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第七章 转向系设计第七章第七章 转向系设计转向系设计 本章主要学习：本章主要学习：（1）转向系的设计要求；转向系的设计要求；（2）机械式转向器方案分析机械式转向器方案分析 ；（3）转向系主要性能参数转向系主要性能参数 ； （4）动力转向机构动力转向机构 ； （5）转向梯形机构方案及整体式转向梯形转向梯形机构方案及整体式转向梯形 机构优化设计机构优化设计第七章 转向系设计 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 机械式转向器方案分析机械式转向器方案分析 第三节第三节 转向系主要性能参数转向系主要性能参数 第四节第四节 动力转向机构动力转向机构 第五节第五节 转向梯形转向梯形第一节第一节 概概 述述功用：功用：汽车转向系是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构在汽车转向行驶汽车转向系是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构在汽车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系时，保证各转向轮之间有协调的转角关系 形式和组成：形式和组成：汽车转向机构汽车转向机构 机械转向机械转向 由转向盘、转向器和转向传动机构等组成由转向盘、转向器和转向传动机构等组成 动力转向动力转向 动力转向还包括动力系统动力转向还包括动力系统。

机械转向是依靠驾驶员的手力转动转向盘，经转向器和转向传动机构使机械转向是依靠驾驶员的手力转动转向盘，经转向器和转向传动机构使转向轮偏转转向轮偏转动力转向是在机械转向的基础上，加装动力系统，并借助此系统来减轻动力转向是在机械转向的基础上，加装动力系统，并借助此系统来减轻驾驶员的手力驾驶员的手力动力转向包括液压式动力转向和电控式动力转向动力转向包括液压式动力转向和电控式动力转向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 汽车转向系动画演示转向系的设计要求：转向系的设计要求： 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）转向传动机构和悬架导向装置产生的运动不协调，应使车 轮产生的摆动最小轮产生的摆动最小5）转向灵敏，最小转弯直径小转向灵敏，最小转弯直径小6）操纵轻便。

操纵轻便 7）转向轮传给转向盘的反冲力要尽可能小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时转向中心旋转自动回正能力自动回正能力决定于转向轮的决定于转向轮的定位参数定位参数和和转向器逆效率转向器逆效率的大小合理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的自动回正能力转向系中设置有转向系中设置有转向减振器转向减振器时，能够防止转向轮产生自振，同时又能时，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，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，其最小转弯半径能达到汽车轴距的其最小转弯半径能达到汽车轴距的22.5倍。

倍转向操纵的轻便性转向操纵的轻便性通常用转向时驾驶员作用在转向盘上的切向力大小通常用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多少两项指标来评价和转向盘转动圈数多少两项指标来评价 轿车轿车 货车货车机械转向机械转向 50100N 250N动力转向动力转向 2050N 120N轿车转向盘从中间位置转到每一端的圈数不得超过轿车转向盘从中间位置转到每一端的圈数不得超过2.0圈；圈；货车则要求不超过货车则要求不超过3.0圈 第二节第二节 机械式转向器方案分析机械式转向器方案分析 根据机械根据机械式转向器式转向器结构特点结构特点 齿轮齿条式转向器齿轮齿条式转向器循环球式转向器循环球式转向器蜗杆滚轮式转向器蜗杆滚轮式转向器蜗杆指销式转向器等蜗杆指销式转向器等 一、机械式转向器方案分析一、机械式转向器方案分析 1.齿轮齿条式齿轮齿条式 优点：优点：结构简单、紧凑、体积小、质量轻；结构简单、紧凑、体积小、质量轻；传动效率高达传动效率高达90%；可自动消除齿间间隙；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；没有转向摇臂和直拉杆，转向轮转角可以增大；制造成本低制造成本低缺点：缺点：逆效率高（逆效率高（60%70%）。

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部分能传至转向盘 自动消除间隙装置自动消除间隙装置 根据输入齿轮位置和输出特点不同，有四种形式：根据输入齿轮位置和输出特点不同，有四种形式： * 中间输入，两端输出；中间输入，两端输出； * 侧面输入，两端输出；侧面输入，两端输出； * 侧面输入，中间输出；侧面输入，中间输出； * 侧面输入，一端输出侧面输入，一端输出 齿轮齿条式转向器的四种形式齿轮齿条式转向器的四种形式 侧面输入、中间输出方案侧面输入、中间输出方案 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少车轮上、下跳动时转向系与悬架系的运动干涉两侧输出方案两侧输出方案 容易与悬架系统导向机构产生运动干涉容易与悬架系统导向机构产生运动干涉 侧面输入、一端输出侧面输入、一端输出的齿轮齿条式转向器，常用在平头微型货车上的齿轮齿条式转向器，常用在平头微型货车上 采用斜齿圆柱齿轮与斜齿齿条啮合的齿轮齿条式转向器，重合度增加，采用斜齿圆柱齿轮与斜齿齿条啮合的齿轮齿条式转向器，重合度增加，运转平稳，冲击与工作噪声均下降。

