汽车转向系统的设计论文毕业设计说明

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1、 . . . 毕业设计（论文）（说 明 书）题 目：汽车转向系统的设计姓 名：、编号：、技术学院 年 月 日、技术学院毕业设计 （论文） 任 务书 、 专业汽车运用技术 任 务 下 达 日 期年月日设计（论文）开始日期年月日设计（论文）完成日期年月日A编制设计B设计专题（毕业论文）指 导教师 、 系（部）主 任 、 年 月 日、技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录机械工程 系 汽车运用技术 专业，学生于年月日进行了毕业设计（论文）答辩。设计题目： 汽车转向系统的设计 专题（论文）题目： 汽车转向系统的设计 指导老师： 、 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩

2、委员会讨论评定，给予学生毕业设计（论文）成绩为 。答辩委员会人,出席人 答辩委员会主任（签字）：答辩委员会副主任（签字）：答辩委员会委员：， ， , ，、技术学院毕业设计（论文）评语第页共页学生： 、 专业 汽车运用技术 年级 2009级 毕业设计（论文）题目：汽车转向系统的设计评阅 人：指导教师：（签字） 年 月 日成 绩：系（科）主任：（签字） 年 月 日毕业设计（论文）与答辩评语：39 / 43摘 要汽车在行驶的过程中，经常需要改变行驶的方向，称为转向。轮式汽车行驶是通过转向轮(一般是前轮)对汽车纵向轴线偏转一定角度来实现的。驾驶操纵用来改变或恢复汽车行驶方向的专用机构称为汽车转向系统。

3、常用的汽车转向系统分为非动力转向系统和动力转向系统两大类。非动力转向系统又称机械式转向系统，是以人的体力为动力源，其中所有的传力器件都是机械的，主要由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三部分组成，其中转向器是汽车转向系统的重要零部件，其性能的好坏直接影响汽车行驶的安全性和可靠性。汽车动力转向系统(Power Steering System)，亦可称作转向加力系统，是在机械转向系的基础上增设了一套转向加力装置所构成的转向系统。汽车电动助力转向系统具有传统液压动力转向系统无法比拟的优势，是汽车动力转向发展的必然趋势。电动助力转向采用电动机直接提供助力，助力大小由电控单元(ECU)控制。它能节约能量

4、，提高安全性，且有利于环保，是一项紧扣现代汽车发展主题的高新技术。关键词:电动助力转向；助力特性；控制策略ABSTRACTThe car in the process often requires a change of the direction and called to the car through. Wheel type turns to wheel (is generally front wheel) vertical axis of the car sheered to be implemented. A control is used to change or return t

5、he car in the private sector is called the car turned the system. Commonly used system for the car turned into a power steering system and power steering system two categories.Have power steering system also referred to the system is based on mechanical mans strength is, of all of force is a mechani

6、cal device, is to control and turned to the organization of three parts of the car turned is an important component system, the performance of the direct impact on the road safety and reliability.The system power steering power steering (Power Steering System) the system also called to boost, in tur

7、n to the department of machinery on the basis of an auxiliary steering apparatus is boost of the system. The car to the electric power steering systems of traditional hydraulic power to the system cannot compare with is the power to the inevitable trend of development.Electric power steering adopts

8、a direct offer help, help the size of the unit (electronic control unit) control. It can save energy and enhanced security, and the environmental protection, is a stick to the development of modern technology.Key words: Electric power steering ； help feature ； control strategy目录摘 要1ABSTRACT2目录3第1章 绪

9、言41.1 转向系统的发展历史41.2 转向系统的概述81.3转向系统的功用101.4 转向系统的设计要求111.5 转向系统的发展趋势12第2章 机械转向系统162.1概述162.2液压助力转向系统的使用与维护192.3机械循环球式转向器的检修21第3章 动力转向系统223.1 概述223.2 转向助力泵的工作原理与使用维护293.3齿轮齿条式转向器的检修303.4 转向油泵的检修30第4章 汽车转向系统故障诊断与排除334.1机械转向系统的故障判断与排除334.2动力转向系统的故障判断与排除35致38参 考 文 献39第1章 绪论1.1 转向系统的发展历史转向系统的发展历史汽车发展了一百多

