汽車(chē)轉向系統各部分結構作用圖解
一.機械轉向系統 |
| l.轉向盤(pán) 2.安全轉向軸 3.轉向節 4.轉向輪 5.轉向節臂 6.轉向橫拉桿 7.轉向減振器 8.機械轉向器 |
上圖是一種機械式轉向系統。駕駛員對轉向盤(pán)1施加的轉向力矩通過(guò)轉向軸2輸入轉向器8。從轉向盤(pán)到轉向傳動(dòng)軸這一系列零件即屬于轉向操縱機構。作為減速傳動(dòng)裝置的轉向器中有1、2級減速傳動(dòng)副（右圖所示轉向系統中的轉向器為單級減速傳動(dòng)副）。經(jīng)轉向器放大后的力矩和減速后的運動(dòng)傳到轉向橫拉桿6，再傳給固定于轉向節3上的轉向節臂5，使轉向節和它所支承的轉向輪偏轉，從而改變了汽車(chē)的行駛方向。這里，轉向橫拉桿和轉向節臂屬于轉向傳動(dòng)機構。
二.轉向操縱機構
轉向操縱機構由方向盤(pán)、轉向軸、轉向管柱等組成，它的作用是將駕駛員轉動(dòng)轉向盤(pán)的操縱力傳給轉向器。
三.機械轉向器 齒輪齒條式轉向器 齒輪齒條式轉向器分兩端輸出式和中間（或單端）輸出式兩種。
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| 1.轉向橫拉桿 2.防塵套 3.球頭座 4.轉向齒條 5.轉向器殼體 6.調整螺塞 7.壓緊彈簧 8.鎖緊螺母 9.壓塊 10.萬(wàn)向節 11.轉向齒輪軸 12.向心球軸承 13.滾針軸承 |
兩端輸出的齒輪齒條式轉向器如圖d-zx-5所示，作為傳動(dòng)副主動(dòng)件的轉向齒輪軸11通過(guò)軸承12和13安裝在轉向器殼體5中，其上端通過(guò)花鍵與萬(wàn)向節*10和轉向軸連接。與轉向齒輪嚙合的轉向齒條4水平布置，兩端通過(guò)球頭座3與轉向橫拉桿1相連。彈簧7通過(guò)壓塊9將齒條壓*在齒輪上，保證無(wú)間隙嚙合。 彈簧的預緊力可用調整螺塞6調整。當轉動(dòng)轉向盤(pán)時(shí)，轉向器齒輪11轉動(dòng)，使與之嚙合的齒條4沿軸向移動(dòng)，從而使左右橫拉桿帶動(dòng)轉向節左右轉動(dòng)，使轉向車(chē)輪偏轉，從而實(shí)現汽車(chē)轉向。 中間輸出的齒輪齒條式轉向器如圖d-zx-6所示，其結構及工作原理與兩端輸出的齒輪齒條式轉向器基本相同，不同之處在于它在轉向齒條的中部用螺栓6與左右轉向橫拉桿7相連。在單端輸出的齒輪齒條式轉向器上，齒條的一端通過(guò)內外托架與轉向橫拉桿相連。（d-zx-6）
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| 1.萬(wàn)向節* 2.轉向齒輪軸 3.調整螺母 4.向心球軸承 5.滾針軸承 6.固定螺栓 7.轉向橫拉桿 8.轉向器殼體 9.防塵套 10.轉向齒條 11.調整螺塞 12.鎖緊螺母 13.壓緊彈簧 14.壓塊 |
循環(huán)球式轉向器 循環(huán)球式轉向器是目前國內外應用最廣泛的結構型式之一， 一般有兩級傳動(dòng)副，第一級是螺桿螺母傳動(dòng)副，第二級是齒條齒扇傳動(dòng)副。 為了減少轉向螺桿轉向螺母之間的摩擦，二者的螺紋并不直接接觸，其間裝有多個(gè)鋼球，以實(shí)現滾動(dòng)摩擦。轉向螺桿和螺母上都加工出斷面輪廓為兩段或三段不同心圓弧組成的近似半圓的螺旋槽。二者的螺旋槽能配合形成近似圓形斷面的螺旋管狀通道。 螺母側面有兩對通孔，可將鋼球從此孔塞入螺旋形通道內。轉向螺母外有兩根鋼球導管，每根導管的兩端分別插入螺母側面的一對通孔中。導管內也裝滿(mǎn)了鋼球。這樣，兩根導管和螺母內的螺旋管狀通道組合成兩條各自獨立的封閉的鋼球"流道"。 轉向螺桿轉動(dòng)時(shí)，通過(guò)鋼球將力傳給轉向螺母，螺母即沿軸向移動(dòng)。同時(shí)，在螺桿及螺母與鋼球間的摩擦力偶作用下，所有鋼球便在螺旋管狀通道內滾動(dòng)，形成"球流"。在轉向器工作時(shí)，兩列鋼球只是在各自的封閉流道內循環(huán)，不會(huì )脫出。
