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1、第十三章轉向系,主要內容： 13.1 轉向方式與轉向原理轉向器 13.2 輪式車輛轉向系 重點：轉向系統(tǒng)的基本組成及其工作原理 難點： 車輛轉向原理；各種轉向方式的工作原理；,13.1 轉向方式與轉向原理,一、轉向方式（有三種） 1、靠車輛的輪子相對車身偏轉一個角度來實現(xiàn)； 2、靠改變行走裝置兩側的驅動力來實現(xiàn)； 3、既改變兩側行走裝置的驅動力又使輪子偏轉。 汽車與大多數輪式拖拉機采用第一種轉向方式，履帶拖拉機和無尾輪手扶拖拉機采用第二種轉向方式，有尾輪手扶拖拉機及輪式拖拉機在某種情況下（如在田間作業(yè)時）采用第三種轉向方式。,偏轉車輪轉向的幾種型式,,a-偏轉前輪 b-偏轉后輪 c-偏轉前
2、后輪 d-折腰,二、輪式車輛轉向理論分析,（一）運動學分析 輪式車輛順利完成轉向的基本要求：各車輪作純滾動。 為了滿足這一要求，車輛在轉向時各車輪軸心線應通過同一瞬心軸線，其投影點如圖3-2中O點，水平投影車輛轉向時車身繞瞬心O點轉動。因車輛轉向時的轉彎半徑R隨前輪偏轉角的變化而變化，所以稱O點為瞬時轉向中心。,轉向演示,輪式車輛轉向過程,,a-前輪轉向 b-四輪異相位轉向,后輪驅動的42輪式車輛轉向,對于后輪驅動的42輪式車輛，轉向時必須滿足以下三個條件： （1）通過駕駛人員的操縱來實現(xiàn)前輪的偏轉，車輪的偏轉的程度決定了車輛的轉彎半徑； （2）兩前輪作純滾動； （3）兩后輪作純
3、滾動。,,,,兩輪偏轉角的關系,該式即為阿克曼公式。 式中：M兩轉向節(jié)立軸與前輪軸心線交點之間距離； L 車輛前后軸距。 若為前、后輪同時異相位偏轉轉向，如圖3-2b則式3-1為：,（2）兩前輪作純滾動，要求內側前輪偏轉角 比外側前輪偏轉角 要大，內、外側前輪偏轉角的關系為：,,（3-1）,兩側驅動輪的轉速關系,轉向時，兩個驅動輪在同一時間內走過的路程是不相等的，外側驅動輪轉得要快，而內側驅動輪轉得慢，即,,式中：n1、 n2分別為慢、快速側驅動輪轉速； R轉彎半徑； B后軸輪距。,（二）動力學分析,車輛在轉向時的受力比較復雜。為便于分析做以下假設： （1）四輪車輛的兩前輪直接裝在同
4、一前軸上，前軸中間與機體鉸接； （2）車輛是低速轉向，這樣可以不考慮離心慣性力的影響。 輪式車輛在水平地面上直行和低速穩(wěn)定轉向時的受力如圖3-3、圖3-4所示。,輪式拖拉機等速直線行駛受力,,,式中： Pq驅動輪的總推動力，即兩側驅動輪推力 Pq1與 Pq2之和； Pfc 前輪滾動阻力，每側前輪滾動阻力為05Pfc Pfq 驅動輪滾動阻力，每側驅動輪滾動阻力為05Pfq； PT 掛鉤牽引阻力。,輪式拖拉機等速轉向行駛受力,,轉向時的牽引平衡方程為：,,式中： 轉向時驅動輪的總推力，為兩側驅動輪推力與之和； 轉向時掛勾牽引力； 作用線與車輛縱向對稱軸線間
