第七章转向系

三、对转向系的要求 1.汽车转弯行驶时，全部车轮绕瞬时旋转中心旋转，任何车轮不 汽车转弯行驶时，全部车轮绕瞬时旋转中心旋转， 汽车转弯行驶时 得有侧滑，否则，加剧轮胎磨损。 得有侧滑，否则，加剧轮胎磨损。 2.汽车转弯行驶后，在驾驶员松开转向盘时，转向轮能自动返回直线 汽车转弯行驶后， 汽车转弯行驶后 在驾驶员松开转向盘时， 行驶位置，稳定行驶。 行驶位置，稳定行驶。 3.汽车在任何行驶状态下，转向轮都不得产生自振，转向盘不得摆动。 汽车在任何行驶状态下， 汽车在任何行驶状态下 转向轮都不得产生自振，转向盘不得摆动。 4.转向传动机构和悬架导向装置共同工作时，由于运动不协调产生 转向传动机构和悬架导向装置共同工作时， 转向传动机构和悬架导向装置共同工作时 的摆动要最小。 的摆动要最小。 5.保证汽车有较高的机动性，具有迅速和小转弯能力。 保证汽车有较高的机动性， 保证汽车有较高的机动性 具有迅速和小转弯能力。 6.操纵轻便 操纵轻便 7.转向轮碰撞到障碍物后，传给转向盘的反冲击力要小。 转向轮碰撞到障碍物后，传给转向盘的反冲击力要小。 转向轮碰撞到障碍物后 8.转向器和转向传动机构的球头处，有消除因磨损产生间隙的调整机构。 转向器和转向传动机构的球头处，有消除因磨损产生间隙的调整机构。 转向器和转向传动机构的球头处 9.在车祸中，当转向轴和转向盘后移时，转向系应有能使驾驶员免遭或 在车祸中， 在车祸中 当转向轴和转向盘后移时， 减轻伤害的防护装置 10.进行运动效核，保证转向轮与转向盘转动方向一致。 进行运动效核， 进行运动效核 保证转向轮与转向盘转动方向一致。
（1）齿轮齿条式优、缺点 ： ）齿轮齿条式优、 优点：机构简化，无需转向摇臂、转向直拉杆， 优点：机构简化，无需转向摇臂、转向直拉杆，因而转向轮转 角可以设计较大；传动效率可高达90% 角可以设计较大；传动效率可高达 缺点：逆效率高，可达 缺点：逆效率高，可达60%~70%，所以转向轮受到的冲击力大部分 ， 传到转向盘。即反冲严重。 传到转向盘。即反冲严重。
（一）转向器正效率 η + 受转向器的类型、结构、制造质量等因素影响。 η + 受转向器的类型、结构、制造质量等因素影响。 1.转向器的类型、结构特点与效率 转向器的类型、 转向器的类型 不同类型的转向器因其工作原理不同，导致内部摩擦阻力不同 不同类型的转向器因其工作原理不同，导致内部摩擦阻力不同→ η+、 不同。 η－不同。 如：常用的转向器有：循环球式，蜗杆滚轮式，齿轮齿条式，蜗杆 常用的转向器有：循环球式，蜗杆滚轮式，齿轮齿条式， 指销式等。 齿轮齿条式，循环球式η+ 最高， 以上。 指销式等。而齿轮齿条式，循环球式 最高，达85%以上。 以上
η + = ( P1 − P2 ) P1
η − = ( P3 − P2 ) P3
P1：作用在转向轴上的功率 ： P2：转向器中的摩擦功率 ： P3：作用在转向摇臂轴上的功率 ： 从设计角度来讲，正效率越高越好，负效率不能过高但不能没有。 从设计角度来讲，正效率越高越好，负效率不能过高但不能没有。 但这很难，转向器作为一种双向机构，正效率高，负效率也会高。 但这很难，转向器作为一种双向机构，正效率高，负效率也会高。
（1）循环球式转向器优、缺点 ）循环球式转向器优 优点： 钢球将滑动摩擦变为滚动摩擦，正传动效率很高， 优点：◆钢球将滑动摩擦变为滚动摩擦，正传动效率很高，可达 75%~85%。 操纵轻便，使用寿命长 。 操纵轻便， ◆钢球将滑动摩擦变为滚动摩擦，所以操纵轻便，使用寿命长 钢球将滑动摩擦变为滚动摩擦，所以操纵轻便， 操纵轻便 ◆可以实现变传动比工作 缺点：逆效率高，结构复杂，制造精度要求高。 缺点：逆效率高，结构复杂，制造精度要求高。 3.蜗杆滚轮式 自学 蜗杆滚轮式 4.蜗杆指销式 自学 蜗
