第十八章 汽车转向系 - 副本

第十八章汽车转向系
18.1 概述 (2)
18.2 转向系 (4)
18.3 动力转向器 (9)
18.4 转向油泵 (12)
学习目
标：
1.掌握转向器的类型；
2.掌握机械转向器的结构特点和调整过程；
3.掌握动力转向器的结构类型。

学习方
法：
分析转向器的结构特点，通过实物和多媒体课件动态演示相结合，并和汽车拆装
与调整实践教学相辅相承，使学生掌握转向系的结构和工作原理。

学习内
容：
§18.1 概述
§18.2 普通转向器
§18.3 动力转向器
学习重
点：
1.机械转向器的结构特点和调整原理；
2.动力转向器的结构类型。

作业习
题：
1.转向系由哪几部分组成？各起什么作用？
2.动力转向系有哪些优点？
3.什么是转向盘的自由行程？它的一般范围有多大？
4.为什么微型及轻型货车和轿车上广泛采用齿轮齿条式转向器？
5.转向减振器的作用是什么？它与悬架减振器有什么关系？
6.试说明动力转向系的工作原理。

18.1 概述
18.1.1 转向系的功用：
转向系不仅可以改变汽车的行驶方向，使其按照驾驶员规定的方向行驶，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。

(图
18-1-1)
18.1.2 转向系的类型：
汽车转向系根据其转向能源的不同，可以分为机械转向系和动力转向系两大类型。

(图18-1-2 ；图18-1-3)
18.1.3 转向中心与转弯半径：
汽车转向时，要求所有车轮轴线都应相交于一点，此交点 O 叫做转向中心。

由转向中心 O 到外转向轮与地面接触点的距离 R 称为汽车的转弯半径。

汽车转向时内转向轮的偏转
角β大于外转向轮偏转角α。

在车轮为刚体的假设条件下，内、外两转向轮偏转角满足下面的关系式；
cot α =cot β +B/L
式中 B —两侧主销轴线与地面交点之间的距离，也称为轮距（ m ）；
L —汽车轴距（ m ）。

18.1.4 转向梯形机构：
前内转向轮偏转角β大于前外转向轮偏转角α。

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，而是交于两点，这时各车轮也就不可能绕同一中心滚动，运动轨迹也将发生改变。

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。

然而两车轮是安装在同一轴的两端，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。

18.2 转向系
18.2.1 转向器：
( 一 ) 齿轮齿条式转向器 (图18-2-1)
它的传动方式是齿轮齿条直接啮合，操纵灵敏度非常高，滑动和转动阻力小，转矩传
递性能较好，转向力非常轻，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，自动回正能力强，因此常用于轻型轿车的转向系中．但由于其传动比较小，在使用中受到一定的限制。

( 二 ) 循环球式转向器 (图18-2-2)
循环球式转向器一般有两级传动副，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。

它有两级传动副，一级是与转向轴连接的螺杆和转向螺母，另一级是齿条和齿扇。

转向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。

为了减少转向螺杆与转向螺母之间的摩擦与磨损，二者的螺纹不直接接触，而是作成滚珠的内外滚道，其间装有许多滚珠，以实现滚动摩擦。

转向螺母上装有两个滚珠导管，每个滚珠导管的两端分别插入转向螺母侧面的孔中。

滚珠导管也装满了滚珠，形成两个各自独立的封闭通道。

( 三 ) 蜗杆曲柄指销式转向器 (图18-2-3)
蜗杆曲柄指销式转向器的传动副以转向蜗杆为主动件，装在摇臂轴曲柄端部的指销为从动件。

转向蜗杆转动时，与之啮合的指销即绕转向摇臂轴轴线沿圆弧运动，并带动转向摇臂轴转动．
18.2.3转向传动机构
1. 与非独立悬架配用的转向传动机构：⑴转向摇臂 (图18-2-4) ；它多采用铬钢类的优质钢经锻造和机械加工制成，上端加工出带细齿花键的锥孔与转向臂轴连接，下端通过球头销与直拉杆连接。