5、的夾角。,,,,,總轉向阻力矩,,車輛轉向時，土壤作用于車輛、并相對于O2點的總轉向阻力矩為各項阻力矩之和，即：,式中： 分別為前、后輪的轉向阻力矩； LTPT作用點至O2點的間距。,車輪的轉向力矩,,車輛轉向時，地面作用于車輪的轉向力矩為 ：,因輪式車輛后橋（驅動橋）裝有差速器，能將中央傳動傳來的力矩近似平均地分配給兩則驅動輪，所以可以假定 = ，因而式上式可寫成,,,,轉向時力矩的平衡,根據穩(wěn)定轉向的條件，轉向力矩與轉向阻力矩相平衡，即：,,,,前輪和土壤間的側向附著性能,轉向力PB是土壤對偏轉的前輪產生的軸向反力，因而PB的大小取決于前輪和土壤間的側向附著性能。,,前輪側向
6、附著系數。前輪胎面的縱向環(huán)狀條形花紋可增大 值； Gc 前輪對土壤的垂直作用力。,,13.2 輪式車輛轉向系,一、偏轉車輪式轉向系統(tǒng)基本組成,轉向操縱機構 轉向器 轉向傳動機構,分類,機械轉向系,轉向盤,轉向軸,轉向萬向節(jié),轉向器,轉向搖臂,轉向直拉桿,轉向節(jié)臂,轉向節(jié),梯形臂,橫拉桿,轉向梯形,機械式轉向系的工作過程,動力轉向系,機械轉向器,轉向搖臂,轉向拉桿,轉向節(jié),梯形臂,轉向橫拉桿,轉向油罐,轉向油泵,轉向控制閥,轉向動力缸,二、轉向操縱機構及轉向器,,1-轉向節(jié)臂 2-橫拉桿 3-轉向拉桿 4-前軸 5-縱拉桿 6-轉向搖臂 7-轉向器 8-方向盤,（一）轉向操縱機構 方向盤 操
7、縱桿兩類 輪式車輛方向盤的自由行程為20o30o。,（二）轉向器,功用： 增大轉向盤傳到轉向節(jié)的力，并改變力的傳遞方向。 概念： 正向傳動：作用力從轉向盤傳到轉向搖臂的過程。 逆向傳動：轉向搖臂將地面的沖擊力傳到轉向盤的過程。,（二）轉向器,概念： 極限可逆式轉向系：當地面沖擊力很大時，沖擊力才能傳到轉向盤上，即正效率遠大于逆效率的轉向器。 轉向盤由行程：轉動轉向盤消除傳動副之間的間隙后，車輪才偏轉，此時轉向盤轉過的角度為轉向盤自由行程。,1球面蝸桿滾輪式轉向器,其傳動副是一個球面蝸桿和帶有幾個齒的滾輪構成。,,1-下蓋 2-殼體 3-球面蝸桿 4-錐軸承 5-轉向軸 6-滾輪軸 7-
8、滾針 8-三齒滾輪 9-調整墊片 10-U型墊圈 11-螺母 12-銅套 13-搖臂 14-搖臂軸,結構：有兩級傳動副：第一級是螺桿螺母循環(huán)球，因鋼球夾入螺桿螺母之間，變滑動摩擦為滾動摩擦，提高了傳動效率。,第一級螺桿螺母傳動副,第二級齒條齒扇傳動副,2.螺桿螺母循環(huán)球式轉向器,循環(huán)球式轉向器工作過程,特點： 正傳動效率很高，操縱輕便，使用壽命長。但逆效率也高，容易將路面沖擊力傳到轉向盤上。,3螺桿曲柄指銷式轉向器,,該轉向器的傳動副以轉向蝸桿5為主動件，其從動件是裝在搖臂軸2上曲柄4端部的指銷。曲柄銷插在蝸桿的螺旋槽中。轉向時蝸桿轉動，使曲柄銷繞搖臂軸作圓弧運動，同時帶動搖臂軸轉動。,4齒輪
