汽車構(gòu)造9轉(zhuǎn)向

第二十三章轉(zhuǎn)向系有了傳動系傳輸動力驅(qū)動車輪和行駛系支承全車零部件，汽車就可以前進和后退了。但是汽車如果需要轉(zhuǎn)彎那么還必須依靠轉(zhuǎn)向系。轉(zhuǎn)向系概述轉(zhuǎn)向原理轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)轉(zhuǎn)向加力裝置四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)11

轉(zhuǎn)向系概述（一）汽車行駛時要經(jīng)常改變行駛方向，汽車上用來改變或恢復其行駛方向的機構(gòu)稱為汽車的轉(zhuǎn)向系。使車輛轉(zhuǎn)向的力從何而來？21

轉(zhuǎn)向系概述（二）31

轉(zhuǎn)向系概述（三）汽車轉(zhuǎn)向系最初為操縱桿（把）式，沒有轉(zhuǎn)向器；隨著汽車重量的增加，轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向盤出現(xiàn)；后來動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)又出現(xiàn)了；今后的發(fā)展方向是電子控制的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。41.1轉(zhuǎn)向系的基本組成轉(zhuǎn)向系主要由三部分組成：轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)機械/動力轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)其中轉(zhuǎn)向器（轉(zhuǎn)向機）是將操縱機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲃訖C構(gòu)的直線運動的機構(gòu)，是轉(zhuǎn)向系的核心部件。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般可分為1）機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)2）動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)51.2轉(zhuǎn)向系的分類（一）

（1）機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)：以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中所有傳力件都是機械的。61.2轉(zhuǎn)向系的分類（二）動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加設一套轉(zhuǎn)向加力裝置而形成的。（2）動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兼用駕駛員體力和發(fā)動機的動力作為轉(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)71.3對轉(zhuǎn)向系的要求要求工作可靠，操縱輕便。轉(zhuǎn)向機構(gòu)還應能減小地面?zhèn)鞯睫D(zhuǎn)向盤上的沖擊，并保持適當?shù)摹奥犯小?。當汽車發(fā)生碰撞時，轉(zhuǎn)向裝置應能減輕或避免對駕駛員的傷害。如何使車輛轉(zhuǎn)向輕便？81.4汽車轉(zhuǎn)向原理（一）汽車轉(zhuǎn)向時，要順利轉(zhuǎn)向應使各車輪沒有滑動現(xiàn)象，須有一個瞬時中心，汽車以此中心做圓心來回轉(zhuǎn)運動。因輪距影響，前兩輪轉(zhuǎn)彎半徑不同，所以轉(zhuǎn)角也不同，內(nèi)側(cè)輪永遠大于外側(cè)輪。

1817年，德國人林肯·斯潘杰（LenSperger）提出類似于現(xiàn)代汽車將前輪用轉(zhuǎn)向節(jié)與前梁連接的方式,從而發(fā)明了現(xiàn)代轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)。但是…91.4汽車轉(zhuǎn)向原理（二）第二年，斯潘杰將獲得的英國專利權(quán)轉(zhuǎn)讓給英籍德國出版商魯?shù)婪颉ぐ⒖寺≧udolphAckerman）。隨后阿克曼向英國專利局申請了“平行連桿式轉(zhuǎn)向機構(gòu)”專利。此后阿克曼公式或阿克曼定理成為汽車內(nèi)外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角關(guān)系式的代名詞。cotα

=cotβ+B/L

101.5汽車轉(zhuǎn)向原理（三）三軸汽車前后軸轉(zhuǎn)向分析111.5汽車轉(zhuǎn)向原理（四）前兩軸轉(zhuǎn)向汽車分析公式計算的精確性？121.6轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動比1．轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動比

轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量與同側(cè)轉(zhuǎn)向輪（轉(zhuǎn)向節(jié)）相應轉(zhuǎn)角增量之比為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動比iω。

