第十八章 汽車轉(zhuǎn)向系18.1 概述218.2 轉(zhuǎn)向系518.3 動(dòng)力轉(zhuǎn)向器918.4 轉(zhuǎn)向油泵12學(xué)習(xí)目標(biāo)： 1.掌握轉(zhuǎn)向器的類型；2.掌握機(jī)械轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和調(diào)整過程；3.掌握動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)類型。 學(xué)習(xí)方法：分析轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過實(shí)物和多媒體課件動(dòng)態(tài)演示相結(jié)合，并和汽車拆裝與調(diào)整實(shí)踐教學(xué)相輔相承，使學(xué)生掌握轉(zhuǎn)向系的結(jié)構(gòu)和工作原理。 學(xué)習(xí)內(nèi)容： §18.1 概述 §18.2 普通轉(zhuǎn)向器§18.3 動(dòng)力轉(zhuǎn)向器學(xué)習(xí)重點(diǎn)： 1.機(jī)械轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和調(diào)整原理；2.動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)類型。 作業(yè)習(xí)題： 1.轉(zhuǎn)向系由哪幾部分組成？各起什么作用？2.動(dòng)力轉(zhuǎn)向系有哪些優(yōu)點(diǎn)？3.什么是轉(zhuǎn)向盤的自由行程？它的一般范圍有多大？4.為什么微型及輕型貨車和轎車上廣泛采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器？5.轉(zhuǎn)向減振器的作用是什么？它與懸架減振器有什么關(guān)系？6.試說明動(dòng)力轉(zhuǎn)向系的工作原理。18.1 概述18.1.1 轉(zhuǎn)向系的功用 ： 轉(zhuǎn)向系不僅可以改變汽車的行駛方向，使其按照駕駛員規(guī)定的方向行駛，而且還可以克服由于路面?zhèn)认蚋蓴_力使車輪自行產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向，恢復(fù)汽車原來的行駛方向。 (圖18-1-1) 18.1.2 轉(zhuǎn)向系的類型 ： 汽車轉(zhuǎn)向系根據(jù)其轉(zhuǎn)向能源的不同，可以分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系兩大類型。 (圖18-1-2 ；圖18-1-3) 18.1.3 轉(zhuǎn)向中心與轉(zhuǎn)彎半徑 ： 汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，要求所有車輪軸線都應(yīng)相交于一點(diǎn)，此交點(diǎn) O 叫做轉(zhuǎn)向中心。由轉(zhuǎn)向中心 O 到外轉(zhuǎn)向輪與地面接觸點(diǎn)的距離 R 稱為汽車的轉(zhuǎn)彎半徑。汽車轉(zhuǎn)向時(shí)內(nèi)轉(zhuǎn)向輪的偏轉(zhuǎn)角大于外轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角。在車輪為剛體的假設(shè)條件下，內(nèi)、外兩轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角滿足下面的關(guān)系式； cot =cot +B/L 式中 B 兩側(cè)主銷軸線與地面交點(diǎn)之間的距離，也稱為輪距（ m ）； L 汽車軸距（ m ）。 18.1.4 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu) ： 前內(nèi)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角大于前外轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角。如果汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)，兩前轉(zhuǎn)向輪的偏轉(zhuǎn)角相同，那么各軸軸線就不可能相交于一點(diǎn)，而是交于兩點(diǎn)，這時(shí)各車輪也就不可能繞同一中心滾動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡也將發(fā)生改變。若使兩轉(zhuǎn)向輪自由滾動(dòng)，它們的運(yùn)動(dòng)軌跡就有逐漸相互靠近的趨勢。