【文章內容簡介】 ，且轉向盤轉動的總圈數(shù)不能太多。 本 章主要研究內容：總結分析相關文獻，分析各轉向系統(tǒng)的優(yōu)劣所在，結合實際情況初步選定所設計的轉向器類型。利用所選定的轉向器參數(shù)，完成轉向器結構布置和設計。 10 第 2章 液壓動力轉向器方案分析及確定 汽 車的轉向系根據(jù)其轉向能源的不同，可分為機械式轉向系和動力式轉向系。而根據(jù)所采用的轉向傳動副的不同，轉向器的結構型式有多種。常見的有齒輪齒條式、循環(huán)球式、球面蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式等。對轉向器結構型式的選擇，主要是根據(jù)汽車的類型、前軸負荷、使用條件等來決定，并要考慮其效率特性、角傳 動比變化特性等對使用條件的適應性以及轉向器的其他性能、壽命、制造工藝等。中、小型轎車以及前軸軸荷小于 的客車、貨車，多采用齒輪齒條式轉向器。球面蝸桿滾輪式轉向器曾廣泛用在輕型和中型汽車上，循環(huán)球式轉向器則是當前廣泛使用的一種結構，高級轎車和輕型及以上的客車、貨車均多采用。轎車、客車多行駛于好路面上，可以選用正效率高、可逆程度大些的轉向器。礦山、工地用汽車和越野汽車，經常在壞路或無路地帶行駛，推薦選用極限可逆式轉向器，但當系統(tǒng)中裝有液力式動力轉向或在轉向橫拉桿上裝有減振器時，則可采用正、逆效率均高的轉向 器，因為路面的沖擊可由液體或減振器吸收，轉向盤不會產生 “打手 ”現(xiàn)象。 齒輪齒條式轉向器由與轉向軸做成一體的轉向齒輪和常與轉向橫拉桿做成一體的齒條組成。與其他形式的轉向器比較，齒輪齒條式轉向器最主要的優(yōu)點是：結構簡單、緊湊；殼體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成，轉向器的質量較??；傳動效率高達 90%；齒輪與齒條之間因磨損出現(xiàn)間隙以后，利用裝在齒條背部、靠近主動小齒輪處的壓緊力可以調節(jié)的彈簧，能自動消除齒間間隙，如圖 所示。這不僅可以提高轉向系統(tǒng)的剛度，還可以防止工作時產生沖擊和噪聲；轉 向器占用的體積??；沒有轉向搖臂和直拉桿，所以轉向輪轉角可以增大；制造成本低。 齒輪齒條式轉向器的主要缺點是：因逆效率高（ 60%70%），汽車在不平路面上行駛時，發(fā)生在轉向輪與路面之間沖擊力的大部分能傳至轉向盤，稱之為反沖。反沖現(xiàn)象會使駕駛員精神緊張，并難以準確控制汽車行駛方向，轉向盤突然轉動又會造成打手，同時對駕駛員造成傷害。 根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點不同，齒輪齒條式轉向器有四種形式：中間輸入，兩端輸出（圖 ）；側面輸入，兩端輸出（圖 ）；側面輸入，中間輸出（圖 ）側面輸入，一端輸出（ 圖 ）。 11 圖 齒輪齒條式轉向器的四種形式 根據(jù)齒輪齒條式轉向器和轉向梯形相對前軸位置的不同，齒輪齒條式轉向器在汽車上有四種布置形式：轉向器位于前 軸后方，后置梯形；轉向器位于前軸后方，前軸梯形；轉向器位于前軸前方，后置梯形；轉向器位于前軸前方，前置梯形，如圖 。 