2．轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力傳動比

兩個轉(zhuǎn)向輪受到的轉(zhuǎn)向阻力與駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力之比稱為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力傳動比ip。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力傳動比與角傳動比成正比關(guān)系。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)力傳動比大好還是小好？132轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)轉(zhuǎn)向盤在空轉(zhuǎn)階段的角行程稱為轉(zhuǎn)向盤的自由行程。轉(zhuǎn)向盤的自由行程有利于緩和路面沖擊，避免駕駛員過度緊張，但不宜過大，否則將使轉(zhuǎn)向靈敏性能下降。轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)由轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向柱管等組成，它的作用是將駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的操縱力傳給轉(zhuǎn)向器。142.1轉(zhuǎn)向盤（一）轉(zhuǎn)向盤結(jié)構(gòu)152.1轉(zhuǎn)向盤（二）轉(zhuǎn)向盤上有喇叭開關(guān)和安全氣囊等電器，在轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動時必須時刻與車身線路相連。由于集電環(huán)是機械接觸，長時間使用觸點會因磨損影響導電性，導致緊急時刻喇叭不鳴甚至氣囊不工作。因此，現(xiàn)代汽車開始使用電纜盤代替集電環(huán)。早期汽車使用集電環(huán)裝置。162.2轉(zhuǎn)向軸（一）為防止撞車時轉(zhuǎn)向盤對駕駛員的傷害，有些轉(zhuǎn)向軸包含有吸能裝置。轉(zhuǎn)向軸是將駕駛員作用于轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向操縱力矩傳給轉(zhuǎn)向器的傳力軸，它的上部與轉(zhuǎn)向盤固定連接，下部裝有轉(zhuǎn)向器。172.2轉(zhuǎn)向軸（二）吸能式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向軸鋼球滾壓式182.2轉(zhuǎn)向軸（三）193轉(zhuǎn)向器一般設計要求轎車的轉(zhuǎn)向盤操縱力為100～200N。也就是說施加到轉(zhuǎn)向盤上的扭距僅為20～40NM。然而普通轎車車輪上的原地轉(zhuǎn)向阻力距為400～800NM。顯然實現(xiàn)轉(zhuǎn)向操作，必須設計減速增扭機構(gòu)－－轉(zhuǎn)向器。汽車轉(zhuǎn)向器的主要參數(shù)包括傳動比和傳動效率。汽車轉(zhuǎn)向器功能是：將駕駛員施加到轉(zhuǎn)向盤上的力傳遞到轉(zhuǎn)向節(jié)上，降低運動速度，增大轉(zhuǎn)向力矩并改變轉(zhuǎn)向力矩的傳動方向。203.1轉(zhuǎn)向器概述（1）轉(zhuǎn)向器傳動比：線位移輸出的轉(zhuǎn)向器（齒輪齒條式）的傳動比，用轉(zhuǎn)向盤每轉(zhuǎn)一圈時轉(zhuǎn)向器輸出軸的線位移的大小來表示；角位移輸出的轉(zhuǎn)向器（循環(huán)球齒扇式）的傳動比，用轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量與轉(zhuǎn)向搖臂軸轉(zhuǎn)角增量之比來表示。有的汽車轉(zhuǎn)向器在轉(zhuǎn)向過程的不同階段，其傳動比的大小是可變的，目的是實現(xiàn)所需要的中位感覺和高速穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)向器的傳動比越大，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤所需要的操縱力就越小，但轉(zhuǎn)向操縱的靈敏度就會下降。21（2）轉(zhuǎn)向器效率（一）通常稱轉(zhuǎn)向操縱力由轉(zhuǎn)向盤傳到轉(zhuǎn)向搖臂(或齒條軸)的過程為正向傳動，相應的傳動效率稱為正傳動效率；稱由路面的沖擊力反向通過轉(zhuǎn)向搖臂(或齒條軸)和轉(zhuǎn)向器傳到轉(zhuǎn)向盤的過程稱為逆向傳動，相應的傳動效率稱為逆?zhèn)鲃有?。根?jù)轉(zhuǎn)向器正向和逆向傳力的特性不同，轉(zhuǎn)向器可分為可逆式轉(zhuǎn)向器、不可逆式轉(zhuǎn)向器和半可逆式轉(zhuǎn)向器。（1）可逆式轉(zhuǎn)向器正傳動效率高，逆?zhèn)鲃有室哺?；?）不可逆轉(zhuǎn)向器正傳動效率高，逆?zhèn)鲃有蕿榱?；?）半可逆式轉(zhuǎn)向器正傳動效率高，逆?zhèn)鲃有瘦^低。轉(zhuǎn)向器應當具有什么樣的效率？