10、年，到今天，转向系统也历经了长时间的演进，很大程度上也促进了汽车的发展。 传统转向系统 传统的汽车转向系统是机械系统，汽车的转向运动是由驾驶员操纵方向盘，通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮而实现的。普通的转向系统建立在机械转向的基础上，通常根据机械式转向器形式可以分为：齿轮齿条式、循环球式、蜗杆滚轮式、蜗杆指销式。常用的有两种是齿轮齿条式和循环球式(用于需要较大的转向力时)。这种转向系统是我们最常见的，目前大部分低端轿车采用的就是齿轮齿条式机械转向系统。 从上世纪四十年代起，为减轻驾驶员体力负担，在机械转向系统基础上增加了液压助力系统HPS(hydraulic power steering

11、)，它是建立在机械系统的基础之上的，额外增加了一个液压系统，一般有油泵、V形带轮、油管、供油装置、助力装置和控制阀。由于其工作可靠、技术成熟至今仍被广泛应用。现在液压助力转向系统在实际中应用的最多，根据控制阀形式有转阀式和滑阀式之分。这个助力转向系统最重要的新功能是液力支持转向的运动，因此可以减少驾驶员作用在方向盘上的力。 虽然传统转向系统工作最可靠，但是也存在很多固有的缺点，传统转向系统由于方向盘和转向车轮之间的机械连接而产生一些自身无法避免的缺陷：汽车的转向特性受驾驶员驾驶技术的影响严重；转向传动比固定，使汽车转向响应特性随车速、侧向加速度等变化而变化，驾驶员必须提前针对汽车转向特性幅值和

12、相位的变化进行一定的操作补偿，从而控制汽车按其意愿行驶。这就变相地增加了驾驶员的操纵负担，使汽车转向行驶存在很大的不安全隐患；液压助力转向系统经济性差，一般轿车每行驶一百公里要多消耗0.30.4升的燃料；另外，存在液压油泄漏问题，对环境造成污染，在环保性能被日益强调的今天，无疑是一个明显的劣势。 电液动力转向系统 近年来，随着电子技术的不断发展，转向系统中愈来愈多的采用电子器件。相应的就出现了电液助力转向系统。电液助力转向可以分为两大类：电动液压助力转向系统EHPS(electro-hydraulic power steering)、电控液压助力转向ECHPS(electronically c

13、ontrolled hydraulic power steering)。EHPS是在液压助力系统基础上发展起来的，其特点是原来有发动机带动的液压助力泵改由电机驱动，取代了由发动机驱动的方式，节省了燃油消耗。ECHPS是在传统的液压助力转向系统的基础上增加了电控装置构成的。电液助力转向系统的助力特性可根据转向速率、车速等参数设计为可变助力特性，使驾驶员能够更轻松便捷的操纵汽车。 现代电液动力转向系统主要通过车速传感器将车速传递给电子元件，或微型计算机系统，控制电液转换装置改变动力转向的助力特性，使驾驶员的转向手力根据车速和行驶条件变化而改变，即在低速行驶或转急弯时能以很小的转向手力进行操作，在高

14、速行驶时能以稍重的转向手力进行稳定操作，使操纵轻便性和稳定性达到最合适的平衡状态。 为了保证转向轻便性，要求增大转向器的传动比。但是，增大角传动比虽然可以减小转向盘上的手力，但同时也造成汽车对操纵的反应减慢，甚至有可能导致驾驶员没有能力来转动转向盘进行紧急避障等转向操作，即不够“灵”。 机械式转向器的设计目标是保证汽车在各种行驶条件下将转向盘上的手力保持在驾驶员能接受的合理围，同时保证适当的转向灵敏度。但是机械式转向器的结构特点注定“轻”与“灵”矛盾的存在(包括变传动比机械转向器)， 而电液助力转向系在一定程度上解决了这一矛盾。EHPS相比传统HPS降低了能源损耗。但电液动力转向系统，不论EC

15、HPS还是EHPS都与传统的HPS一样存在液压油泄漏问题。 电动助力转向系统 电动转向系统EPS(Electric Power Steering)把一个机械的系统和一个电控的电动马达结合在一起形成的一个动力转向系统。与液压系统不同的是，助力改由电机提供，因此，要有一个力矩传感器来测量作用在方向盘上的力矩，由电子控制单元来计算所需要的力矩。作用在方向盘上的力矩曲线由一个电动马达来分配。通过电动马达提供转向所必须要的力，它通过一个减速器作用在转向柱上，在循环球式的传动装置中，直接作用在齿扇上的力太大，因此大多选用齿轮齿条转向器。根据助力位置不同分为三种形式：1.转向柱助力式.2.小齿轮助力式.3.