圖 齒輪齒條式轉向器四種布置形式 循環(huán)球式轉向器由齒輪機構將來自轉向盤的旋轉力進行減速，使轉向盤的旋轉運動變?yōu)闇u輪蝸桿的旋轉運動，滾珠螺桿和螺母夾著鋼球嚙合，因而滾珠螺桿的旋轉運動變 為直線運動，螺母再與扇形齒輪嚙合，直線運動再次變?yōu)樾D運動，使連桿臂搖動，連桿臂再使連動拉桿和橫拉桿做直線運動，改變車輪的方向。 12 循環(huán)球式轉向器的主要優(yōu)點：在螺桿和螺母之間因為有可以循環(huán)流動的鋼球，將滑動摩擦轉變?yōu)闈L動摩擦，因而傳動效率可達到 75％ —80％；在結構和工藝上采取措施后，包括提高制造精度，改善工作表面的表面粗糙度和螺桿、螺母上的螺旋槽經淬火和磨削加工，使之有足夠的硬度和耐磨損性能，可保證有足夠的使用壽命；轉向器的傳動比可以變化；工作平穩(wěn)可靠；齒條與齒扇之間的間隙調整工作容易進行；適合用來做整體式 動力轉向器。循環(huán)球式轉向器的主要缺點：逆效率高，結構復雜，制造困難，制造精度要求高。 蝸桿滾輪式轉向器由蝸桿和滾輪嚙合而構成。蝸桿滾輪式轉向器的主要優(yōu)點是：結構簡單；制造容易；因為滾輪的齒面和蝸桿上的螺紋呈面接觸，所以有比較高的強度，工作可靠，磨損小，壽命長；逆效率低。蝸桿滾輪式轉向器的主要缺點是：正效率低；工作齒面磨損后，調整嚙合間隙比較困難；轉向器的傳動比不能變 化。 蝸桿指銷式轉向器根據(jù)其銷子能否自轉分為固定銷式蝸桿指銷式轉向器和旋轉銷式轉向器。根據(jù)銷子 數(shù)量不同，又分為單銷和雙銷之分。蝸桿指銷式轉向器的優(yōu)點是：轉向器的傳動比可以做成不變的或者變化的；指銷和蝸桿之間的工作面磨損后，調整間隙工作容易進行。固定銷蝸桿指銷式轉向器的結構簡單、制造容易；但是因銷子不能自轉，銷子的工作部位基本保持不變，所以磨損快、工作效率低。旋轉銷式轉向器的效率高、磨損慢，但結構復雜。 轉向器是轉向系中的減速增扭轉動裝置 [9]，其功用是增大轉向盤傳動轉向節(jié)的力并改變力的傳遞方向。曾經出現(xiàn)過的轉向器結構型式很多，但有些已趨于淘汰?，F(xiàn)代汽車的轉向器已演變定型，中型和重型汽車多采用循環(huán)球式 轉向器，小型車多采用齒輪齒條式轉向器。在循環(huán)球式轉向器中，輸入轉向圈與輸出的轉向搖臂擺角是成正比的；在齒輪齒條式轉向器中，輸入轉向圈數(shù)與輸出的齒條位移是成正比的。目前大部分低端轎車采用的就是齒輪齒條式機械轉向系統(tǒng)，本文為輕型車轉向器設計，故采用齒輪齒條式轉向器。 在齒輪齒條式機械轉向器的基礎上增加轉向助力裝置，就成了齒輪齒條式動力轉向器，其工作原理圖如圖 和圖 所示。 13 1活塞； 2齒條； 3右轉彎油管 圖 右轉彎時液壓油缸動作 1—橫拉桿； 2—左轉進 油管； 3—右轉進油管； 4—右轉進油口； 5—轉向輸入軸； 6—旋轉式控制閥； 7—出油口； 8—進油口； 9—左轉進油口； 10—動力缸； 11—活塞； 12—轉向齒條； 13—防塵套。 圖 左轉彎時液壓油缸動作 在齒輪齒條式動力轉向器中，活塞安裝在轉向齒條上，并置于齒條套管內。齒條活塞兩邊的齒條套管都被密封起來，形成兩個分開的油液腔，連接左、右轉向回路。轉向盤右轉時，旋轉閥在齒條活塞兩邊形成壓力差，使齒條朝低壓方向移動，從而減輕轉動轉向盤所需的總操縱力。 