22（2）轉(zhuǎn)向器效率（二）為了實現(xiàn)這一目的，良好轉(zhuǎn)向器應具有較高的正傳動效率和適當?shù)哪鎮(zhèn)鲃有?。所有的轉(zhuǎn)向器都要求正傳動效率要高，這樣轉(zhuǎn)向力通過轉(zhuǎn)向器時損失少，轉(zhuǎn)向操縱便靈活。好的轉(zhuǎn)向器還應有適當?shù)哪鎮(zhèn)鲃有?，使駕駛員通過操縱轉(zhuǎn)向盤既能對道路情況有明顯的“路感”，但又能防止由于路面反力對轉(zhuǎn)向盤產(chǎn)生過大的沖擊而發(fā)生所謂的“回彈打手”現(xiàn)象。23（3）轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)類型根據(jù)轉(zhuǎn)向器輸出端的運動形式的不同，轉(zhuǎn)向器還可分為：線位移轉(zhuǎn)向器和角位移轉(zhuǎn)向器。歷史上曾出現(xiàn)過許多種形式的轉(zhuǎn)向器，目前較常用的有齒輪齒條式、蝸桿曲柄指銷式、循環(huán)球－齒條齒扇式、循環(huán)球曲柄指銷式、蝸桿滾輪式等。其中第二、第四種分別是第一、第三種的變形形式，而蝸桿滾輪式則更少見。目前最常用，最有代表性的三種轉(zhuǎn)向器類型是：齒輪齒條式循環(huán)球－齒條齒扇式蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器243.2齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器多用于前輪為獨立懸架的輕型及微型轎車和貨車上。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器一般有一級齒條齒輪傳動副?？煞謨啥溯敵鍪胶蛦味耍ɑ蛑虚g）輸出式兩種。25（1）兩端輸出式齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器1.轉(zhuǎn)向橫拉桿2.防塵套3.球頭座4.轉(zhuǎn)向齒條5.轉(zhuǎn)向器殼體6.調(diào)整螺塞7.壓緊彈簧8.鎖緊螺母9.壓塊10.萬向節(jié)11.轉(zhuǎn)向齒輪軸12.向心球軸承13.滾針軸承26（2）單端（或中間）輸出式（一）1.萬向節(jié)叉2.轉(zhuǎn)向齒輪軸3.調(diào)整螺母4.向心球軸承5.滾針軸承6.固定螺栓7.轉(zhuǎn)向橫拉桿8.轉(zhuǎn)向器殼體9.防塵套10.轉(zhuǎn)向齒條11.調(diào)整螺塞12.鎖緊螺母13.壓緊彈簧14.壓塊27（2）中間（或單端）輸出式（二）283.3循環(huán)球－齒條齒扇式轉(zhuǎn)向器（一）循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器是目前國內(nèi)外應用最廣泛的結(jié)構(gòu)型式之一，一般有兩級傳動副，第一級是螺桿螺母傳動副，第二級是齒條齒扇傳動副。293.3循環(huán)球－齒條齒扇式轉(zhuǎn)向器（二）為了減少轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)向螺母之間的摩擦，二者的螺紋并不直接接觸，其間裝有多個鋼球，以實現(xiàn)滾動摩擦。303.4蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器的傳動副以轉(zhuǎn)向蝸桿為主動件，裝在搖臂軸曲柄端部的指銷為從動件。轉(zhuǎn)向蝸桿轉(zhuǎn)動時，與之嚙合的指銷繞搖臂軸軸線沿圓弧運動，并帶動搖臂軸轉(zhuǎn)動。314轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的功用是：將轉(zhuǎn)向器輸出的力和運動傳到轉(zhuǎn)向橋兩側(cè)的轉(zhuǎn)向節(jié)，使兩側(cè)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，且使兩轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角按一定關(guān)系變化，以保證汽車轉(zhuǎn)向時車輪與地面的相對滑動盡可能小。根據(jù)配用懸架形式的不同，可分為：1.與非獨立懸架配用的轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)2.與獨立懸架配用的轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)324.1非獨立懸架配用（一）非獨立懸架配用的轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)主要包括：轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向直拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂和轉(zhuǎn)向梯形臂和轉(zhuǎn)向橫拉桿。334.1非獨立懸架配用（一）非獨立懸架配用的轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)主要包括：轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向直拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂和轉(zhuǎn)向梯形臂和轉(zhuǎn)向橫拉桿。