然而兩車輪是安裝在同一軸的兩端，輪距 B 是不變的，這樣當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向輪就要產(chǎn)生邊滾邊滑的現(xiàn)象，使行駛阻力增加，轉(zhuǎn)向困難，并加速輪胎的磨損。18.2 轉(zhuǎn)向系18.2.1 轉(zhuǎn)向器 ： ( 一 ) 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 (圖18-2-1) 它的傳動(dòng)方式是齒輪齒條直接嚙合，操縱靈敏度非常高，滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)阻力小，轉(zhuǎn)矩傳遞性能較好，轉(zhuǎn)向力非常輕，并可安裝轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的正效率與逆效率都很高，屬于可逆式轉(zhuǎn)向器，自動(dòng)回正能力強(qiáng)，因此常用于輕型轎車的轉(zhuǎn)向系中但由于其傳動(dòng)比較小，在使用中受到一定的限制。 ( 二 ) 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 (圖18-2-2) 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器一般有兩級傳動(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)副或滑塊曲柄銷傳動(dòng)副。它有兩級傳動(dòng)副，一級是與轉(zhuǎn)向軸連接的螺桿和轉(zhuǎn)向螺母，另一級是齒條和齒扇。轉(zhuǎn)向螺母既是第一級傳動(dòng)副的從動(dòng)件，又是第二級傳動(dòng)副的主動(dòng)件。為了減少轉(zhuǎn)向螺桿與轉(zhuǎn)向螺母之間的摩擦與磨損，二者的螺紋不直接接觸，而是作成滾珠的內(nèi)外滾道，其間裝有許多滾珠，以實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)摩擦。轉(zhuǎn)向螺母上裝有兩個(gè)滾珠導(dǎo)管，每個(gè)滾珠導(dǎo)管的兩端分別插入轉(zhuǎn)向螺母側(cè)面的孔中。滾珠導(dǎo)管也裝滿了滾珠，形成兩個(gè)各自獨(dú)立的封閉通道。 ( 三 ) 蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器 (圖18-2-3) 蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)副以轉(zhuǎn)向蝸桿為主動(dòng)件，裝在搖臂軸曲柄端部的指銷為從動(dòng)件。轉(zhuǎn)向蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，與之嚙合的指銷即繞轉(zhuǎn)向搖臂軸軸線沿圓弧運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)轉(zhuǎn)向搖臂軸轉(zhuǎn)動(dòng)18.2.3轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 1. 與非獨(dú)立懸架配用的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：轉(zhuǎn)向搖臂 (圖18-2-4) ；它多采用鉻鋼類的優(yōu)質(zhì)鋼經(jīng)鍛造和機(jī)械加工制成，上端加工出帶細(xì)齒花鍵的錐孔與轉(zhuǎn)向臂軸連接，下端通過球頭銷與直拉桿連接。轉(zhuǎn)向搖臂通過焊接或者通過螺栓連接在一起。轉(zhuǎn)向直拉桿 (圖18-2-5) ；直拉桿體是一段兩端擴(kuò)大的鋼管，其前端帶有球頭銷。球頭銷的尾端可用螺母固定在轉(zhuǎn)向節(jié)臂的端部。兩個(gè)球頭座在壓縮彈簧作用下將球頭銷的球頭夾持住。為保證球頭與座的潤滑，可從油嘴注入潤滑脂，使其充滿直拉桿體端部管腔。 2. 轉(zhuǎn)向橫拉桿 (圖18-2-6) ；轉(zhuǎn)向橫拉桿是聯(lián)系左、右梯形外臂并使其協(xié)調(diào)工作的連接桿。它在汽車行駛過程中反復(fù)承受拉力和壓力，因此多用高強(qiáng)度冷拉鋼管制造。轉(zhuǎn)向橫拉桿由橫拉桿體和旋裝在兩端的接頭組成。兩端的接頭結(jié)構(gòu)相同（但螺紋的旋向相反）。 (4) 轉(zhuǎn)向減振器；轉(zhuǎn)向減振器的一端與車身或前橋鉸接，另一端與轉(zhuǎn)向直拉桿或轉(zhuǎn)向器鉸接。轉(zhuǎn)向減振器的結(jié)構(gòu)類似于懸架減振器?；钊麠U的左端與減振器下吊環(huán)固連，其右端通過螺母固定伸張閥組件及活塞?；钊麑⒏淄卜殖勺笥覂蓚€(gè)腔室。壓縮閥體與缸筒固連。