齒輪齒條式液壓動力轉向器與其他形式的轉向器比較，齒輪齒條式轉向 器最主要的優(yōu)點是：結構簡單、緊湊；殼體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成，轉向器的質量較?。粋鲃有矢哌_ 90%；齒輪與齒條之間因磨損出現(xiàn)間隙以后，利用裝在齒條背部、靠近主動小齒輪處的壓緊力可以調節(jié)的彈簧，能自動消除齒間間隙，這不僅可以提高轉向系統(tǒng)的剛度，還可以防止工作時產生沖擊和噪聲；轉向器占用的體積??；沒有轉向搖臂和直拉桿，所以轉向輪轉角可以增大；制造成本低。 在機械轉向器的基礎上增加一套轉向助力裝置，就成了動力轉向器。根據(jù)這套助 14 力裝置提供能源不同分為液壓式 動力轉向器和電動式動力轉向器。以下主要敘述液壓式動力轉向器的工作原理。 液壓式動力轉向器有常壓式和常流式兩種。對于常壓式動力轉向器，其液壓系統(tǒng)設有儲能裝置，故無論轉向盤保持靜止還是運動狀態(tài)，液壓系統(tǒng)工作管路中總是保持高壓。對于常流式動力轉向器，其液壓泵始終處于運轉狀態(tài)。當汽車處于直線行駛狀態(tài)時，轉向油泵輸出的油液流入轉向控制閥，又由此流回轉向油罐，因轉向控制閥的節(jié)流阻力很小，故油泵輸出壓力也很低，油泵實際上處于空轉狀態(tài)。當駕駛員轉動方向盤，通過機械轉向器使轉向控制閥 (轉閥或者滑閥 )處于與某一轉彎方向相應的工 作位置時，轉向動力缸的相應工作腔與回油管路隔絕，轉而與油泵輸出管路相同，而動力缸的另一腔仍然通回油管路。地面轉向阻力經轉向傳動機構傳到轉向動力缸的推桿和活塞上，形成比轉向控制閥節(jié)流阻力高得多的油泵輸出管路阻力。于是轉向油泵輸出壓力急劇升高，直到足以推動轉向動力缸活塞為止。轉向盤停止轉動后，轉向控制閥隨即回復到中間位置，使動力缸停止工作。 比較而言，常流式結構較簡單、油泵壽命較長、泄漏量較少、功率消耗也較少，因此，目前除少數(shù)重型汽車采用常壓式動力轉向器外，其他大量的汽車均采用常流式動力轉向器。 如果動力轉向機 構的機械轉向部分、轉向動力缸和轉向控制閥組裝成一體，這種結構稱為整體式動力轉向器。也有將各部分分離組裝的產品，但是這種產品目前已不多見。 齒輪齒條液壓動力轉向器是把活塞安裝在轉向齒條上，并至于齒條套管內，齒條活塞兩邊的齒條套管被密封起來，形成兩個分開的油液腔，連接左右轉向回路，轉向盤轉動時，旋轉伐在齒條活塞兩邊形成壓力差，使齒條朝低壓方向移動，從而減輕轉動方向盤所需的總操縱力。 如圖 所示，汽車直線行駛時，轉閥處于中間位置。來自轉向油泵的工作液從轉向器殼體舶進油口 0 流到閥體 13 的中間油環(huán)槽中，經過其槽底的通孔進入閥體 13 和閥芯 12 之間，此時因閥芯處于中間位置，所以進入的油液分別通過閥體和閥芯縱槽和槽肩形成的兩邊相等的間隙，再通過閥芯的縱槽以及閥體的徑向孔流向閥體外圓上、下油環(huán)槽，然后通過殼體中的兩條油道分別流到動力缸的 15 R—接右轉向動力腔； L—接左轉向動力腔； B—接轉向液壓泵； G—接轉向油罐 2—齒條 活塞； 12—進油口； 13—閥體； 22—閥心 圖 汽車直線行駛時轉閥的 工作情況 上、下腔中去，即左轉向動力腔 L和右轉向動力腔 R，流人閥體內腔的油液在通過閥芯縱槽流向閥體上、油環(huán)槽的同時，通過閥芯槽肩上的徑向油孔流到轉向螺桿和輸入軸之間的空隙中，經閥體組件和調整螺塞之間的空隙流到回油口，經油管回到油罐中去，形成了常流式油液循環(huán)。