汽车动力转向系统

第 1 页 共 36 页 1．绪论 1.1转向系统概述 汽车转向系统是指汽车上用来改变或恢复其行驶方向的专设机构称为汽车转向系统。汽车的转向系统是用来改变汽车行驶方向和保持汽车直线行驶的机构。

1.1.1基本组成 转向操纵机构 主要由转向盘、转向轴、转向管柱等组成。它的作用是将驾驶员转动转向盘的操纵力传给转向器。 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。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。 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。

1.1.2类型 按转向能源的不同，转向系统可分为机械转向系统和动力转向系统两大类。 机械转向系统：由转向器和转向传动机构组成。转向传动机构是由转向臂(转向垂臂)，直拉杆，直拉杆臂，左右梯形臂，横拉杆，若干球头关节组成。 动力转向系统：由机械转向系加转向加力装置构成。

图1.1机械转向系示意图 机械转向系统以驾驶员的体力作为转向能源，其中所有传力件都是机械的。机械转向系统由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。 汽车转向时，驾驶员转动转向盘，通过转向轴、万向节和转向传动轴，将转向力矩第 2 页 共 36 页

输入转向器。从转向盘到转向传动轴这一系列部件即属于转向操纵机构。转向器中有1～2级啮合传动副，具有减速增力作用。经转向器减速后的运动和增大后的力矩传到转向摇臂，再通过转向直拉杆传给固定于左转向节上的转向节臂，使左转向节及装于其上的左转向轮绕主销偏转。左、右梯形臂的一端分别固定在左、右转向节上，另一端则与转向横拉杆作球铰链连接。当左转向节偏转时，经梯形臂1、横拉杆和梯形臂2的传递，右转向节及装于其上的右转向轮随之绕主销同向偏转相应的角度。转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂、梯形臂和转向横拉杆总称为转向传动机构。梯形臂以及转向横拉杆和前轴构成转向梯形，其作用是在汽车转向时，使内、外转向轮按一定的规律进行偏转。 （1）转向操纵机构 转向操纵机构由方向盘、转向轴、转向管柱等组成，它的作用是将驾驶员转动转向盘的操纵力传给转向器。 （2） 转向器 转向器(也常称为转向机)是完成由旋转运动到直线运动(或近似直线运动)的一组齿轮机构，同时也是转向系中的减速传动装置。 目前较常用的有齿轮齿条式、循环球曲柄指销式、蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、蜗杆滚轮式等。 （3）转向传动机构 转向传动机构的功用是将转向器输出的力和运动传到转向桥两侧的转向节，使两侧转向轮偏转，且使二转向轮偏转角按一定关系变化，以保证汽车转向时车轮与地面的相对滑动尽可能小。主要由转向直拉杆、转向节臂、向横拉杆、左右梯形臂等机件构成。前轴的两端和转向节由主销铰接在一起，转向节上连有左右梯形臂，两臂铰接在转向横拉杆上。 1）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主要包括转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂和转向梯形。在前桥仅为转向桥的情况下，由转向横拉杆和左、右梯形臂组成的转向梯形一般布置在前桥之后，当转向轮处于与汽车直线行驶相应的中立位置时，梯形臂与横拉杆在与道路平行的平面(水平面)内的交角＞90。 在发动机位置较低或转向桥兼充驱动桥的情况下，为避免运动干涉，往往将转向梯形布置在前桥之前，此时上述交角＜90。若转向摇臂不是在汽车纵向平面内前后摆动，而是在与道路平行的平面向左右摇动，则可将转向直拉杆横置，并借球头销直接带动转向横拉杆，从而推使两侧梯形臂转动。 2）与独立悬架配用的转向传动机构 当转向轮独立悬挂时，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。 3）转向直拉杆 第 3 页 共 36 页

