第七章-转向

侧面输入、一端输出的齿轮齿条式转向器，常用在平头微型货车上。
根据齿轮齿条式转向器和转向梯形相对前轴位置的不同，在汽车上 有四种布置形式：转向器位于前轴后方，后置梯形；转向器位于前轴后 方，前置梯形；转向器位于前轴前方，后置梯形；转向器位于前轴前方， 前置梯形，见图7-3。
图7-3 齿轮齿条式转向器的四种布置形式
转向器的角传动比:
i
w p
d / dt d p / dt
d d p
转向传动机构的角传动比:
i
p k
d p / dt dk / dt
d p d k
2.力传动比与转向系角传动比的关系
转向阻力Fw与转向阻力矩Mr的关系式：
FW
Mr a
（7-3）
作用在转向盘上的手力Fh与作用在转向盘上的力矩Mh的关系式：
路面作用在车轮上的力，经过转向系可大部分传递到转向盘，这种逆效率较 高的转向器属于可逆式。它能保证转向轮和转向盘自动回正，既可以减轻驾驶 员的疲劳，又可以提高行驶安全性。但是，在不平路面上行驶时，传至转向盘 上的车轮冲击力，易使驾驶员疲劳，影响安全行驾驶。
属于可逆式的转向器有齿轮齿条式和循环球式转向器。
转向操纵的轻便性通常用什么指标来表示？
－－转向时驾驶员作用在转向盘上的切向力大小和转向盘
转动圈数
乘用车
货车
机械转向
50~100N
250N
动力转向
20~50N
120N
乘用车转向盘从中间位置转到第一端的圈数不得超过2.0
圈，货车则要求不超过3.0圈。
第二节 机械式转向器方案分析
齿轮齿条式转向器
根据机械 式转向器 结构特点
液压式动力转向已在汽车上广泛应用。近年来，电控动 力转向已得到较快发展。
概述
转向系功用： 改变或恢复汽车行驶 方向的专设机构。 组成： 转向操纵机构 转向器 转向传动机构
• 转向系的组成
（1）转向操向盘的转动变为 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。转向器一般固定在汽车车架或车身上，转向操 纵力通过转向器后一般还会改变传动方向。 （3）转向传动机构将转向器输出的力和运动传给车轮(转向节)， 并使左右车轮按一定关系进行偏转的机构。
循环球式转向器 蜗杆滚轮式转向器(淘汰)
蜗杆指销式转向器等 (濒临淘汰)
一、机械式转向器方案分析 1.齿轮齿条式
齿轮齿条式转向器的主要优点是：结构简单、紧凑、体积小、质量轻； 传动效率高达90%；可自动消除齿间间隙；没有转向摇臂和直拉杆，转 向轮转角可以增大；制造成本低。
齿轮齿条式转向器的主要缺点是：逆效率高（60%~70%）。因此，汽 车在不平路面上行驶时，发生在转向轮与路面之间的冲击力，大部分能 传至转向盘。
分类：机械转向系 （与非独立悬架配装）
转向摇臂 转向直拉杆
转向器
转向轴
转向万向节
转向盘
转向节臂
转向节 梯形臂
横拉杆
转向梯形
机械转向系（与独立悬架配装）
l.转向盘 2.安全转向轴 3.转向节 4.转向轮 5.转向节臂 6.转向横拉杆 7.转向减振器 8.机械转向器
❖转向操纵机构：转向盘、安全转向柱、转角限制器 ❖转向器：齿轮齿条式 ❖转向传动机构：左右横拉杆、转向减振器
中间输入，两端输出
侧面输入，两端输出
侧面输入，中间输出
侧面输入，一端输出
图7-2 齿轮齿条式转向器的四种形式
采用侧面输入、中间输出方案时，由于拉杆长度增加，车轮上、下 跳动时位杆摆角减小，有利于减少车轮上、下跳动时转向系与悬架系 的运动干涉。
而采用两侧输出方案时，容易与悬架系统导向机构产生运动干涉。
螺母侧面有两对通孔，可将钢球从此孔塞入螺旋形通道内。 转向螺母外有两根钢球导管，每根导管的两端分别插入螺母 侧面的一对通孔中。导管内也装满了钢球。这样，两根导管 和螺母内的螺旋管状通道组合成两条各自独立的封闭的钢球 “流道”。
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， 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，两列钢球只是在各自的封闭流道内循环，不会脱出。
不可逆式和极限可逆式转向器
不可逆式转向器，是指车轮受到的冲击力不能传到转向盘的转向 器。该冲击力转向传动机构的零件承受，因而这些零件容易损坏。同 时，它既不能保证车轮自动回正，驾驶员又缺乏路面感觉，因此，现 代汽车不采用这种转向器。
极限可逆式转向器介于可逆式与不可逆式转向器两者之间。在车 轮受到冲击力作用时，此力只有较小一部分传至转向盘。
齿轮齿条式转向器广泛应用于微型、普通级、中级和中高级乘用车上。 装载量不大、前轮采用独立悬架的货车和客车也用齿轮齿条式转向器。
2.循环球式