16、齿条助力式. 由于EPS改由电机提供助力，助力大小由电控单元ECU实时调节与控制，可以较好解决汽车操纵时轻与灵的矛盾。电动助力转向最早应用在微型汽车上，1988年2月日本铃木公司首次在其Carve车上装备，目前电动助力转向系统主要应用在轿车上，并逐渐从微型轿车向更大型轿车和商务车发展。其优点有： 1. EPS能在各种行驶工况下提供最佳助力，减小由路面不平所引起的对转向系统的扰动，改善汽车的转向特性，减轻汽车低速行驶时的转向操纵力，提高汽车高速行驶时的转向稳定性，进而提高汽车的主动安全性。并且可通过设置不同的转向手力特性来满足不同使用对象的需要。 2. EPS只在转向时电动机才提供助力(不像HP

17、S，即使在不转向时，油泵也一直运转)，因而能减少燃料消耗。 3. 由于直接由电动机提供助力，电动机由蓄电池供电，因此EPS能否助力与发动机是否起动无关，即使在发动机熄火或出现故障时也能提供助力。 4. EPS取消了油泵、皮带、皮带轮、液压软管、液压油与密封件等，其零件比HPS大大减少，因而其质量更轻、结构更紧凑，在安装位置选择方面也更容易，并且能降低噪声。 5. EPS没有液压回路，比HPS更易调整和检测，装配自动化程度更高，并且可以通过设置不同的程序，快速与不同车型匹配，因而能缩短生产和开发周期。 6. EPS不存在渗油问题，消除了液压助力中液压油泄漏问题，可大大降低保修成本，减小对环境的污

18、染，改善了环保性。 7. EPS比HPS具有更好的低温工作性能。 电动助力转向目前已成为世界汽车技术发展的研究热点之一。 电子转向系统 电子转向系统取消了方向盘与转向轮之间的机械连接，改而由方向盘模块、转向执行模块和主控制器ECU三个主要部分以与自动防故障系统、电源等辅助模块组成。电子转向系统SBW(Steer-By-Wire)是汽车转向方面最为先进和前沿的技术之一，具有很多优点： 1. 取消了方向盘和转向车轮之间的机械连接，通过软件协调它们之间的运动关系，因而取消了它们之间的机械约束和干涉，使之可以相对独立运动，因而可以实现传动比的任意设置，可以根据车速和驾驶员喜好由程序根据汽车的行驶工况实

19、时设置传动比。同时还可以从信号中提出最能够反映汽车行驶状态的信息，作为方向盘回正力矩的控制变量，使方向盘仅仅提供驾驶员有用信息，以减轻驾驶员的体力脑力负荷，提高“人-车闭环系统”对道路的跟踪特性。同时由于减少了机构部件数量，而减少了从执行机构到转向车轮之间的传递过程，使系统惯性、系统摩擦和传动部件之间的总间隙都得以降低，从而使系统的响应速度和响应的准确性得以提高。 2 电子转向系统采用了软件控制，因而可以把转向系统与其它主动安全设备如ABS、汽车动力学控制、防碰撞、轨道跟踪、自动导航以与自动驾驶等功能相结合，实现对汽车的整体控制，提高汽车整体稳定性，且实现了ITS中的汽车辅助转向功能。 3 电

20、子转向系统在实现上述操作性能上的突破的同时也带来了可观的经济性和环境效益。 4 电子转向系统是通过一个通用的执行器来调整转向的。要对汽车转向的动力性进行调整，必须使用一个转角传感器，这并不影响方向盘对车轮的快速调整。另一方面，一个力矩传感器也是必须的，它将对汽车转向的调整和自动驾驶起重要作用。因此，驾驶员通过提供到方向盘的力矩知道正确的方向，并通过进一步的引导控制系统来进行评估。 5 与“电子驾驶”和“电子停车”一起，它提供了把它们实际化的条件，并且把动力性和汽车控制统一到一个系统中。 6 对汽车生产商的好处。传统转向系中转向柱安装要求提供足够的空间(左手或右手驾驶)，而电子转向严格的控制了转