9、齒條式轉向器,齒輪齒條轉向機構由方向盤、轉向軸、方向節(jié)、轉動軸、轉向器、轉向傳動桿和轉向輪等組成。 方向盤操縱轉向器內的齒輪轉動，齒輪與齒條緊密嚙合，推動齒條左、右移動，通過傳動桿帶動轉向輪擺動，從而改變轎車行駛的方向。,齒輪齒條式轉向器圖示,轉向過程： 轉向盤轉向軸萬向節(jié)轉向器轉向輪,,齒輪齒條式轉向器的工作過程,特點：,與蝸桿扇形齒輪等其它類型的轉向機構比較，省去了轉向搖臂和轉向縱拉桿，簡化傳動機構，具有構件簡單，傳動效率高的優(yōu)點。 而且它的逆?zhèn)鲃有室哺?，在車輛行駛時可以保證偏轉車輪的自動回正，駕駛者的路感性強。 應用： 上海桑塔納、天津夏利、南京依維柯輕型貨車,三、轉向傳動機構,功用：
10、 將轉向器輸出的力傳給轉向輪，且使二轉向輪偏轉角按一定的關系變化，實現(xiàn)汽車順利轉向。 要求： 較大的剛度和強度 吸收振動、緩沖 分類： 前置式、后置式 非獨立懸架配用轉向傳動機構、獨立懸架配用轉向傳動機構、,配合非獨立懸架的轉向傳動機構,,1-轉向器 2-搖臂 3-縱拉桿 4-節(jié)臂 5-梯形臂 6-橫拉桿,配合獨立懸架轉向傳動機構,,1-搖臂 2-直拉桿 3、4左右橫拉桿 5、6-左右梯形臂7-搖桿 8、9-懸架左右擺臂,配獨立懸架的轉向傳動機構,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懸架左擺管；9懸架,獨立懸架轉向傳動機構的特點,當轉
11、向輪獨立懸掛時，每個轉向輪都需要相對于車架作獨立運動，因而轉向橋必須是斷開式的。與此相應，轉向傳動機構中的轉向梯形也必須分成兩段或三段，并且由在平行于路面的平面中擺動的轉向搖臂直接帶動或通過轉向直拉桿和轉向節(jié)臂帶動。,轉向傳動機構部件,1、轉向搖臂 大端與轉向搖臂軸相連，小端與轉向拉桿絞接。 搖臂與搖臂軸安裝時要對正記號，以保證搖臂從中間向兩邊擺動時擺角大致相同。,2、轉向主拉桿,在轉向輪偏轉而且因懸架彈性變形而相對于車架跳動時，轉向直拉桿與轉向搖臂及轉向節(jié)臂的相對運動都是空間運動。因此，為了不發(fā)生運動干涉，三者之間的連接件都是球形鉸鏈。,接轉向節(jié)臂,螺塞 調彈簧6的預緊度,油嘴,球頭
12、銷,直拉桿,接轉向搖臂,3、轉向橫拉桿,兩接頭借螺紋與橫拉桿體連接。接頭旋裝到橫拉桿體上后，用夾緊螺栓夾緊。橫拉桿體兩端的螺紋，一為右旋，一為左旋。因此，在旋松夾緊螺栓以后，轉動橫拉桿體，可改變橫拉桿的總長度，來調節(jié)前輪前束,四、差速器,功用： 使左右車輪可以不同的轉速進行純滾動或直線行駛。將主減速器傳來的扭矩平均分給兩半軸，使兩側的車輪驅動力相等。 分類： 1、輪間差速器軸間差速器 2、普通差速器防滑差速器,（一） 簡單（普通）差速器,,1、2-半軸齒輪 3-行星齒輪 4-行星齒輪軸 5-差速器殼體 6-主減速器從動齒輪,1、運動學分析,差速器工作原理,A、運動特性： 直線行駛時： n1=n
13、2=nk,直線行駛時,當行星齒輪3只隨行星架繞差速器旋轉軸線公轉時，處在同一半徑r上的A、B、C三點的圓周速度都相等（圖3-17b），其值為 r。于是有：,,即差速器不起差速作用，兩半軸角速度等于差速器殼的角速度。,轉彎行駛時,由于自轉力矩的產生，行星齒輪與行星齒輪軸之間產生摩擦力矩。,路面對車輪的附加力P使行星齒輪受力不平衡，產生自轉力矩。,,,,P,P,由于行星齒輪的公轉與自轉同時發(fā)生，轉彎時外輪快轉，內輪慢轉，兩輪產生差速。,,,P,P,轉彎行駛時轉速關系,當行星齒輪除公轉外，還繞本身的行星齒輪軸以角速度,,自轉時，,嚙合點A的圓周速度為 嚙合點B的圓周速度為,,,,,2動力學分析,在上