转向摇臂通过焊接或者通过螺栓连接在一起。

⑵转向直拉杆 (图18-2-5) ；直拉杆体是一段两端扩大的钢管，其前端带有球头销。

球头销的尾端可用螺母固定在转向节臂的端部。

两个球头座在压缩弹簧作用下将球头销的球头夹持住。

为保证球头与
座的润滑，可从油嘴注入润滑脂，使其充满直拉杆体端部管腔。

2. 转向横拉杆 (图18-2-6) ；转向横拉杆是联系左、右梯形外臂并使其协调工作的连接杆。

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造。

转向横拉杆由横拉杆体和旋装在两端的接头组成。

两端的接头结构相同（但螺纹的旋向相反）。

(4) 转向减振器；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。

活塞杆的左端与减振器下吊环固连，其右端通过螺母固定伸张阀组件及活塞。

活塞将缸筒分成左右两个腔室。

压缩阀体与缸筒固连。

缸筒的右端有径向孔与橡胶储液囊和缸筒间的储液腔相通。

压缩阀座注塑在阀杆上，形成阀座体，其端面有两个轴向通孔。

节流阀片外缘有一缺口，该缺口是减振器左右腔之间的常流通道。

星形阀片为一碟形弹簧，当减振器不工作时，星形阀片与阀片间的间隙也形成常流通道。

在减振器压缩过程中，活塞杆连同活塞右移。

减振器右腔容积减小，油压增大，而左腔容积增大，油压减小，右腔中的油压通过阀片使星形阀片压缩变形，阀片与活塞端面出现间隙，右腔中的
油液进入左腔。

由于压缩过程中，减振器右腔减小的容积大于左腔增大的容积，右腔中便产生高压。

其中的高压油通过压缩阀座上的轴向小孔使压缩阀片离开压缩阀座，于是减振器右腔中的高压油进入储油室，使橡胶囊产生膨胀变形。

在减振器伸张过程中，活塞杆连同活塞及伸张阀组件左移，缸筒左腔容积减小，压力增大。

左腔中的油压作用在阀片上，当液压油作用力克服簧的作用力时，左腔中的液压油便通过阀片与伸张阀杆之间的环形通道及常流通道进入右腔。

在伸张过程中，减振器右腔增加的容积大于左腔减小的容积，因此右腔中出现真空。

此时，储液室中的液压油在橡胶储液囊的作用下，克服弹簧的作用力，使压缩阀座体离开压缩阀体，储液室中的液压油进入减振器右腔。

3. 与独立悬架配用的转向转动机构 (图18-2-7) ：当转向轮为独立悬架时，每个转向轮都需要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，转向传动机构中的转向梯形也必须是断开式的。

采用齿轮齿条式转向器时 , 相应的转向传动示意图。

若齿轮齿条式转向器为两端输出式 , 转向器齿条本身就是转向传动机构的一部分 , 转向横拉杆的内端通过球头销与齿条铰接 , 外端通过螺纹与连接转向节的球头销总成相连。

为与两端输出的齿轮齿条式转向器齿条配用的转向横拉杆，当需要调前束时，松开锁紧螺母，转动拉杆体，达到合理的前束值时，再将锁紧螺母锁死。

18.3 动力转向器
在驾驶员控制下 , 对转向传动装置或转向器中某一传动件施加不同方向的液压或气压作用力 , 以帮助驾驶员进行转向的一系列零部件 , 总称为动力转向器。

18.3.1 动力转向器的类型：
按传能介质的不同，动力转向器有气压式和液压式两种。

18.3.2 液压动力转向系的一般组成及工作原理：
其一般组成如图18-3-1 所示。

转向油泵安装在发动机上，由曲轴通过皮带驱动
并向外输出液压油。

转向油有进、出油管接头，通过油管分别与转向油泵和转向控制阀连接。

转向控制阀用以改变油路。

机械转向器与转向动力缸总成内有左右两个工作腔，它们分别通过油道与转向控制阀连接。

1 ．液压动力转向器的结构：
该转向器中的转向螺母兼起动力缸活塞的作用。

转向螺母的下圆柱表面（图中的左圆柱表面）上有一环形槽，在槽上装有聚四氟乙烯环和 O 型密封圈，以保证活塞装入动力缸以后密封。

转向螺母将动力缸分成上、下两个密封腔，即图中的右腔和左腔。

上、下两密封腔又分别通过设在转向器壳体上的油道与位于转向器上部的转向控制阀相通。

短轴、扭杆、下端轴盖、锁销和组成扭杆组件。

短轴为空心管，其上端外表面制有三角形花键，与转向轴下端的万向节相连，转向盘的转矩由此输入。

短轴下端有带两个对称缺口的扇形凸缘。

扭杆上端通过销钉与短轴固定在一起，下端通过三角形花键与下端轴盖固定。

下端轴盖前端为圆盘形，其外圆与阀体下端采用止口滑配，并用定位销定位。

下端轴盖的圆盘辐板上开有两个对称的腰形槽孔，转向器螺杆上端法兰部分的叉形凸块穿过此腰形槽孔与短轴的扇形凸缘的缺口配合，两者之间间隙较大，允许有一定的相对角位移，以保证扭杆有一定程度的扭转变形。

2 ．动力转向的工作过程：
当汽车直线行驶时，转阀处于中间位置，不工作（图18-3-2）。

当汽车需要左转弯时，转动转向盘使短轴逆时针转动，并通过短轴下端锁销带动阀心同步转动。

同时，作用在转向盘上的转矩通过具有弹性的扭杆传给下端轴盖，下端轴盖边缘上的缺口通过固定在阀体上的锁销带动阀体转动，阀体通过其下端缺口和锁销，把转向力矩传给螺杆。

由于转向阻力的存在，要有足够的转向力矩才能使转向螺杆转动。

这个力矩促使扭杆发生弹性扭转，造成阀体的转动角度小于阀心的转动角度，两者产生相对角位移，如
图18-3-3 所示，通下动力腔的进油缝隙减小（或封闭）回油缝隙增大，油压降低；通上动力腔的进油缝隙增大而回油缝隙减小（或关闭），油压升高。