21、向柱在发动机间隔的自由度，表明了机械式的转向柱没有很好的利用发动机的空间。 7 对将来的好处：提供转向的舒适性，路况作为评估系统，只有有用的信息才提供给驾驶员；方向盘的回馈力矩和转向传动比能通过软件不断的调整，因此，可以使转向系统对任何目标和环境进行调整，而不需要对系统进行重新设计；没有转向柱减少了驾驶员在事故中受伤的危险；转向行为(减速、加速、自动转向)都被软件记录，为再以后的继续完善提供了第一手的资料。 SBW可以追溯到二十世纪六十年代末，当时德国Kassel Mann等试图将转向盘与转向车轮之间通过导线连接，由于电子和控制技术的制约，一直无法在实车上实现，到1990年左右，世界上各大汽车

22、厂商、研发机构等先后对SBW深入研究，到目前为止，在一些概念车上安装了改系统，SBW预示着未来汽车的一个发展方向。 目前应用广泛的助力转向器是传统液压助力系统、电液助力系统和电动助力系统。数据表明，在世界围，电动转向器和电液转向器的使用会增加很快，2001年大约26.7%的安装在新车中的转向器是这种节能型的。即使是保守的估计，到2006年欧洲市场中电动转向器和电液转向器的份额会达到56%。 由于电动助力系统不仅可以提供汽车在高速下的操纵稳定性，还能减小转向系统的质量并节省能源，因而迎合了下一代汽车对环保的要求。根据汽车车型的不同，使用电动助力系统能够降低燃油费用达5%10%。但是由于目前汽车电

23、源和电机本身的一些原因，限制了电动助力在大型汽车上的应用。随着未来技术的不断发展和进步，这一问题将会得到解决。未来转向系统将会是以电动助力为主导，其他形式为辅。1.2 转向系统的概述汽车转向系统是指汽车上用来改变或恢复其行驶方向的专设机构称为汽车转向系统。汽车的转向系统是用来改变汽车行驶方向和保持汽车直线行驶的机构。 基本组成： (1)转向操纵机构 主要由转向盘、转向轴、转向管柱等组成。(2)转向器 将转向盘的转动变为转向摇臂的摆动或齿条轴的直线往复运动，并对转向操纵力进行放大的机构。转向器一般固定在汽车车架或车身上，转向操纵力通过转向器后一般还会改变传动方向。(3)转向传动机构 将转向器输出

24、的力和运动传给车轮(转向节)，并使左右车轮按一定关系进行偏转的机构。类型：按转向能源的不同，转向系统可分为机械转向系统和动力转向系统两大类。汽车转向系统分为两大类：机械转向系统和动力转向系统。完全靠驾驶员手力操纵的转向系统称为机械转向系统。借助动力来操纵的转向系统称为动力转向系统。动力转向系统又可分为液压动力转向系统和电动助力动力转向系统。就目前汽车上配置的助力转向系统和我能看到的资料，大致可以分为三类，一种是机械式液压动力转向系统；一种是电子液压助力转向系统；另外一种电动助力转向系统。1. 液压动力转向系统液压动力转向系统一般由液压泵、油管、压力流量控制阀体、V型传动皮带、储油罐等部件构成。

25、无论车是否转向，这套系统都要工作，而且在大转向车速较低时，需要液压泵输出更大的功率以获得比较大的助力。所以，也在一定程度上浪费了资源。可以回忆一下：开这样的车，尤其时低速转弯的时候，觉得方向比较沉，发动机也比较费力气。又由于液压泵的压力很大，也比较容易损害助力系统。还有，机械式液压助力转向系统由液压泵与管路和油缸组成，为保持压力，不论是否需要转向助力，系统总要处于工作状态，能耗较高，这也是耗资源的一个原因所在。一般经济型轿车使用机械液压助力系统的比较多。2电子液压助力转向系统(1)主要构件：储油罐、助力转向控制单元、电动泵、转向机、助力转向传感器等，其中助力转向控制单元和电动泵是一个整体结构。