缸筒的右端有徑向孔與橡膠儲(chǔ)液囊和缸筒間的儲(chǔ)液腔相通。壓縮閥座注塑在閥桿上，形成閥座體，其端面有兩個(gè)軸向通孔。節(jié)流閥片外緣有一缺口，該缺口是減振器左右腔之間的常流通道。星形閥片為一碟形彈簧，當(dāng)減振器不工作時(shí)，星形閥片與閥片間的間隙也形成常流通道。在減振器壓縮過程中，活塞桿連同活塞右移。減振器右腔容積減小，油壓增大，而左腔容積增大，油壓減小，右腔中的油壓通過閥片使星形閥片壓縮變形，閥片與活塞端面出現(xiàn)間隙，右腔中的油液進(jìn)入左腔。由于壓縮過程中，減振器右腔減小的容積大于左腔增大的容積，右腔中便產(chǎn)生高壓。其中的高壓油通過壓縮閥座上的軸向小孔使壓縮閥片離開壓縮閥座，于是減振器右腔中的高壓油進(jìn)入儲(chǔ)油室，使橡膠囊產(chǎn)生膨脹變形。在減振器伸張過程中，活塞桿連同活塞及伸張閥組件左移，缸筒左腔容積減小，壓力增大。左腔中的油壓作用在閥片上，當(dāng)液壓油作用力克服簧的作用力時(shí)，左腔中的液壓油便通過閥片與伸張閥桿之間的環(huán)形通道及常流通道進(jìn)入右腔。在伸張過程中，減振器右腔增加的容積大于左腔減小的容積，因此右腔中出現(xiàn)真空。此時(shí)，儲(chǔ)液室中的液壓油在橡膠儲(chǔ)液囊的作用下，克服彈簧的作用力，使壓縮閥座體離開壓縮閥體，儲(chǔ)液室中的液壓油進(jìn)入減振器右腔。 3. 與獨(dú)立懸架配用的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu) (圖18-2-7) ：當(dāng)轉(zhuǎn)向輪為獨(dú)立懸架時(shí)，每個(gè)轉(zhuǎn)向輪都需要相對于車架作獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，因而轉(zhuǎn)向橋必須是斷開式的。與此相應(yīng)，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)向梯形也必須是斷開式的。采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器時(shí) , 相應(yīng)的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)示意圖。若齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器為兩端輸出式 , 轉(zhuǎn)向器齒條本身就是轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的一部分 , 轉(zhuǎn)向橫拉桿的內(nèi)端通過球頭銷與齒條鉸接 , 外端通過螺紋與連接轉(zhuǎn)向節(jié)的球頭銷總成相連。為與兩端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器齒條配用的轉(zhuǎn)向橫拉桿，當(dāng)需要調(diào)前束時(shí)，松開鎖緊螺母，轉(zhuǎn)動(dòng)拉桿體，達(dá)到合理的前束值時(shí)，再將鎖緊螺母鎖死。18.3 動(dòng)力轉(zhuǎn)向器在駕駛員控制下 , 對轉(zhuǎn)向傳動(dòng)裝置或轉(zhuǎn)向器中某一傳動(dòng)件施加不同方向的液壓或氣壓作用力 , 以幫助駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向的一系列零部件 , 總稱為動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。 18.3.1 動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的類型 ： 按傳能介質(zhì)的不同，動(dòng)力轉(zhuǎn)向器有氣壓式和液壓式兩種。18.3.2 液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系的一般組成及工作原理 ： 其一般組成如 圖18-3-1 所示。轉(zhuǎn)向油泵安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上，由曲軸通過皮帶驅(qū)動(dòng)并向外輸出液壓油。轉(zhuǎn)向油有進(jìn)、出油管接頭，通過油管分別與轉(zhuǎn)向油泵和轉(zhuǎn)向控制閥連接。轉(zhuǎn)向控制閥用以改變油路。機(jī)械轉(zhuǎn)向器與轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸總成內(nèi)有左右兩個(gè)工作腔，它們分別通過油道與轉(zhuǎn)向控制閥連接。 1 液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)： 該轉(zhuǎn)向器中的轉(zhuǎn)向螺母兼起動(dòng)力缸活塞的作用。