14、述差速器中，由中央傳動或主減速器傳來的轉矩M0經差速器殼、行星齒輪軸和行星齒輪傳給半軸齒輪。行星齒輪相當一個等臂杠桿，而兩個半軸齒輪半徑也是相等的。因此當行星齒輪沒有自轉時，總是將轉矩M0平均分配給左、右兩半軸齒輪，即：,,扭矩分配,轉向時行星齒輪孔與行星齒輪軸間以及齒輪背部與差速器殼之間都產生摩擦。行星齒輪所受的摩擦力矩MT方向與其轉速n4方向相反；此摩擦力矩使行星齒輪分別對左右半軸齒輪附加作用了大小相等兩方向相反的兩個圓周力F1和F2。F1使傳到轉得快的半軸上的轉矩M1減小，而F2卻使傳到轉得慢的右半軸上的轉矩M2增加。因此，當左右驅動車輪存在轉速差時，,,,快速側： 慢速
15、側：,,鎖緊系數K :,扭矩特性,直線行駛時，行星齒輪沒有自轉，轉矩平均分配給左、右半軸。,右轉彎時，行星齒輪自轉，產生摩擦轉矩M4，使轉速快的半軸1的轉矩減小，使轉速快的半軸2的轉矩增大，但由于M4，很小，半軸1、2的轉矩幾乎不變，仍為平均分配。,普通差速器結構,行星錐齒輪差速器,桑塔納轎車差速器分解圖,差速器工作情況,行星齒輪運動： 1、公轉 2、自轉,直線行駛時的差速器,轉彎行駛時的差速器,（二）防滑差速器,1、強制鎖住式差速器 在路況不好時，通過使用差速鎖，使兩根半軸連成一體，防止一側車輪打滑使另一側車輪不能驅動。 2、自鎖式差速器 在兩半軸轉速不等時，行星齒輪自轉，差速器所受摩擦力矩
16、與快轉半軸旋向相反，與慢轉半軸旋向相同，故能夠自動地向慢轉一方多分配一些轉矩。,差速鎖結構簡圖,,a-半軸與差速器殼聯(lián)接 b-兩半軸聯(lián)接,牙嵌自由輪式差速器,,1、2-差速器殼體 3-主動環(huán) 4-從動環(huán) 5-彈簧 6-墊圈 7-花鍵轂 8-消聲環(huán) 9-中心環(huán) 10-卡環(huán) 11-中心環(huán)裝配孔,牙嵌自由輪式差速器工作原理,,1、2-差速器殼體 3-主動環(huán) 4-從動環(huán) 5-彈簧 6-墊圈 7-花鍵轂 8-消聲環(huán) 9-中心環(huán) 10-卡環(huán) 11-中心環(huán)裝配孔,2滑塊凸輪式差速器,,1-外凸輪 2、7-左、右差速器殼體 3、4-卡環(huán) 5-滑塊 6-內凸輪,,,,滑塊凸輪式差速器工作原理,五、轉向加
17、力裝置,采用動力轉向的車輛轉向所需的能量，在正常情況下，只有小部分是駕駛員提供的體能，而大部分是發(fā)動機所提供的其它動力，如液壓或電力，并在駕駛員控制下，對轉向傳動裝置或轉向器中某一傳動件施加不同方向的作用力，這樣的轉向裝置，統(tǒng)稱為轉向加力裝置，按所用動力的多少，中分助力式和全動力式兩種。,轉向加力裝置功用及分類,功用： 在轉向阻力較大時，可以減輕駕駛員的疲勞強度，改善轉向系統(tǒng)的技術性能。 分類： 液壓式： 工作時無噪聲，工作滯后時間短，且能吸收來自不平路面的沖擊。 氣壓式： 前軸最大軸載質量為37噸并采用氣壓制動的貨車或轎車。 電動式：電動執(zhí)行部分為電動機,,,（a）直行 （b）右轉彎