循环球式转向器由螺杆和 螺母共同形成的螺旋槽内装 有钢球构成的传动副，以及 螺母上齿条与摇臂轴上齿扇 构成的传动副组成，如图7-4 所示。
循环球式转向器主要用于 货车和客车上。
样，为了克服地面作用于转向轮上的转向阻力矩，驾驶员
需要加于转向盘上的转向力矩，比用机械转向系统时所需
的转向力矩小得多。
•3、电动式动力转向系 由电控单元（ECU）、电源、电机、转向齿
轮机构和转向传感器组成。 工作原理 当汽车转向时，电控单元根据传感
器检测的转向力矩及转向速度等参数，计算出最佳 作用力后，使电机工作，推动转向，减轻驾驶员的 劳动强度。
轮产生的摆动最小。 5）转向灵敏，最小转弯直径小。 6）操纵轻便。 7）转向轮传给转向盘的反冲力要尽可能小。 8）转向器和转向传动机构中应有间隙调整机构。 9）转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。 10）转向盘转动方向与汽车行驶方向的改变相一致。
转向轮的自动回正能力决定于？
－－转向轮的定位参数和转向器逆效率的大小。
正效率高，转向轻便；转向器应具有一定逆效率，以保证转向轮和 转向盘的自动返回能力。但为了减小传至转向盘上的路面冲击力，防止 打手，又要求此逆效率尽可能低。
1.转向器的正效率η+
影响转向器正效率的因素有转向器的类型、结构特点、 结构参数和制造质量等。
（1）转向器类型、结构特点与效率 齿轮齿条式、循环球式转向器的正效率比较高。 同一类型转向器，因结构不同效率也不一样。 转向摇臂轴的轴承采用滚针轴承比采用滑动轴承可使 正或逆效率提高约10%。
第七章
转向系设计
❖ 机械转向系 ❖ 助力转向系 ❖ 四轮转向系统
第七章 转向系设计
第一节 概述 第二节 机械式转向器方案分析 第三节 转向系主要性能参数 第四节 机械式转向器设计与计算 第五节 动力转向机构 第六节 转向传动机构（转向梯形） 第七节 转向减振器 第八节 转向系结构元件
学习重点：转向器结构方案分析
如果忽略轴承和其它地方的磨擦损失，只考虑啮合副的磨擦损失，
则逆效率可用下式计算
tan(a0 tan a0
)
（7-2）
式（7-1）和式（7-2）表明：增加导程角a0，正、逆效率均增大。
受η-增大的影响，a0不宜取得过大。当导程角小于或等于磨擦角时，
逆效率为负值或者为零，此时表明该转向器是不可逆式转向器。为此，
当a和Dsw不变时，力传动比i
p
越大，虽然转向越轻，但i
也越大，
0
表明转向不灵敏。
转向盘
转向系的角传动比
转向器
转向摇臂
转向节
转向器角传动比iω1
转向传动 机构角传
动比iω2
转向系角传动比iω iω= iω1*iω2
转向系角传动比越大，转向越省力，但转向灵敏度降低。 iω1较大，货车为16-32，乘用车为12-20；一iω2较小，一般为1。
轮轴 12.向心球轴承 13.滚针轴承
1.万向节叉 2.转向齿轮轴 3.调整螺母 4.向心球轴 承 5.滚针轴承 6.固定螺栓 7.转向横拉杆 8.转向 器壳体 9.防尘套 10.转向齿条 11.调整螺塞 12.
锁紧螺母 13.压紧弹簧 14.压块
循环球式转向器
第一级螺杆螺 母传动副
第二级齿条齿 扇传动副
一.机械转向系统
l.转向盘 2.安全转向轴 3.转向节 4.转向轮 5.转向节臂 6.转向横拉杆 7.转向减振器 8.机械转向器
二.转向操纵机构
三.机械转向器
齿轮－齿条式转向器
1.转向横拉杆 2.防尘套 3.球头座 4.转向 齿条 5.转向器壳体 6.调整螺塞 7.压紧弹簧 8.锁紧螺母 9.压块 10.万向节 11.转向齿
机械转向系的工作过程
动力转向系的工作过程
机械式转向系 液压式转向系 电动式动力转向系
• 1、机械式转向系 由转向操纵机构、转向器、转向传动机构三
部分组成。汽车转向时，驾驶员作用于转向盘上 的力，经过转向轴传到转向器，转向器将转向力 放大后，又通过转向传动机构的传递，推动转向 轮偏转，致使汽车行驶方向改变。机械式转向系 是由机械零部件构成。完全由驾驶员所付的操纵 力来实现，操纵较费力。
图7-4 循环球式转向器
二、防伤安全机构方案分析计算
要求 1. 48km/h正面碰撞时，转向管柱和转向器后移不大 于127mm 2. 台架试验中，模型以6.7m/s碰撞转向盘，轴向力不 大于11123N
吸能方式
吸能元件
塑性 弹性 摩擦 盘 轴 管柱
万向节连接转向轴
两段式防伤转向轴
第三节 转向系主要性能参数
导程角必须大于磨擦角。
二、传动比的变化特性
1.转向系传动比
转向系的传动比包括转向系的角传动比i
和转向系的力传动比
0
i
p。
转向系的力传动比: ip 2FW / Fh
转向系的角传动比:
i 0
w k