转向直拉杆的作用是将转向摇臂传来的力和运动传给转向梯形臂(或转向节臂)。它所受的力既有拉力、也有压力，因此直拉杆都是采用优质特种钢材制造的，以保证工作可靠。在转向轮偏转或因悬架弹性变形而相对于车架跳动时，转向直拉杆与转向摇臂及转向节臂的相对运动都是空间运动，为了不发生运动干涉，上述三者间的连接都采用球销。

图1.2 转向直拉杆 1.螺母 2.球头销 3.橡胶防尘垫 4.螺塞 5.球头座 6.压缩弹簧 7.弹簧座 8.油嘴 9.直拉杆体 10.转向摇臂球头销 4）转向减振器 随着车速的提高，现代汽车的转向轮有时会产生摆振（转向轮绕主销轴线往复摆动，甚至引起整车车身的振动），这不仅影响汽车的稳定性，而且还影响汽车的舒适性、加剧前轮轮胎的磨损。在转向传动机构中设置转向减振器是克服转向轮摆振的有效措施。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。

1.连接环衬套 2.连接环橡胶套 3.油缸4.压缩阀总成 5.活塞及活塞杆总成 6.导向座 7.油封 8.挡圈 9.轴套及连接环总成 10.橡胶储液缸 图1.3转向减振器 第 4 页 共 36 页

1.1.3动力转向器 动力转向系是兼用驾驶员体力和发动机动力作为转向动力源的转向系。动力转向系是在机械转向系的基础上加设一套转向加力器而构成的。下图为一种液压式动力转向系示意图。其中，转向油罐、转向油泵、转向控制阀和转向动力缸为构成转向加力器的各部件。

图1.4动力转向系统示意图 采用动力转向系的汽车，在正常情况下转向时，驾驶员操纵机械转向系一方面提供转向所需的一小部分能量，另一方面则同时带动转向加力器工作，由发动机通过转向加力器提供转向所需的大部分能量。在转向加力器失效时，一般还能由驾驶员独立承担汽车转向任务。

1.2动力转向在汽车上的应用 1.2.1动力转向系统的使用操作 1.严禁机车在发动机熄火后滑行；道路不平直时不要高速行驶；机车转弯时要先降低车速（但发动机的转速不得低于800r／min），必要时要事先换入低速挡以提高发动机的转速。另外，当发动机由于某些原因而难以启动时，不要随意采用牵引方式启动。如在不得以情况下必须采用牵引启动时，应在平直的道路上进行，挂上低速挡并踏下离合器踏板。当机车需要转向时，应松开离合器踏板，使动力转向系产生作用，以保证机车能转向。 第 5 页 共 36 页

2.机车在行驶过程中，驾驶员应随时注意转向助力作用的变化，以防发生意外事故。因为具有动力转向系的车辆在行驶中，如因动力转向系的技术状况不良，发动机转速过低或驱动皮带打滑而使转向油泵转速不够，都会使油液的流量压力降低，转向助力作用大为减弱，这时机车如需要急转弯，则可能会因转向失灵而引发行车事故。特别是机车在快速行驶时转弯，如动力转向系统因液压油管破裂、转向油泵损坏或驱动皮带折断而突然不起助力作用，机车势必会因无法转向而发生车祸，造成不必要的损失。 3.机车在急转弯时，当把方向盘转至极限位置后要稍微放松。这是为了使分配阀的滑阀能回至中立位置，以便降低液压系统的油压。否则，液压系统内存在最大油压的时间过长，会导致发动机功率消耗过多，转向油泵机件磨损增大，并使橡胶油管破裂，油缸密封圈及液压泵主动齿轮轴上的油封损坏。而稍微放松方向盘使滑阀回至中立位置后，虽因转向主销内倾的作用，会使转向轮有自动回正的趋势，但只要转向轮稍微回正一点，通过转向传动机构就能使油缸套筒连滑阀体向一端作轴向移动，分配阀使油缸一侧的油压增大，其产生的助力作用又使转向轮转至最大转角位置，从而保证机车仍以最小转向半径进行转向。