26、(2)工作原理：电子液压转向助力系统克服了传统的液压转向助力系统的缺点。它所采用的液压泵不再靠发动机皮带直接驱动，而是采用一个电动泵，它所有的工作的状态都是由电子控制单元根据车辆的行驶速度、转向角度等信号计算出的最理想状态。简单地说，在低速大转向时，电子控制单元驱动电子液压泵以高速运转输出较大功率，使驾驶员打方向省力；汽车在高速行驶时，液压控制单元驱动电子液压泵以较低的速度运转，在不至于影响高速打转向的需要同时，节省一部分发动机功率。3. 电动助力转向系统(EPS)(1)英文全称是Electronic Power Steering，简称EPS，它利用电动机产生的动力协助驾车者进行动力转向。EP

27、S的构成，不同的车尽管结构部件不一样，但大体是雷同。一般是由转矩(转向)传感器、电子控制单元、电动机、减速器、机械转向器、以与畜电池电源所构成。(2)主要工作原理：汽车在转向时，转矩(转向)传感器会“感觉”到转向盘的力矩和拟转动的方向，这些信号会通过数据总线发给电子控制单元，电控单元会根据传动力矩、拟转的方向等数据信号，向电动机控制器发出动作指令，从而电动机就会根据具体的需要输出相应大小的转动力矩，从而产生了助力转向。如果不转向，则本套系统就不工作，处于standby(休眠)状态等待调用。由于电动电动助力转向的工作特性，你会感觉到开这样的车，方向感更好，高速时更稳，俗话说方向不发飘。又由于它不

28、转向时不工作，所以，也多少程度上节省了能源。一般高档轿车使用这样的助力转向系统的比较多。1.3转向系统的功用1减速和变速我们知道，只有当作用在驱动轮上的牵引力足以克服外界对汽车的阻力时，汽车才能起步和正常行驶。由实验得知，即使汽车在平直得沥青路面上以低速匀速行驶，也需要克服数值约相当于1.5汽车总重力得滚动阻力。以东风EQ1090E型汽车为例，该车满载总质量为9290kg（总重力为91135N），其最小滚动阻力约为1367N。若要求满载汽车能在坡度为30的道路上匀速上坡行驶，则所要克服的上坡阻力即达2734N。东风EQ1090E型汽车的6100Q-1发动机所能产生的最大扭距为353Nm（120

29、0-1400rpm）。假设将这以扭距直接如数传给驱动轮，则驱动轮可能得到的牵引力仅为784N。显然，在此情况下，汽车不仅不能爬坡，即使在平直的良好路面上也不可能匀速行驶。另一方面，6100Q1发动机在发出最大功率99.3kW时的曲轴转速为3000rpm。假如将发动机与驱动轮直接连接，则对应这一曲轴转速的汽车速度将达510km/h。这样高的车速既不实用，也不可能实现（因为相应的牵引力太小，汽车根本无法启动）。为解决这些矛盾，必须使传动系具有减速增距作用（简称减速作用），亦即使驱动轮的转速降低为发动机转速的若干分之一，相应地驱动轮所得到的扭距则增大到发动机扭距的若干倍。汽车的使用条件，诸如汽车的实

30、际装载量、道路坡度、路面状况，以与道路宽度和曲率、交通情况所允许的车速等等，都在很大围不断变化。这就要求汽车牵引力和速度也有相当大的变化围。对活塞式燃机来说，在其整个转速围，扭距的变化围不大，而功率的与燃油消耗率的变化却很大，因而保证发动机功率较大而燃油消耗率较低的曲轴转速围，即有利转速围很窄。为了使发动机能保持在有利转速围工作，而汽车牵引力和速度有能在足够大的围变化，应当使传动系传动比（所谓传动比就是驱动轮扭距与发动机扭距之比以与发动机转速与驱动轮转速之比）能在最大值与最小值之间变化，即传动系应起变速作用。2实现汽车倒驶汽车在某些情况下，需要倒向行驶。然而，燃机是不能反向旋转的，故与燃机共同