蝸桿曲柄指銷(xiāo)式轉向器 蝸桿曲柄指銷(xiāo)式轉向器的傳動(dòng)副(以轉向蝸桿為主動(dòng)件，其從動(dòng)件是裝在搖臂軸曲柄端部的指銷(xiāo)。轉向蝸桿轉動(dòng)時(shí)，與之嚙合的指銷(xiāo)即繞搖臂軸軸線(xiàn)沿圓弧運動(dòng)，并帶動(dòng)搖臂軸轉動(dòng)。
四.轉向傳動(dòng)機構 汽車(chē)轉向時(shí)，要使各車(chē)輪都只滾動(dòng)不滑動(dòng)，各車(chē)輪必須圍繞一個(gè)中心點(diǎn)O轉動(dòng)，如圖d-zx-07所示。顯然這個(gè)中心要落在后軸中心線(xiàn)的延長(cháng)線(xiàn)上，并且左、右前輪也必須以這個(gè)中心點(diǎn)O為圓心而轉動(dòng)。 為了滿(mǎn)足上述要求，左、右前輪的偏轉角應滿(mǎn)足如下關(guān)系：
與非獨立懸架配用的轉向傳動(dòng)機構主要包括轉向搖臂2、轉向直拉桿3轉向節臂4和轉向梯形。在前橋僅為轉向橋的情況下，由轉向橫拉桿6和左、右梯形臂5組成的轉向梯形一般布置在前橋之后，如圖d-zx-08a所示。當轉向輪處于與汽車(chē)直線(xiàn)行駛相應的中立位置時(shí)，梯形臂5與橫拉桿6在與道路平行的平面(水平面)內的交角＞90。 在發(fā)動(dòng)機位置較低或轉向橋兼充驅動(dòng)橋的情況下，為避免運動(dòng)干涉，往往將轉向梯形布置在前橋之前，此時(shí)上述交角＜90，如圖d-zx-08b所示。若轉向搖臂不是在汽車(chē)縱向平面內前后擺動(dòng)，而是在與道路平行的平面向左右搖動(dòng)，則可將轉向直拉桿3橫置，并借球頭銷(xiāo)直接帶動(dòng)轉向橫拉桿6，從而推使兩側梯形臂轉動(dòng)，
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1.轉向器 2.轉向搖臂 3.轉向直拉桿 4.轉向節臂 5.梯形臂 6.轉向橫拉桿 |
當轉向輪獨立懸掛時(shí)，每個(gè)轉向輪都需要相對于車(chē)架作獨立運動(dòng)，因而轉向橋必須是斷開(kāi)式的。與此相應，轉向傳動(dòng)機構中的轉向梯形也必須是斷開(kāi)式的。
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| 1.轉向搖臂 2.轉向直拉桿 3.左轉向橫拉桿 4.右轉向橫拉桿 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 10.齒輪齒條式轉向器 |
轉向直拉桿的作用是將轉向搖臂傳來(lái)的力和運動(dòng)傳給轉向梯形臂(或轉向節臂)。它所受的力既有拉力、也有壓力，因此直拉桿都是采用優(yōu)質(zhì)特種鋼材制造的，以保證工作可*。直拉桿的典型結構如圖十所示。在轉向輪偏轉或因懸架彈性變形而相對于車(chē)架跳動(dòng)時(shí)，轉向直拉桿與轉向搖臂及轉向節臂的相對運動(dòng)都是空間運動(dòng)，為了不發(fā)生運動(dòng)干涉，上述三者間的連接都采用球銷(xiāo)。
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| 1.螺母 2.球頭銷(xiāo) 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.轉向搖臂球頭銷(xiāo) |