轉(zhuǎn)向螺母的下圓柱表面（圖中的左圓柱表面）上有一環(huán)形槽，在槽上裝有聚四氟乙烯環(huán)和 O 型密封圈，以保證活塞裝入動(dòng)力缸以后密封。轉(zhuǎn)向螺母將動(dòng)力缸分成上、下兩個(gè)密封腔，即圖中的右腔和左腔。上、下兩密封腔又分別通過設(shè)在轉(zhuǎn)向器殼體上的油道與位于轉(zhuǎn)向器上部的轉(zhuǎn)向控制閥相通。短軸、扭桿、下端軸蓋、鎖銷和組成扭桿組件。短軸為空心管，其上端外表面制有三角形花鍵，與轉(zhuǎn)向軸下端的萬向節(jié)相連，轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)矩由此輸入。短軸下端有帶兩個(gè)對稱缺口的扇形凸緣。扭桿上端通過銷釘與短軸固定在一起，下端通過三角形花鍵與下端軸蓋固定。下端軸蓋前端為圓盤形，其外圓與閥體下端采用止口滑配，并用定位銷定位。下端軸蓋的圓盤輻板上開有兩個(gè)對稱的腰形槽孔，轉(zhuǎn)向器螺桿上端法蘭部分的叉形凸塊穿過此腰形槽孔與短軸的扇形凸緣的缺口配合，兩者之間間隙較大，允許有一定的相對角位移，以保證扭桿有一定程度的扭轉(zhuǎn)變形。 2 動(dòng)力轉(zhuǎn)向的工作過程： 當(dāng)汽車直線行駛時(shí)，轉(zhuǎn)閥處于中間位置，不工作（圖18-3-2）。 當(dāng)汽車需要左轉(zhuǎn)彎時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤使短軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過短軸下端鎖銷帶動(dòng)閥心同步轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，作用在轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)矩通過具有彈性的扭桿傳給下端軸蓋，下端軸蓋邊緣上的缺口通過固定在閥體上的鎖銷帶動(dòng)閥體轉(zhuǎn)動(dòng)，閥體通過其下端缺口和鎖銷，把轉(zhuǎn)向力矩傳給螺桿。由于轉(zhuǎn)向阻力的存在，要有足夠的轉(zhuǎn)向力矩才能使轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)。這個(gè)力矩促使扭桿發(fā)生彈性扭轉(zhuǎn)，造成閥體的轉(zhuǎn)動(dòng)角度小于閥心的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，兩者產(chǎn)生相對角位移，如 圖18-3-3 所示，通下動(dòng)力腔的進(jìn)油縫隙減小（或封閉）回油縫隙增大，油壓降低；通上動(dòng)力腔的進(jìn)油縫隙增大而回油縫隙減?。ɑ蜿P(guān)閉），油壓升高。齒條 活塞便在上、下腔油壓差的作用下移動(dòng)，產(chǎn)生助力作用。此時(shí)來自轉(zhuǎn)向油泵的壓力油通過槽隙流向動(dòng)力缸上腔動(dòng)力缸下腔的油則通過閥體徑向孔、槽隙、閥心徑向孔和回油口流向儲(chǔ)油罐。 汽車右轉(zhuǎn)彎時(shí)，轉(zhuǎn)閥的工作情況基本上與左轉(zhuǎn)彎時(shí)相似，參見 圖18-3-4 不同的是由于轉(zhuǎn)向方向相反，造成的閥體與閥心的角位移相反，齒條活塞下腔壓力升高而上腔油壓降低，產(chǎn)生向右的轉(zhuǎn)向助力。 動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的工作特點(diǎn)：漸進(jìn)隨動(dòng)原理；一旦液壓助力裝置失效，該動(dòng)力轉(zhuǎn)向器即變成機(jī)械轉(zhuǎn)向器。 18.3.3 轉(zhuǎn)向加力器 ： 轉(zhuǎn)向控制閥和轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸組合成一體時(shí)，稱為轉(zhuǎn)向加力器。帶轉(zhuǎn)向加力的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系。轉(zhuǎn)向加力器由轉(zhuǎn)向控制閥和轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸組成。轉(zhuǎn)向盤通過機(jī)械轉(zhuǎn)向器使轉(zhuǎn)向搖臂擺動(dòng)一方面由球鉸鏈帶動(dòng)轉(zhuǎn)向直拉桿使車輪轉(zhuǎn)向，另一方面帶動(dòng)了轉(zhuǎn)向控制閥中的滑閥移動(dòng)，使轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸在液壓作用下也對轉(zhuǎn)向直拉桿施加作用力。