31、工作的传动系必须保证在发动机选择方向不变的情况下，能够使驱动轮反向旋转。一般结构措施是在变速器加设倒档（具有中间齿轮的减速齿轮副）。3必要时中断传动燃机只能在无负荷情况下起动，而且启动后的转速必须保持在最低稳定转速上，否则即可能熄火，所以在汽车起步之前，必须将发动机与驱动轮之间的传动路线切断，以便起动发动机。发动机进入正常怠速运转后，再逐渐地恢复传动系的传动能力，即从零开始逐渐对发动机曲轴加载，同时加大节气门开度，以保证发动机不致熄灭，且汽车能平稳起步。刚学驾驶车的朋友应该有比较深的认识吧，起动时忘踩离合或者离合放得太快就会“死火”。此外，在变换传动系传动比档位（换档）以与对汽车进行制动之前，

32、都有必要暂时中断动力传递。为此，在发动机与变速器之间，可装设一个依靠摩擦来传动，且其主动和从动部分可在驾驶员操纵下彻底分离，随后再柔和接合的机构离合器。同时，再汽车长时间停驻时，以与在发动机不停止运转情况下，使汽车暂时停驻，传动系应能较长时间中断传动状态。为此，变速器应设有空挡，即所有各档齿轮都能自动保持在脱离传动位置的档位。4差速作用当汽车转弯行驶时，左右车轮在同一时间滚过的距离不同，如果两侧驱动轮仅用以根刚性轴驱动，则二者角速度必然一样，因而在汽车转弯时必然产生车轮相对于地面滑动的现象。这将使转向困难，汽车的动力消耗增加，传动系某些零件和轮胎加速磨损。所以，我们需要在驱动桥装置具有差速作用

33、的部件差速器，使左右两驱动轮可以以不同的角速度旋转。1.4 转向系统的设计要求1汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转。2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。4转向传动机构和悬架导向装置产生的运动不协调，应使车轮产生的摆动最小。5转向灵敏，最小转弯直径小。6操纵轻便。7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。9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。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。转向轮的自动回正能力决定于转向轮的定

34、位参数和转向器逆效率的大小.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的自动回正能力。转向系中设置有转向减振器时，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。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22.5倍。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和转向盘转动圈数多少两项指标来评价。轿车转向盘从中间位置转到第一端的圈数不得超过2.0圈，货车则要求不超过3.0圈。1.5转向系统的发展趋势改革开放以来，我国汽车工业发展迅猛。作为汽车关键部件之一的转向系统也得到了相应的发展，基本已形

35、成了专业化、系列化生产的局面。有资料显示，国外有很多国家的转向器厂，都已发展成大规模生产的专业厂，年产超过百万台，垄断了转向器的生产，并且销售点遍布了全世界。1现代汽车转向装置的设计趋势适应汽车高速行驶的需要从操纵轻便性、稳定性与安全行驶的角度，汽车制造广泛使用更先进的工艺方法，使用变速比转向器、高刚性转向器。“变速比和高刚性”是目前世界上生产的转向器结构的方向。充分考虑安全性、轻便性随着汽车车速的提高，驾驶员和乘客的安全非常重要，目前国外在许多汽车上已普遍增设能量吸收装置，如防碰撞安全转向柱、安全带、安全气囊等，并逐步推广。从人类工程学的角度考虑操纵的轻便性，已逐步采用可调整的转向管柱和动力

36、转向系统。低成本、低油耗、大批量专业化生产随着国际经济形势的恶化，石油危机造成经济衰退，汽车生产愈来愈重视经济性，因此，要设计低成本、低油耗的汽车和低成本、合理化生产线，尽量实现大批量专业化生产。对零部件生产，特别是转向器的生产，更表现突出。汽车转向器装置的电脑化汽车的转向器装置，必定是以电脑化为唯一的发展途径。2现代汽车转向装置的发展趋势现代汽车转向装置的使用动态随着汽车工业的迅速发展，转向装置的结构也有很大变化。汽车转向器的结构很多，从目前使用的普遍程度来看，主要的转向器类型有4种：有蜗杆肖式(WP型)、蜗杆滚轮式(WR型)、循环球式(BS型)、齿条齿轮式(RP型)。这四种转向器型式，已经