隨著(zhù)車(chē)速的提高，現代汽車(chē)的轉向輪有時(shí)會(huì )產(chǎn)生擺振（轉向輪繞主銷(xiāo)軸線(xiàn)往復擺動(dòng)，甚至引起整車(chē)車(chē)身的振動(dòng)），這不僅影響汽車(chē)的穩定性，而且還影響汽車(chē)的舒適性、加劇前輪輪胎的磨損。在轉向傳動(dòng)機構中設置轉向減振器是克服轉向輪擺振的有效措施。轉向減振器的一端與車(chē)身（或前橋）鉸接，另一端與轉向直拉桿（或轉向器）鉸接。 |
| 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 |
五.液壓助力轉向系統 動(dòng)力轉向系統 兼用駕駛員體力和發(fā)動(dòng)機(或電機)的動(dòng)力為轉向能源的轉向系統，它是在機械轉向系統的基礎上加設一套轉向加力裝置而形成的。其中屬于轉向加力裝置的部件是： 轉向油泵5、轉向油管4、轉向油罐6以及位于整體式轉向器10內部的轉向控制閥及轉向動(dòng)力缸等。當駕駛員轉動(dòng)轉向盤(pán)1時(shí)，轉向搖臂9擺動(dòng)，通過(guò)轉向直拉桿11、橫拉桿8、轉向節臂7，使轉向輪偏轉，從而改變汽車(chē)的行駛方向。
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| 1.方向盤(pán) 2.轉向軸 3.轉向中間軸 4.轉向油管 5.轉向油泵 6.轉向油罐 7.轉向節臂 8.轉向橫拉桿 9.轉向搖臂 10.整體式轉向器 11.轉向直拉桿 12.轉向減振器 |
與此同時(shí)，轉向器輸入軸還帶動(dòng)轉向器內部的轉向控制閥轉動(dòng)，使轉向動(dòng)力缸產(chǎn)生液壓作用力，幫助駕駛員轉向操縱。這樣，為了克服地面作用于轉向輪上的轉向阻力矩，駕駛員需要加于轉向盤(pán)上的轉向力矩，比用機械轉向系統時(shí)所需的轉向力矩小得多。 當轉子順時(shí)針?lè )较蛐D時(shí)，葉片在離心力及高壓油的作用下緊貼在定子的內表面上。其工作容積開(kāi)始由小變大，從吸油口吸進(jìn)油液；而后工作容積由大變小，壓縮油液，經(jīng)壓油口向外供油。由于轉子每旋轉一周，每個(gè)工作腔都各自吸、壓油兩次，故將這種型式的葉片泵稱(chēng)為雙作用式葉片泵。雙作用葉片泵有兩個(gè)吸油區和兩個(gè)壓油區，并且各自的中心角是對稱(chēng)的，所以作用在轉子上的油壓作用力互相平衡。因此，這種油泵也稱(chēng)為卸荷式葉片泵。
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| 1.進(jìn)油口 2.葉片 3.定子 4.出油口 5.轉子 |
汽車(chē)直線(xiàn)行駛時(shí)，閥芯與閥套的位置關(guān)系如圖中所示。自泵來(lái)的液壓油經(jīng)閥芯與閥套間的間隙，流向動(dòng)力缸兩端，動(dòng)力缸兩端油壓相等。駕駛員轉動(dòng)方向盤(pán)時(shí)，閥芯與閥套的相對位置發(fā)生改變，使得大部分或全部來(lái)自泵的液壓油流入動(dòng)力缸某一端，而另一端與回油管路接通，動(dòng)力缸促進(jìn)汽車(chē)左傳或右轉。
轉向油泵是助力轉向系統的動(dòng)力源。轉向油泵經(jīng)轉向控制閥向轉向助力缸提供一定壓力和流量的工作油液。目前，轉向油泵大多采用雙作用式葉片泵。這種油泵有兩種結構型式，一種是潛沒(méi)式轉向油泵，另一種為非潛沒(méi)式轉向油泵。本圖所示為潛沒(méi)式油泵，它與貯液罐是一體的，即油泵潛沒(méi)在貯液罐的油液中；非潛沒(méi)式轉向油泵的貯液罐與轉向油泵分開(kāi)安裝，用油管與轉向油泵相連接。