齿条—活塞便在上、下腔油压差的作用下移动，产生助力作用。

此时来自转向油泵的压力油通过槽隙流向动力缸上腔动力缸下腔的油则通过阀体径向孔、槽隙、阀心径向孔和回油口流向储油罐。

汽车右转弯时，转阀的工作情况基本上与左转弯时相似，参见图18-3-4 不同的是
由于转向方向相反，造成的阀体与阀心的角位移相反，齿条－活塞下腔压力升高而上腔油压降低，产生向右的转向助力。

动力转向器的工作特点：渐进随动原理；一旦液压助力装置失效，该动力转向器即变成机械转向器。

18.3.3 转向加力器：
转向控制阀和转向动力缸组合成一体时，称为转向加力器。

带转向加力的动力转向系。

转向加力器由转向控制阀和转向动力缸组成。

转向盘通过机械转向器使转向摇臂摆动．一方面由球铰链带动转向直拉杆使车轮转向，另一方面带动了转向控制阀中的滑阀移动，使转向动力缸在液压作用下也对转向直拉杆施加作用力。

18.4 转向油泵
1 ．转向油泵的基本结构及工作原理：
转向油泵是助力转向系的动力源。

转向油泵经转向控制阀向转向动力缸提供一定压力和流量的工作油液。

1 ）潜没式双作用叶片泵结构：转子通过花键安装在油泵驱动轴上，驱动轴的外端装有皮带轮，由发动机通过皮带驱动油泵工作。

转子上均匀地开有十个径向叶片槽，矩形叶片能在槽内径向滑动。

当转子高速旋转时，由于离心力的作用，叶片的顶端会紧贴在定子的内表面上。

为使叶片紧压在定子内表面上，在转子叶片槽内端设有台肩，使叶片位于槽内时，其根部始终留有一小油腔，配油盘朝向转子的侧面上的腰形通孔和腰形槽与各个小油腔相通，从而使压油腔内的高压油经上述孔和槽始终充满叶片槽的底部。

2 ）双作用叶片泵工作原理：在转子和定子的两个侧面各有一配油盘，转子的宽度稍小于定子的宽度，以免转子卡死。

两个配油盘和定子一起装在壳体内 , 不能相对移动或转动。

配油盘与转子相对的端面上各开有对称布置的腰形槽 , 与进油口相连的两腰形槽为吸油口，与出油口相连的两腰形槽为压油口。

定子的内侧断面轮廓近似于椭圆形，由两个不等半径的圆弧和过渡曲线组成，这样使得转子、定子、叶片和配油盘之间形成若干个封闭的工作腔。

其容积随转子旋转由小变大，由大变小，如此往复变化。

叶片的工作原理如图18-4-1 所示。

当转子顺时针方向旋转时，叶片在离心力及高压油的作用下紧贴切在定子的内表面上，其工作容积开始由小变大，从吸油口吸进油液；而后工作容积由大变小，压缩油液，经压油口向外供油。

由于转子每旋转一周，每个工作腔都有各自吸、压油两次，故将这种型式的叶片泵称为双作用叶片泵。

双作用叶片泵有两个吸油区和两个排油区，并且各自的中心角是对称的，所以作用在转子上的油压作用力互相平衡。

2 ．流量－安全组合阀：转向油泵工作时，其输出油压的大小取决于助力转向系的负荷（即动力缸活塞所受的运动阻力）。

而油泵能达到的最大压力由油泵的密封性能和有关机件的强度而定。

若转向阻力过大或操作不当，助力转向系内的油液压力将会过高，有可能使系统因过载而损坏。

因此，系统中必须装设限制系统最高压力的安全阀。

安全阀座借螺纹固定在柱塞上端，当油泵输出压力过高时球阀将弹簧压缩而打开，量孔上端与油泵进油腔相通，油压便不会再增大了，从而限制了油压的最高压力。

为了限制助力转向系内的最高工作油压以及输出油量，在油泵内装有流量－安全组合阀，它集流量控制阀和压力调节阀于一体，。

差压式的流量控制阀装在油泵进油腔和出油腔之间，安全阀则位于流量控制阀内。

油泵出油腔的前方通过油泵壳体上的油道与油泵出油口相通，在油泵出油腔与出油口之间有一量孔。

当油液自出油腔以一定速度流过量孔时，由于量孔的节流作用，量孔外侧的出油口压力低于量孔内侧出油腔的压力。

油泵流量越大（即通
过量孔的流速越高），则量孔内外侧压力差也越大。

当油泵流量增大到规定值，柱塞克服弹簧的预紧力而打开，使油泵出油腔与进油腔相通，使油泵出油腔的一部分油液流回进油腔，从而经量孔输往控制阀的流量被控制。