37、被广泛使用在汽车上。据了解，在世界围，汽车循环球式转向器占45%左右，齿条齿轮式转向器占40%左右，蜗杆滚轮式转向器占10%左右，其它型式的转向器占5%。循环球式转向器一直在稳步发展。在西欧小客车中，齿条齿轮式转向器有很大的发展。日本汽车转向器的特点是循环球式转向器占的比重越来越大，日本装备不同类型发动机的各类型汽车，采用不同类型转向器，在公共汽车中使用的循环球式转向器，已由60年代的62.5%，发展到现今的100%了(蜗杆滚轮式转向器在公共汽车上已经被淘汰)。大、小型货车大都采用循环球式转向器，但齿条齿轮式转向器也有所发展。微型货车用循环球式转向器占65%，齿条齿轮式占35%。综合上述对有关

38、转向器品种的使用分析，得出以下结论：循环球式转向器和齿轮齿条式转向器，已成为当今世界汽车上主要的两种转向器;而蜗轮#0;蜗杆式转向器和蜗杆肖式转向器，正在逐步被淘汰或保留较小的地位。在小客车上发展转向器的观点各异，美国和日本重点发展循环球式转向器，比率都已达到或超过90%;西欧则重点发展齿轮齿条式转向器，比率超过50%，法国已高达95%。由于齿轮齿条式转向器的种种优点，在小型车上的应用(包括小客车、小型货车或客货两用车)得到突飞猛进的发展;而大型车辆则以循环球式转向器为主要结构。循环球式转向器特点：效率高，操纵轻便，有一条平滑的操纵力特性曲线。布置方便。特别适合大、中型车辆和动力转向系统配合使

39、用;易于传递驾驶员操纵信号;逆效率高、回位好，与液压助力装置的动作配合得好。可以实现变速比的特性，满足了操纵轻便性的要求。中间位置转向力小、且经常使用，要求转向灵敏，因此希望中间位置附近速比小，以提高灵敏性。大角度转向位置转向阻力大，但使用次数少，因此希望大角度位置速比大一些，以减小转向力。由于循环球式转向器可实现变速比，应用正日益广泛。通过大量钢球的滚动接触来传递转向力，具有较大的强度和较好的耐磨性。并且该转向器可以被设计成具有等强度结构，这也是它应用广泛的原因之一。变速比结构具有较高的刚度，特别适宜高速车辆车速的提高。高速车辆需要在高速时有较好的转向稳定性，必须保证转向器具有较高的刚度。可

40、调。齿条齿扇副磨损后可以重新调整间隙，使之具有合适的转向器传动间隙，从而提高转向器寿命，也是这种转向器的优点之一。我国的转向器生产，除早期投产的解放牌汽车用蜗杆#0;滚轮式转向器，东风汽车用蜗杆肖式转向器之外，其它大部分车型都采用循环球式结构，并都具有一定的生产经验。目前解放、东风也都在积极发展循环球式转向器，并已在第二代换型车上普遍采用了循环球式转向器。由此看出，我国的转向器也在向大量生产循环球式转向器发展。转向器生产专业化循环球式转向器在国外实现了专业化生产，同时以专业厂为主、大力进行试验和研究，大大提高了产品的产量和质量。在日本“精工”(NSK)公司的循环球式转向器就以成本低、质量好、产

41、量大，逐步占领日本市场，并向全世界销售它的产品。德国ZF公司也作为一个大型转向器专业厂著称于世。它从1948年开始生产ZF型转向器，年产各种转向器200多万台。还有一些比较大的转向器生产厂，如美国德尔福公司SAGINAW分部;英国BURM#0;AN公司都是比较有名的专业厂家，都有很大的产量和销售面。专业化生产已成为一种趋势，只有走这条道路，才能使产品质量高、产量大、成本低，在市场上有竞争力。动力转向是发展方向动力转向系统的应用日益广泛，不仅在重型汽车上必须装备，在高级轿车上应用的也较多，在中型汽车上的应用也逐渐推广。主要是从减轻驾驶员疲劳，提高操纵轻便性和稳定性出发;次要是从减小因在高速行驶中

42、前轮突然爆胎而造成的事故出发。虽然带来成本较高和结构复杂等问题，但由于优点明显，还是得到很快的发展。动力转向有3种形式：整体式、半分置式与联阀式动力转向结构。目前3种形式各有特点，发展较快，整体式多用于前桥负荷38t汽车，联阀式多用于前桥负荷5#0;18t汽车，半分置式多用于前桥负荷6t以上到超重型汽车。从发展趋势上看，国外整体式转向器发展较快，而整体式转向器中转阀结构是目前发展的方向。第2章 机械转向系统2.1 概述机械转向系以驾驶员的体力作为转向能源，其中所有传力件都是机械的。机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。1.1 概述机械转向系以驾驶员的体力作为转向能 l.转