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| l.驅動(dòng)軸 2.殼體 3.前配油盤(pán) 4. 葉片 5.儲油罐 6.定子 7.后配油盤(pán) 8.后蓋 9.彈簧 10.管接頭 11.柱塞 12.閥桿 13.鋼球 14.轉子 A.出油口 B.出油腔 C.進(jìn)油腔 D.油道 H.主量孔 |
六.車(chē)輪定位角 當汽車(chē)水平停放時(shí)，在汽車(chē)的縱向垂面內，主銷(xiāo)上部向后傾斜一個(gè)角度r,稱(chēng)為主銷(xiāo)后傾角。當主銷(xiāo)具有后傾角時(shí)，主銷(xiāo)軸線(xiàn)與路面交點(diǎn)A 將位于車(chē)輪與路面接觸點(diǎn)的前面。當汽車(chē)直線(xiàn)行駛時(shí)，若轉向輪偶然受到外力作用而稍有偏轉（例如向右偏轉，如圖中箭頭所示），能產(chǎn)生回正作用。
當汽車(chē)水平停放時(shí)，在汽車(chē)的橫向垂面內，主銷(xiāo)軸線(xiàn)與地面垂線(xiàn)的夾角為主銷(xiāo)內傾角。 主銷(xiāo)內傾角的作用是使車(chē)輪自動(dòng)回正。通常車(chē)輪軸線(xiàn)不在水平面，為了方便說(shuō)明這里假設直線(xiàn)行駛時(shí)車(chē)輪軸線(xiàn)在水平面上。對于車(chē)輪軸線(xiàn)不在水平面的情況，只要把下圖的水平面改為錐面。如下圖所示，考慮該水平面上和主銷(xiāo)有交點(diǎn)的直線(xiàn)，主銷(xiāo)與這些直線(xiàn)的夾角有一個(gè)最大值。而汽車(chē)直線(xiàn)行駛時(shí)，車(chē)輪軸線(xiàn)與主銷(xiāo)的交角恰為這個(gè)最大值。 車(chē)輪軸線(xiàn)與主銷(xiāo)夾角在轉向過(guò)程中是不變的，當車(chē)輪轉過(guò)一個(gè)角度，車(chē)輪軸線(xiàn)就離開(kāi)水平面往下傾斜，致使車(chē)身上抬，勢能增加。這樣汽車(chē)本身的重力就有使轉向輪回復到原來(lái)中間位置的效果。
如下圖所示，當汽車(chē)水平停放時(shí)，在汽車(chē)的橫向垂面內，車(chē)輪平面與地面垂線(xiàn)的夾角為前輪外傾角。如果空車(chē)時(shí)車(chē)輪的安裝正好垂直于路面，則滿(mǎn)載時(shí)車(chē)橋因承載變形而可能出現車(chē)輪內傾，這樣將加速車(chē)輪胎的磨損。另外，路面對車(chē)輪的垂直反力沿輪轂的軸向分力將使輪轂壓向外端的小軸承，加重了外端小軸承及輪轂緊固螺母的負荷，降低它們的壽命。因此，為了前輪有一個(gè)外傾角。但是外傾角也不宜過(guò)大，否則也會(huì )使輪胎產(chǎn)生偏磨損。
車(chē)輪有了外傾角后，在滾動(dòng)時(shí)就類(lèi)似于滾錐，從而導致兩側車(chē)輪向外滾開(kāi)。由于轉向橫拉桿和車(chē)橋的約束車(chē)輪不致向外滾開(kāi)，車(chē)輪將在地面上出現邊滾邊向內滑的現象，從而增加了輪胎的磨損。為了避免這種由于圓錐滾動(dòng)效應帶來(lái)的不良后果，將兩前輪適當向內偏轉，即形成前輪前束。
七.電控液壓助力轉向及電動(dòng)動(dòng)力轉向
電磁旋轉助力器由靜止和旋轉兩格部分構成。靜止部分包括外部磁路（殼體２等）和勵磁線(xiàn)圈３，勵磁線(xiàn)圈３緊固在轉向器殼體上。旋轉部分包括永磁體和齒型組件圖。永磁體a由３０個(gè)磁極構成的永久磁環(huán)７和塑料保持架８組成，并通過(guò)注塑連接在閥芯軸９上。