1.2.2动力转向系统的维护保养 机车在使用过程中，应对动力转向系进行如下的正确维护保养： 1.检查液压件及油管各接合部位有无漏油现象，如有漏油必须要进行及时修复或更换新件。 2.检查转向油泵、分配阀、油缸的固定连接情况，以免机车在行驶中出现松动而危及行车安全。 3.检查贮油罐油面高度，油量不足时应添加，所用油料应符合规定，不得随意代用。加油时，油液应经过滤清。如果缺油过多，还应进行排气。在排气时，应顶起前桥，启动发动机，并保持转速在1000r／min以下，左右转动方向盘至极限位置（在此位置不能停留过久），如此反复10余次，直至罐内油面平静而无气泡为止。在进行上述操作时，应不断往贮油罐内补充油液，以免空气进入液压系统。 4.定期检查液压系统内油液的质量，如油质不符合要求时，应予更换。更换油液时不但要放尽原用油液，还应对液压系统进行彻底清洗。为此，应顶起前桥，松开油缸上的油管接头，打开分配阀或动力转向器底盘（整体式动力转向系统）上的放油螺塞，启动发动机，怠速运转15s，并同时左右转动方向盘至极限位置，以排尽油液，然后按要求加注新油，再启动发动机，怠速运转10～20s，并左右转动方向盘进行清洗（如贮油罐滤网脏污，应拆下清洗）。清洗后，按上述方法放尽清洗油，加注新油并排出空气。 5.按时润滑油缸的球头销和销座，如球头销、销座和滑套过脏，应进行清洗。 6.定期检查动力转向系统的油液流量和压力。此外，对于转向油泵由三角皮带驱动的动力转向系统，还应定期检查其皮带的张紧度是否符合规定要求，如不符合规定时，应予以调整。 第 6 页 共 36 页

1.2.3转向装置工作情况的检查 1.机车在良好的道路上用Ⅱ档（发动机转速保持在800～1000r／min）行驶，转动方向盘时机车转向应轻便灵活，施于方向盘上的力应不大于50～100N，否则，应查明原因后予以排除。 2.机车在正常行驶条件下转向时，转向轮应随方向盘转动的方向和速度进行偏转，如果出现不灵的现象，应查明原因予以排除。 3.机车行驶在平直的路面上，不转动方向盘时，转向轮应能保证车辆稳定直线行驶，无左右偏摆现象，否则应查明原因予以排除。 4.机车在宽阔的平坦场地上以I档（保持发动机转速在800～1000r／min范围内）行驶时，将方向盘向左打到底（打死后稍放松使分配阀的滑阀回至中立位置），待车辆行驶一圈后，测量车辆右前轮轮迹圆周直径，其半值即为车辆转向半径，应符合该车型的规定。如大于或小于规定值，说明转向轮转角过小或过大，应进行调整。 1.2.4停转方向盘后机车仍转弯 产生这一现象的主要原因是：由阀杆一侧的复位弹簧片折断造成的。当该侧弹簧片折断后，虽然停止转动方向盘，但阀杆和阀套不能复位，转向机继续配油，使转向不能停止。此时，应更换复位弹簧片。若无配件，可按下述方法进行制作：选取1根长度合适的旧钢锯条，在砂轮上磨掉锯齿，放入炉火中加温至紫红色，然后取出弯成弹簧片形状，自然冷却后即可。

1.3设计要求 1)汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转。 2)转向轮具有自动回正能力。 3)在行驶状态下，转向轮不得产生自振，转向盘没有摆动。 4)转向传动机构和悬架导向装置产生的运动不协调，应使车轮产生的摆动最小。 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。 正确设计转向梯形机构，可以保证汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转。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.合理确定转向轮的定位参数，正确选择转向器的形式，可以保证汽车具有良好的自动回正能力。 转向系中设置有转向减振器时，能够防止转向轮产生自振，同时又能使传到转向盘上的反冲力明显降低。为了使汽车具有良好的机动性能，必须使转向轮有尽可能大的转角，