运转平稳，冲击与工作噪声均下降 齿条断面形状齿条断面形状 圆形圆形 圆形断面齿条制作工艺比较简单圆形断面齿条制作工艺比较简单 V形形 Y形形V形和形和Y形断面齿条与圆形断面比较，消耗的材料少，故质量小形断面齿条与圆形断面比较，消耗的材料少，故质量小齿轮齿条式转向器广泛应用于各种级别的轿车上齿轮齿条式转向器广泛应用于各种级别的轿车上装载量不大、前轮采用独立悬架的货车和客车上装载量不大、前轮采用独立悬架的货车和客车上 齿轮齿条式转向器的四种布置形式齿轮齿条式转向器的四种布置形式 根据齿轮齿条式转向器和转向梯形相对前轴位置的不同，布置形式：根据齿轮齿条式转向器和转向梯形相对前轴位置的不同，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，后置梯形； * 转向器位于前轴后方，前置梯形；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，后置梯形； * 转向器位于前轴前方，前置梯形转向器位于前轴前方，前置梯形2.循环球式循环球式组成：组成：l螺旋槽内装有钢球的螺杆和螺母传螺旋槽内装有钢球的螺杆和螺母传动副，动副，l螺母上齿条与摇臂轴上齿扇构成的螺母上齿条与摇臂轴上齿扇构成的传动副。

传动副优点：优点：l传动效率可达到传动效率可达到75%85%；l转向器的传动比可以变化；转向器的传动比可以变化；l工作平稳可靠；工作平稳可靠；l齿条和齿扇之间的间隙调整容易；齿条和齿扇之间的间隙调整容易；l适合用来做整体式动力转向器适合用来做整体式动力转向器 缺点：缺点：逆效率高，结构复杂，制造逆效率高，结构复杂，制造困难，制造精度要求高困难，制造精度要求高应用：应用：主要用于货车和客车上主要用于货车和客车上 循环球式转向器循环球式转向器 循环球式转向器的间隙调整机构循环球式转向器的间隙调整机构 3.蜗杆滚轮式、蜗杆指销式蜗杆滚轮式、蜗杆指销式蜗杆滚轮式转向器由蜗杆和滚轮啮合而构成蜗杆滚轮式转向器由蜗杆和滚轮啮合而构成优点：优点：结构简单；制造容易；强度比较高、工作可靠、寿命长；逆效率低结构简单；制造容易；强度比较高、工作可靠、寿命长；逆效率低缺点：缺点：正效率低；调整啮合间隙比较困难；传动比不能变化正效率低；调整啮合间隙比较困难；传动比不能变化 蜗杆指销式转向器有蜗杆指销式转向器有固定销式固定销式和和旋转销式旋转销式两种形式两种形式根据销子数量不同，又有根据销子数量不同，又有单销单销和和双销双销之分。

之分蜗杆指销式转向器蜗杆指销式转向器优点：优点：传动比可以做成不变的或者变化的；工作面间隙调整传动比可以做成不变的或者变化的；工作面间隙调整容易固定销式转向器的结构简单、制造容易但销子的工作部位磨损快、工作效率固定销式转向器的结构简单、制造容易但销子的工作部位磨损快、工作效率低旋转销式转向器的效率高、磨损慢，但结构复杂旋转销式转向器的效率高、磨损慢，但结构复杂要求摇臂轴有较大的转角时，应采用双销式结构双销式转向器的结构复杂、要求摇臂轴有较大的转角时，应采用双销式结构双销式转向器的结构复杂、尺寸和质量大，并且对两主销间的位置精度、螺纹槽的形状及尺寸精度等要求高尺寸和质量大，并且对两主销间的位置精度、螺纹槽的形状及尺寸精度等要求高此外，传动比的变化特性和传动间隙特性的变化受限制此外，传动比的变化特性和传动间隙特性的变化受限制蜗杆滚轮式和蜗杆指销式转向器应用较少蜗杆滚轮式和蜗杆指销式转向器应用较少 二、防伤安全机构方案分析计算 有关资料分析表明：汽车正面碰撞时，转向盘、转向管柱是使驾驶员受伤的主要元件转向盘、转向管柱等有关零件在撞击是产生塑性变形、弹性变形或是利用摩擦等来吸收冲击能量，能防止或者减轻驾驶员受伤。

在汽车发生正面碰撞时，转向传动轴采用了万向节连接，并且布置合理，便可防止转向盘向驾驶室内移动，危及驾驶员安全如图7-6所示图7-7所示在轿车上应用的防伤安全机构转向轴分为两段，上转向轴的下端与下转向轴上端通过两个圆头圆柱销相连在受到一定数值的轴向力时，上、下转向轴能自动脱开，以保证驾驶员的安全 图7-6 防伤转向传动轴简图 图7-7 防伤转向轴简图 联轴套管吸收冲击能量机构图7-8所示为联轴套管吸收冲击能量机构，位于两万向节之间的转向传动轴，是由套管1和轴3组成汽车发生正面冲撞时，轴向力达到一定值以后，塑料销钉2被剪断，套管与轴产生相对移动，存在其间的塑料能增大摩擦阻力吸收冲击能量此外，转向传动轴长度缩短，减小了转向盘向驾驶员一侧的移动量，起到保护驾驶员的作用这种防伤机构结构简单，制造容易，只要合理选取销钉数量与直径，便能保证它可靠地工作和吸收冲击能量 图7-8 安全联轴套管1套管 2塑料销钉 3轴 第三节第三节 转向系主要性能参数转向系主要性能参数一、转向器的效率一、转向器的效率 功率功率P1从转向轴输入，经转向摇臂轴输出所求得的效率称为从转向轴输入，经转向摇臂轴输出所求得的效率称为转向器正效转向器正效率率，用符号，用符号+表示，；反之称为逆效率，用符号表示，；反之称为逆效率，用符号表示。

表示 正效率正效率+ 计算公式：计算公式： +=（P1-P2）/P1 逆效率逆效率 计算公式：计算公式： =（P3-P2）/P3P1为作用在转向轴上的功率；为作用在转向轴上的功率；P2 转向器中的磨擦功率；转向器中的磨擦功率；P3 作。