此時，上、下腔油壓相等且很小，齒條一活塞 19 既沒有受到轉向螺桿的軸向推力，也沒有受到上、下腔因壓力差造成的軸向推力。所以齒條一活塞處于中間位置，動力轉向器不工作。 參見圖 ，汽車左轉彎時，轉動轉向盤使短軸逆時針轉動，通過其下端軸銷子帶動閥芯同步轉動， 這個扭距也通過具有彈性的扭桿軸傳給下端軸蓋，下端軸蓋邊緣上的缺口通過固定在閥體上的銷子帶動閥體轉動，閥體通過其下端缺口和銷子，把轉向力矩傳給螺桿。由于轉向阻力的存在，要有足夠的轉向力矩才能使轉向螺桿轉動。這個轉矩促使扭桿軸發(fā)生彈性扭轉，造成閥體的轉動角度小于閥芯的轉動角度，兩者產生相對角位移。通下動力腔的進油縫隙減小 (或封閉 )，回油縫隙增大，油壓降低 。通上動力腔的進油縫隙增大而回油縫隙減小 (或關閉 )，油壓升高，上、下動力腔產生油壓差，齒條一活塞便在上、下動力腔油壓差的作用下移動，產生助力作用。此時，來自轉向 油泵的壓力油通過槽隙流向動力缸上腔，動力缸下腔的油則通過閥體徑向孔、槽隙、閥芯徑向孔和回油口流回流向儲油罐。 16 (a)左行駛 (b)右行駛 圖 左右行駛時轉閥的工作情況 右轉彎時轉向器工作過程與左轉彎時基本相似，如圖 所示。不同的是由于轉向方向相反，造成閥體和閥芯的角位移相反，齒條一活塞下腔油壓升高而上腔油壓降低，產生右轉向助力。 當轉向盤停在某一位置不再繼續(xù)轉動時，閥體隨轉向螺桿在液力和扭桿軸彈力的作用下，沿轉向盤轉 動方向旋轉一個角度，使之與閥芯的相對角位移量減小，上、下動力腔油壓差減小，但仍有一定的助力作用。此時的助力轉矩與車輪的回正力矩相平衡，使車輪維持在某一轉向位置上。在轉向過程中，若轉向盤轉動的速度快，閥體與閥芯的相對角位移量也大，上、下動力腔的油壓差也相應加大，前輪偏轉的速度也加快，如轉向盤轉動的慢，前輪偏轉的也慢 。若轉向盤轉在某一位置上不變，對應著前輪也轉在某一位置上不變。此即稱 “漸進隨動原理 ”，也就是 “快轉快助，大轉大助，不轉不助 ”原理。轉向后需回正時，如果駕駛員放松轉向盤，閥芯回到中間位置，失去了助力作 用，此時轉向輪在回正力矩的作用下自動回位 :若駕駛員同時回轉轉向盤時，轉向助力器助力，幫助車輪回正。 當汽車直線行駛偶遇外界阻力使轉向輪發(fā)生偏轉，阻力矩通過轉向傳動機 構，作用在閥體上，使之與閥心之間產生相對角位移，產生了反相的推力作用， 在此力作用下，轉回輪迅速回正。 功率 p 從轉向軸輸入，經轉向搖臂軸輸出所求得的效率為正效率，用符號 ?? 表示， 17 反之稱為逆效率，用符號 ?? 表示，為了保證轉向時駕駛員轉動轉向盤輕便，要求正效率高 [10]；為了保證汽車轉向后轉向輪和轉向盤能自動返回直線行駛位置，又需要有一定的逆效率。 轉向器的正效率與轉向器的類型、結構特點、結構參數(shù)和制造質量等有關。在前述四種轉向器中，齒輪齒條式、循環(huán)球式轉向器的正效率比較高，而蝸桿指銷式特別是鼓動銷和蝸桿滾輪式轉向器的正效率要