有：效率、转向系传动比、传动间隙等 效率、转向系传动比、 一、转向器的效率 正效率 η + 逆效率η − ：功率由转向轴输入，经转向摇臂轴输出所求得的效率。 功率由转向轴输入，经转向摇臂轴输出所求得的效率。 ：功率由车轮输入，经转向系传递到转向盘。 功率由车轮输入，经转向系传递到转向盘。
对于同一类型转向器，结构不同， 例如， 对于同一类型转向器，结构不同，效率也有差别 。例如，滚针轴 同一类型转向器 承的效率比滑动轴承高10%。 承的效率比滑动轴承高 。
2：转向器的结构参数与效率 ：
用的较多的是螺杆，蜗杆类转向器。对这类转向器， 用的较多的是螺杆，蜗杆类转向器。对这类转向器，如果只计啮合副 的摩擦损失，不计轴承等损失。 的摩擦损失，不计轴承等损失。则
tan(α 0 − ρ ) η− = tan α 0
(7-2)
二、传动比的变化特性
i − 力传动比 （一）转向系传动比有 p iω 0 − 角传动比
2F 1.力传动比 i p = w 力传动比 Fh
M Fw = r a
Fh = Mh Dsw 2
地面对转向轮施以一个转向阻力（摩擦力）使轮胎转动 因为是两个转向轮，所以是2Fw Fh : 转向盘上手力
四、转向系分类
§7-2 机械式转向器的方案分析
一、机械式转向器的方案分析 1.齿轮齿条式转向器 齿轮齿条式转向器 汽车前进 A
A A-A
消除间隙装置
1.转向横拉杆 2.防尘 转向横拉杆 防尘 套 3.球头座 4.转向 球头座 转向 齿条 5.转向器壳体 6. 转向器壳体 调整螺塞 7.压紧弹簧 压紧弹簧 8.锁紧螺母 9.压块 锁紧螺母 压块 10.万向节 11.转向齿 万向节 转向齿 轮轴 12.向心球轴 向心球轴 承 13.滚针轴承 滚针轴承
（2）输入、输出方式 ）输入、
中间输入， 中间输入，两端输出 侧面输入， 侧面输入，两端输出
齿轮输入，齿条输出，有4种方式 齿轮输入，齿条输出， 种方式
侧面输入， 侧面输入，一端输出 侧面输入， 侧面输入，中间输出
（3）齿轮啮 ） 合 斜齿圆柱 斜齿齿条 斜齿圆柱+斜齿齿条 （4）齿条断面形状 ） 有圆形、 形 形三种， 有圆形、V形、Y形三种，V 形三种 形可自动防止齿条转动。 形、Y形可自动防止齿条转动。 形可自动防止齿条转动 否则， 否则，需要防止齿条转动的机构 （5）齿轮齿条式转向器在汽车 ） 上的布置 根据转向器、转向梯形、 根据转向器、转向梯形、 转向轴三者在汽车纵轴线方向 的前后相对位置给出四种布置。 的前后相对位置给出四种布置。
第七章： 第七章：转向系设计
本章主要学习： 本章主要学习： 一、机械式转向器方案分析 二、转向系主要性能参数 三、机械式转向器设计与计算 四、动力转向机构 五、转向梯形
§7-1：概述 ： 一、作用 汽车上用来改变或恢复其行驶方向的专设机构 二、转向系构成 (1)转向操纵机构 转向操纵机构 主要由转向盘、转向轴、 主要由转向盘、转向轴、 转向管柱等组成。 转向管柱等组成。 (2)转向器 转向器 将转向盘的转动变为转向摇 臂的摆动或齿条轴的直线往复运 动，并对转向操纵力进行放大的 机构。 机构。转向器一般固定在汽车车 架或车身上，转向操纵 操纵力通过转 架或车身上，转向操纵力通过转 向器后一般还会改变传动方向。 向器后一般还会改变传动方向。 (3)转向传动机构 转向传动机构 将转向器输出的力和运动传 给车轮(转向节 转向节)， 给车轮 转向节 ，并使左右车轮 按一定关系进行偏转的机构。 按一定关系进行偏转的机构。
3.防伤安全机构的设计弹性联轴器式 防伤安全机构的设计弹性联轴器式 （1）弹性联轴器式 ） 主要是确定在某个特定轴向力下， 主要是确定在某个特定轴向力下， 材料一定时， 材料一定时，弹性垫片遭到剪切破 坏时剪切面应有的面积。 坏时剪切面应有的面积。 Fz = a 0 tδk1 k 2σ 1 σ1：拉伸应力 ： a0:垫片实际断面宽度 ：单层垫片厚度 垫片实际断面宽度t： 垫片实际断面宽度 修正系数， δ：垫片帘布层数 K1、k2修正系数，见P226 本书推荐， 本书推荐，Fz取9kN，于是，在选定材料 ，于是， 求出a 后，求出 0 （2）对有吸能管柱的转向轴计算 ） 这时， 这时，较为关键的设计是求出套管与 管柱间的过盈量。 管柱间的过盈量。 nFf f λW λn ∆= ( + ) 各参数见 各参数见P227 4πE h h
