗杆较短;时蜗杆较短;对蜗杆加工精度要求高。对蜗杆加工精度要求高。用来调整轴承的预紧度,用来调整轴承的预紧度,使指销能自由转动并无明使指销能自由转动并无明显的轴向间隙。显的轴向间隙。用来调整指销和蜗杆的啮用来调整指销和蜗杆的啮合间隙
20、。合间隙。.30c. c.循环球式转向器循环球式转向器一般采用两级传动:一般采用两级传动:第一级为第一级为螺杆螺母传动副;第二级为齿螺杆螺母传动副;第二级为齿条齿扇传动副。条齿扇传动副。在螺杆和螺母上都加工近似半圆形的螺旋槽 (P289(P289页图页图) ),两者相配合形成近似圆形的螺旋管状通道中装入许多钢球。螺母的侧面有两对通孔,可将钢球塞入螺旋通道中,两根U形钢球导管的两端插入螺母侧面的两对通孔中,导管内也装满钢球。转向螺杆转动时,通过钢球将转向螺杆转动时,通过钢球将力传给转向螺母,使螺母沿轴力传给转向螺母,使螺母沿轴向移动。同时,在螺杆、螺母向移动。同时,在螺杆、螺母和钢球间的摩擦力矩
21、作用下,和钢球间的摩擦力矩作用下,所有钢球便在螺旋管状通道内所有钢球便在螺旋管状通道内滚动,形成滚动,形成“球流球流”。 .31转向螺杆支承在两个推力角接触球轴承上,轴承预紧转向螺杆支承在两个推力角接触球轴承上,轴承预紧度用调整垫片调整。度用调整垫片调整。解放解放CA1040CA1040系类轻型载货汽车循环球系类轻型载货汽车循环球- -齿条齿扇式转向齿条齿扇式转向器器旋入,齿扇轴右移,啮合间隙减小,反之,增大旋入,齿扇轴右移,啮合间隙减小,反之,增大(P278页图页图).32.33正传动效率高达正传动效率高达90%95%,操纵轻便,转向省力;,操纵轻便,转向省力;寿命长,工作平稳可靠;寿命长,
22、工作平稳可靠;逆效率也很高,容易打手;逆效率也很高,容易打手;适合用于经常在平坦路面上行驶的中、轻型载货汽车上。适合用于经常在平坦路面上行驶的中、轻型载货汽车上。循环球式转向器特点:循环球式转向器特点:.34从转向器到转向节之间的所有传动杆件从转向器到转向节之间的所有传动杆件( (不含转向节不含转向节) )总称为转向传动机构总称为转向传动机构第第4 4节节 转向传动机构转向传动机构功用:功用:将转向器输将转向器输出的力和运动传到出的力和运动传到转向桥两侧的转向转向桥两侧的转向节,使转向轮偏转,节,使转向轮偏转,并使两转向轮偏转并使两转向轮偏转角按一定关系变化,角按一定关系变化,以保证汽车转向时
23、以保证汽车转向时车轮与地面的相对车轮与地面的相对滑动尽可能小。滑动尽可能小。 转向传动机构的组成和布置,因转向器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不同而异。位置和转向轮悬架类型不同而异。.351. 与非独立悬架配用的转向传动机构与非独立悬架配用的转向传动机构由转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂和转向梯形等零部件组成,其中由转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂和转向梯形等零部件组成,其中转向梯形由梯形臂、转向横拉杆和前梁转向梯形由梯形臂、转向横拉杆和前梁构成。构成。前桥为转向桥前桥为转向桥前桥为转向驱动桥前桥为转向驱动桥转向直拉杆横置转向直拉杆横置转向梯形布转向梯形布置在前桥后,置在前
24、桥后,在汽车直线在汽车直线行驶状态,行驶状态,900转向梯形布转向梯形布置在前桥前,置在前桥前,在汽车直线在汽车直线行驶状态,行驶状态,900转向摇臂在与转向摇臂在与道路平行的水道路平行的水平面内左右摆平面内左右摆动。动。.36a. a.转向摇臂转向摇臂转向器传动副与直拉杆之间的传动件。转向器传动副与直拉杆之间的传动件。循环球式转向器和蜗杆曲柄指销式转向器循环球式转向器和蜗杆曲柄指销式转向器通过转向摇臂与转向直拉杆相连。转向摇通过转向摇臂与转向直拉杆相连。转向摇臂的大端与转向器摇臂轴采用臂的大端与转向器摇臂轴采用锥形细三角锥形细三角花键花键连接,以调整安装位置到正确角度、连接,以调整安装位置到
25、正确角度、同时起到压紧和定位的作用。同时起到压紧和定位的作用。小端通过小端通过球球头销头销与转向直拉杆作空间铰链连接与转向直拉杆作空间铰链连接。.37b.b.转向直拉杆转向直拉杆转向摇臂与转向节臂之间的传动杆件,具有传转向摇臂与转向节臂之间的传动杆件,具有传力和缓冲作用。力和缓冲作用。球头销连接避球头销连接避免空间运动的免空间运动的干涉,压缩弹干涉,压缩弹簧补偿球头和簧补偿球头和座的磨损,保座的磨损,保证无间隙配合证无间隙配合,弹簧预紧力,弹簧预紧力用端部螺塞调用端部螺塞调整,开口销固整,开口销固定螺塞位置。定螺塞位置。转向节臂球头销转向节臂球头销前端前端后端后端两个压缩弹簧分别沿轴线的不同方
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