18.4 轉(zhuǎn)向油泵1 轉(zhuǎn)向油泵的基本結(jié)構(gòu)及工作原理： 轉(zhuǎn)向油泵是助力轉(zhuǎn)向系的動(dòng)力源。轉(zhuǎn)向油泵經(jīng)轉(zhuǎn)向控制閥向轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸提供一定壓力和流量的工作油液。 1 ）潛沒式雙作用葉片泵結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)子通過花鍵安裝在油泵驅(qū)動(dòng)軸上，驅(qū)動(dòng)軸的外端裝有皮帶輪，由發(fā)動(dòng)機(jī)通過皮帶驅(qū)動(dòng)油泵工作。轉(zhuǎn)子上均勻地開有十個(gè)徑向葉片槽，矩形葉片能在槽內(nèi)徑向滑動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用，葉片的頂端會(huì)緊貼在定子的內(nèi)表面上。為使葉片緊壓在定子內(nèi)表面上，在轉(zhuǎn)子葉片槽內(nèi)端設(shè)有臺(tái)肩，使葉片位于槽內(nèi)時(shí)，其根部始終留有一小油腔，配油盤朝向轉(zhuǎn)子的側(cè)面上的腰形通孔和腰形槽與各個(gè)小油腔相通，從而使壓油腔內(nèi)的高壓油經(jīng)上述孔和槽始終充滿葉片槽的底部。 2 ）雙作用葉片泵工作原理：在轉(zhuǎn)子和定子的兩個(gè)側(cè)面各有一配油盤，轉(zhuǎn)子的寬度稍小于定子的寬度 ，以免轉(zhuǎn)子卡死。兩個(gè)配油盤和定子一起裝在殼體內(nèi) , 不能相對移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。配油盤與轉(zhuǎn)子相對的端面上各開有對稱布置的腰形槽 , 與進(jìn)油口相連的兩腰形槽為吸油口，與出油口相連的兩腰形槽為壓油口。定子的內(nèi)側(cè)斷面輪廓近似于橢圓形，由兩個(gè)不等半徑的圓弧和過渡曲線組成，這樣使得轉(zhuǎn)子、定子、葉片和配油盤之間形成若干個(gè)封閉的工作腔。其容積隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)由小變大，由大變小，如此往復(fù)變化。葉片的工作原理如圖18-4-1 所示。當(dāng)轉(zhuǎn)子順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片在離心力及高壓油的作用下緊貼切在定子的內(nèi)表面上，其工作容積開始由小變大，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(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，每個(gè)工作腔都有各自吸、壓油兩次，故將這種型式的葉片泵稱為雙作用葉片泵。雙作用葉片泵有兩個(gè)吸油區(qū)和兩個(gè)排油區(qū)，并且各自的中心角是對稱的，所以作用在轉(zhuǎn)子上的油壓作用力互相平衡。 2 流量安全組合閥：轉(zhuǎn)向油泵工作時(shí)，其輸出油壓的大小取決于助力轉(zhuǎn)向系的負(fù)荷（即動(dòng)力缸活塞所受的運(yùn)動(dòng)阻力）。而油泵能達(dá)到的最大壓力由油泵的密封性能和有關(guān)機(jī)件的強(qiáng)度而定。若轉(zhuǎn)向阻力過大或操作不當(dāng)，助力轉(zhuǎn)向系內(nèi)的油液壓力將會(huì)過高，有可能使系統(tǒng)因過載而損壞。因此，系統(tǒng)中必須裝設(shè)限制系統(tǒng)最高壓力的安全閥。安全閥座借螺紋固定在柱塞上端，當(dāng)油泵輸出壓力過高時(shí)球閥將彈簧壓縮而打開，量孔上端與油泵進(jìn)油腔相通，油壓便不會(huì)再增大了，從而限制了油壓的最高壓力。 為了限制助力轉(zhuǎn)向系內(nèi)的最高工作油壓以及輸出油量，在油泵內(nèi)裝有流量安全組合閥，它集流量控制閥和壓力調(diào)節(jié)閥于一體，。差壓式的流量控制閥裝在油泵進(jìn)油腔和出油腔之間，安全閥則位于流量控制閥內(nèi)。油泵出油腔的前方通過油泵殼體上的油道與油泵出油口相通，在油泵出油腔與出油口之間有一量孔。當(dāng)油液自出油腔以一定速度流過量孔時(shí)，由于量孔的節(jié)流作用，量孔外側(cè)的出油口壓力低于量孔內(nèi)側(cè)出油腔的壓力。油泵流量越大（即通過量孔的流速越高），則量孔內(nèi)外側(cè)壓力差也越大。當(dāng)油泵流量增大到規(guī)定值，柱塞克服彈簧的預(yù)緊力而打開，使油泵出油腔與進(jìn)油腔相通，使油泵出油腔的一部分油液流回進(jìn)油腔，從而經(jīng)量孔輸往控制閥的流量被控制。