344.1非獨立懸架配用（一）非獨立懸架配用的轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)主要包括：轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向直拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂和轉(zhuǎn)向梯形臂和轉(zhuǎn)向橫拉桿。354.2獨立懸架配用（一）1.轉(zhuǎn)向搖臂2.轉(zhuǎn)向直拉桿3.左轉(zhuǎn)向橫拉桿4.右轉(zhuǎn)向橫拉桿5.左梯形臂6.右梯形臂7.搖桿8.懸架左擺臂9.懸架右擺臂使用獨立懸架時，每個轉(zhuǎn)向輪都需要相對于車架作獨立運動，故轉(zhuǎn)向橋是斷開式的。與此相應，轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)中的轉(zhuǎn)向梯形也必須是斷開式的。364.2獨立懸架配用（二）1.轉(zhuǎn)向搖臂2.中轉(zhuǎn)向橫拉桿3.左轉(zhuǎn)向橫拉桿4.右轉(zhuǎn)向橫拉桿5.左梯形臂6.右梯形臂7.搖桿8.懸架左擺臂9.懸架右擺臂使用獨立懸架時，每個轉(zhuǎn)向輪都需要相對于車架作獨立運動，故轉(zhuǎn)向橋是斷開式的。與此相應，轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)中的轉(zhuǎn)向梯形也必須是斷開式的。374.2獨立懸架配用（三）384.2獨立懸架配用（四）394.3傳動機構(gòu)零部件（一）1.帶錐度的三角形齒形花鍵2.轉(zhuǎn)向搖臂3.球頭銷4.搖臂軸（1）轉(zhuǎn)向搖臂404.3傳動機構(gòu)零部件（二）（2）轉(zhuǎn)向拉桿1.螺母2.球頭銷3.橡膠防塵墊4.螺塞5.球頭座6.壓縮彈簧7.彈簧座8.油嘴9.直拉桿體10.轉(zhuǎn)向搖臂球頭銷414.3傳動機構(gòu)零部件（三）隨著車速的提高，現(xiàn)代汽車的轉(zhuǎn)向輪有時會產(chǎn)生擺振，這不僅影響汽車的穩(wěn)定性，而且還影響汽車的舒適性、加劇前輪輪胎的磨損。在轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)中設置轉(zhuǎn)向減振器是克服轉(zhuǎn)向輪擺振的有效措施。（3）轉(zhuǎn)向減振器1.連接環(huán)襯套2.連接環(huán)橡膠套3.油缸4.壓縮閥總成5.活塞及活塞桿總成6.導向座7.油封8.擋圈9.軸套及連接環(huán)總成10.橡膠儲液缸425轉(zhuǎn)向加力裝置動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是利用轉(zhuǎn)向加力裝置協(xié)助司機輕便操作轉(zhuǎn)向盤。由于中、重型貨車的前橋載荷重，一般需要使用的動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)。隨著轎車發(fā)動機馬力的增大和扁平輪胎的普遍使用，使車重和轉(zhuǎn)向阻力都加大了，因此動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)在轎車上的使用也越來越普及。汽車設計的法規(guī)一般要求汽車在其動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)失效后仍能靠駕駛員人力操縱轉(zhuǎn)向。故一般的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成包括：機械式轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向加力裝置和加力控制裝置。435.1動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的按動力來源分類大體可分為液壓式和電動式。液壓式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類按轉(zhuǎn)向加力裝置的工作原理分有常壓式和常流式兩種。電動式動力轉(zhuǎn)向裝置是最新形式的轉(zhuǎn)向裝置，它是利用蓄電池驅(qū)動電機產(chǎn)生轉(zhuǎn)向加力。具有對發(fā)動機影響小、無泄漏、便于安裝等優(yōu)點。目前，電動式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供的動力比液壓式小，僅用于前輪軸荷較輕的轎車上。44（1）常壓式液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常壓式液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作管路中始終保持高壓。45（2）常流式液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常流式液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的油液在不轉(zhuǎn)向時是循環(huán)流動的，只是在轉(zhuǎn)向時工作管路中才產(chǎn)生高壓。46（3）常壓式與常流式的對比