蜗杆指销式（蜗杆曲柄指销式） 蜗杆指销式（蜗杆曲柄指销式）
二、防伤安全机构方案分析及计算 1.防伤安全机构要求 防伤安全机构要求 根据GB11557-1989要求，①汽车在以48km/h的速度，正面碰撞 要求， 汽车在以 的速度， 根据 要求 的速度 转向管柱和转向轴在水平方向的后移量不超过127mm。②在 时，转向管柱和转向轴在水平方向的后移量不超过 。 台甲试验中，用人体模型的躯干以6.7m/s的速度碰撞转向盘时， 的速度碰撞转向盘时， 台甲试验中，用人体模型的躯干以 的速度碰撞转向盘时 作用在转向盘上的力不得超过11123N。 作用在转向盘上的力不得超过 。 2 .几种防伤安全机构原理简介 几种防伤安全机构原理简介
◆连轴套管式 F
塑料销钉2横向穿过 塑料销钉 横向穿过 轴与套管
套管也做成这种形状， 套管也做成这种形状，与轴配合
发生碰撞时，在轴向力 的作用下 塑料销钉2被剪断 的作用下， 被剪断， 发生碰撞时，在轴向力F的作用下，塑料销钉 被剪断，轴与套 管相对运动，被剪断的塑料销钉，有的破碎为屑末状， 管相对运动，被剪断的塑料销钉，有的破碎为屑末状，在套管与轴 之间增大摩擦阻力吸收能量。 之间增大摩擦阻力吸收能量。 ◆弹性联轴器式 关键在于弹性垫片， 关键在于弹性垫片，该垫片由涂有橡 弹性垫片 胶的多层帘布组成。发生碰撞时， 胶的多层帘布组成。发生碰撞时，帘 布可以沿轴向变形，直至撕裂， 布可以沿轴向变形，直至撕裂，同时 吸收能量。 吸收能量。
（7-3） ）
2.循环球式转向器 循环球式转向器 （1）结构及工作原理 ）
调整间隙
转向螺杆转动时，通过钢球将力传给转向螺母，螺母即沿轴向移动。 转向螺杆转动时，通过钢球将力传给转向螺母，螺母即沿轴向移动。 同时，在螺杆及螺母与钢球间的摩擦力偶作用下， 同时，在螺杆及螺母与钢球间的摩擦力偶作用下，所有钢球便在螺旋 管状通道内滚动，形成“球流” 在转向器工作时， 管状通道内滚动，形成“球流”。在转向器工作时，两列钢球只是在 各自的封闭流道内循环，不会脱出。钢球将滑动摩擦变为滚动摩擦→ 各自的封闭流道内循环，不会脱出。钢球将滑动摩擦变为滚动摩擦 提高传动效率。 提高传动效率。
tan α 0 η+ = tan(α 0 + ρ )
（7-1） ）
ρ
摩擦角
ρ = arctan f
α0
α0 ：螺杆的螺线导程角
f
摩擦系数
（二）转向器逆效率 汽车的转向轮在转弯后，有自动回正机构，当车轮回正时， 汽车的转向轮在转弯后，有自动回正机构，当车轮回正时，需 要把回正的信息通过车轮回正同时带动转向盘回正， 要把回正的信息通过车轮回正同时带动转向盘回正，告知驾驶员车 轮状态。于是，需要“转向器的逆效率” 轮状态。于是，需要“转向器的逆效率” 但如果逆效率过高 车轮受到的路面冲击， 逆效率过高， 但如果逆效率过高，车轮受到的路面冲击，大部分通过转向器传到 转向盘，导致驾驶员“打手” 驾驶员容易疲劳。 转向盘，导致驾驶员“打手”，驾驶员容易疲劳。 的大小（具体值，未见本书介绍， 刘惟信”书中有介绍） 按η- 的大小（具体值，未见本书介绍，在“刘惟信”书中有介绍） 可将转向器分为：可逆式转向器、极限可逆式转向器、 可将转向器分为：可逆式转向器、极限可逆式转向器、不可逆式转 向器 1：可逆式：（目前常用）η- =60～70% ：（目前常用 ：可逆式：（目前常用） ～ 2：不可逆式：η- ≦ 0 ：不可逆式： 3：极限可逆式 逆效率介于上述两者之间 ：极限可逆式. 忽略轴承和其他地方的摩擦损失， 忽略轴承和其他地方的摩擦损失，只计啮合副的摩擦损失