18、 (c）左轉彎,具有路感反饋功能的轉向助力器,（一）液壓助力轉向,具有路感反饋功能的轉向助力器圖注,1-液壓油箱 2-溢流閥 3-齒輪泵 4-量孔 5-單向閥 6-安全閥 7-滑閥 8-反作用柱塞 9-閥體 10-回位彈簧 11-轉向螺桿 12-轉向螺母 13-縱拉桿 14-轉向搖臂 15-油缸,助力器圖,工作過程,方向盤不動時滑閥處于中立位置（圖3-23（a））。 向右轉動方向盤時，由于前輪上的轉向阻力。開始時螺母12不動，螺桿11右移，滑閥7也隨之右移。 這時，油泵來油經C環(huán)槽進入油缸L腔，推動活塞右移，R腔內的油經B環(huán)槽排回油箱。 活塞桿推動轉向搖臂擺動，使前輪向右偏轉，同時使螺桿
19、左移，滑閥回到中立位置，這時活塞就停止在此位置不再右移，即方向盤對車輪實現(xiàn)伺服控制。 若需連續(xù)向右轉向，就應繼續(xù)向右轉動方向盤。,路感,右移的滑閥必須克服油壓作用在反作用柱塞8上的油壓力和回位彈簧10的張力，使滑閥7右移靠住閥體9，在轉向過程中，對置的反作用柱塞之間充滿高壓油，而油壓又與轉向阻力成正比，此力傳到駕駛員手上，使駕駛員能感到轉向阻力變化的情況，即有路感。,單向閥5的作用,單向閥5布置在進油道與回油道之間。正常轉向時，進油道為高壓，回油道為低壓，單向閥被油壓和彈簧力所關閉。 若油泵失效，人力轉向時，進油道變?yōu)榈蛪海赜偷绖t由于活塞的泵油作用而具有一定的油壓、在此壓力差的作用下，使
20、單向閥5打開，進、回油道相通，油自油缸的一腔流向另一腔，可減小人力轉向時的操縱力。,（二）電動助力轉向,,電動助力轉向系統(tǒng)圖注,1-點火開關 2-轉矩傳感器 3-轉向角傳感器 4-減速離合總成 5-電動機 6、12-繼電器 7-蓄電池 8-發(fā)電機 9-發(fā)動機 10-車速傳感器 11-ECU 13-轉向器 14-功率控制裝置,電動助力圖,電動助力轉向控制系統(tǒng),,（三）全液壓動力轉向系統(tǒng),全液壓動力轉向是由液壓轉向器代替了機械式轉向器，并由軟管和轉向油缸連接，常用于重型車輛，如工程上常用的輪式挖掘機、鏟運機和大馬力四輪驅動拖拉機。 在前、后車體鉸鏈處的兩側各有一個轉向油缸，通過方向盤操縱全液壓轉向器時，一側的油缸進油，另一側的油缸排油，使前、后車架發(fā)生相對轉動并實現(xiàn)車輛轉向。,,1-轉向油缸 2-液壓油箱 3-方向盤 4-液壓轉向器 5-油泵6-前車體 7-連接銷 8-后車體,折腰轉向車輛全液壓動力轉向,全液壓動力轉向系統(tǒng),,1-油泵總成 2-單向閥 3-轉閥總成 4-方向盤 5-控制閥 6-閥套 7-轉向油缸 8-濾清器 9-油缸 10-止回閥 11-計量泵,液壓動力轉向器,,,,,,,,,,,,,直線行駛,右轉向時,,,,,,,,,,,,,左轉向時,,,,,,,,,,,,,(二)轉向油泵,進油口,出油口,葉片式油泵,葉片式轉向油泵工作過程,
拖拉機轉向機構