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| 1 勵磁線(xiàn)圈 2 金屬板 3 齒環(huán) 4 齒輪 5 永久磁環(huán) 6 塑料保持架 |
當駕駛員轉動(dòng)轉向盤(pán)時(shí)，因扭桿產(chǎn)生角位移，使永磁體a與齒型組件b之間既產(chǎn)生相對轉動(dòng)，又隨轉向盤(pán)一起旋轉。當電子控制器感受車(chē)速信號并發(fā)出適合這一車(chē)速的電流指令時(shí)，若勵磁線(xiàn)圈３為右旋繞組，則當通過(guò)正向電流時(shí)，按右手定則磁力線(xiàn)應是自下而上由中心向外環(huán)流，將齒輪６的齒頂端部磁化成N極，齒環(huán)５的齒頂端部磁化為S極，這兩種磁極分別與永久磁環(huán)７的磁極發(fā)生磁力作用（同性向斥，異性相吸），其結果使永久磁環(huán)７處于穩定的中間平衡狀態(tài)?！ ∪粝嗍褂谰么怒h(huán)７離開(kāi)此平衡位置時(shí)（即與齒型組件b產(chǎn)生相對位移），需要克服電磁力的作用才能實(shí)現，故增加了轉向阻力，使車(chē)輛高速運行更加穩定。與此相反，當勵磁線(xiàn)圈３通過(guò)負相電流時(shí)（f）），使永久磁環(huán)７處于不穩定的中間狀態(tài)，略有外力作用便產(chǎn)生相對運動(dòng)，故起到轉向助力作用，使低速或停車(chē)轉向時(shí)更加輕便和機動(dòng)。
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| 1 勵磁線(xiàn)圈 2 金屬板 3 齒環(huán) 4 齒輪 5 永久磁環(huán) 6 塑料保持架 |
EPS的構成如圖d-zx-36所示：它由機械轉向器、電動(dòng)機、離合器、控制裝置、轉矩傳感器和車(chē)速傳感器組成。在操縱轉向盤(pán)時(shí)，扭矩傳感器根據輸入力的大小產(chǎn)生相應的電壓信號，由此EPS系統就可以檢測出轉向力的大小，同時(shí)根據車(chē)速傳感器產(chǎn)生的脈沖信號又可測出車(chē)速，再用于控制電動(dòng)機的電流，從而形成適當的轉向助力。 |
| 1.輸出軸 2.減速器 3.扭桿 4.轉距傳感器 5.方向盤(pán) 6.輸入軸 7.車(chē)速信號 8.電動(dòng)機 9.控制電流 10.開(kāi)關(guān)電流 11.離合器 12.小齒輪 13.齒條 14.拉桿 15.輪胎 |
八.四輪轉向
橫向加速度·車(chē)速感應型四輪轉向系統，其結構是在前輪的動(dòng)力轉向器上，再安裝一個(gè)后輪專(zhuān)用的控制閥，產(chǎn)生一個(gè)大致與橫向加速度成比例的，與前輪轉向器阻力相平衡的油壓，把該壓力的油液送到后輪執行機構。在執行機構中，如圖d-zx-37所示，裝入高剛性彈簧，當與送來(lái)的油壓達到平衡狀態(tài)時(shí)，輸出桿便產(chǎn)生位移，從而帶動(dòng)后輪開(kāi)始轉向。
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| 1.儲油罐2.泵3.前動(dòng)力缸4.分配閥5.后動(dòng)力缸6.彈簧7.控制器8.電磁閥 |
前輪轉角，車(chē)速感應型四輪轉向系統，在該系統中，從油泵出來(lái)的油液直接流入圖d-zx-39的電磁伺服閥，按計算機指令，控制油液流入后輪執行機構。
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| 1.儲油罐2.泵3.前動(dòng)力缸4.分配閥5.后動(dòng)力缸6.彈簧7.控制器8.電磁閥 9.切斷閥10.車(chē)速傳感器11.轉角傳感器 |