43、向盘 2.安全转向轴 3.转向节 4.转向轮 5.转向节臂 6.转向横拉杆 7.转向减振器 8.机械转向器上图是一种机械式转向系统。驾驶员对转向盘1施加的转向力矩通过转向轴2输入转向器8。从转向盘到转向传动轴这一系列零件即属于转向操纵机构。作为减速传动装置的转向器中有1、2级减速传动副（右图所示转向系统中的转向器为单级减速传动副）。经转向器放大后的力矩和减速后的运动传到转向横拉杆6，再传给固定于转向节3上的转向节臂5，使转向节和它所支承的转向轮偏转，从而改变了汽车的行驶方向。这里，转向横拉杆和转向节臂属于转向传动机构。转向操纵机构转向操纵机构由方向盘、转向轴、转向管柱等组成，它的作用是将驾驶员

44、转动转向盘的操纵力传给转向器。 转向器转向器(也常称为转向机)是完成由旋转运动到直线运动(或近似直线运动)的一组齿轮机构，同时也是转向系中的减速传动装置。 目前较常用的有齿轮齿条式、循环球曲柄指销式、蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、蜗杆滚轮式等。我们主要介绍前几种。 1齿轮齿条式转向器 齿轮齿条式转向器分两端输出式和中间（或单端）输出式两种。 两端输出的齿轮齿条式转向器，作为传动副主动件的转向齿轮轴通过轴承和安装在转向器壳体中，其上端通过花键与万向节叉和转向轴连接。与转向齿轮啮合的转向齿条水平布置，两端通过球头座与转向横拉杆相连。弹簧通过压块将齿条压靠在齿轮上，保证无间隙啮合。弹簧的预紧力

45、可用调整螺塞调整。当转动转向盘时，转向器齿轮转动，使与之啮合的齿条沿轴向移动，从而使左右横拉杆带动转向节左右转动，使转向车轮偏转，从而实现汽车转向。中间输出的齿轮齿条式转向器如图所示，其结构与工作原理与两端输出的齿轮齿条式转向器基本一样，不同之处在于它在转向齿条的中部用螺栓与左右转向横拉杆相连。在单端输出的齿轮齿条式转向器上，齿条的一端通过外托架与转向横拉杆相连。 2循环球式转向器(1)组成循环球式转向器主要由螺杆、螺母、转向器壳体以与许多小钢球等部件组成，所谓的循环球指的就是这些小钢球，它们被放置于螺母与螺杆之间的密闭管路，起到将螺母螺杆之间的滑动摩擦转变为阻力较小的滚动摩擦的作用，当与方向

46、盘转向管柱固定到一起的螺杆转动起来后，螺杆推动螺母上下运动，螺母在通过齿轮来驱动转向摇臂往复摇动从而实现转向。在这个过程当中，那些小钢球就在密闭的管路循环往复的滚动，所以这种转向器就被称为循环球式转向器。(2)工作原理循环器式转向器由螺杆、螺母、钢球和导管、齿条、齿扇构成。由方向盘传动带动螺杆传动，通过钢球将力传给螺母，螺母将沿轴向移动。同时由于摩擦力的作用，所有钢球在螺杆和螺母的滚道流动，形成“球流”。钢球在螺母绕行两周后，流出螺母而进入导管，再由导管流回螺母通道，故在转向器工作时，两列钢球只是在各自的封闭通道循环，而不会脱出。螺母的轴向移动，通过齿条和齿扇，带动摇臂轴转动。(3)传动副啮合

47、间隙的调整装置传动副的啮合间隙是通过改变转向摇臂轴的轴向位置来实现的，即改变齿扇与螺母之间的相对位置。调整螺钉的圆头嵌在摇臂轴的端部的T形槽，其螺纹部分拧在侧盖上，并用螺母锁紧。螺钉旋入，则啮合间隙减小，反之啮合间隙变大。(4)循环球式转向器的特点正向传动效率很高（最高可达9095%），故操纵轻便，使用寿命长。同时其逆向传动效率也很高，随着道路行驶条件的改善，“打手”的现象明显减少，因此得到广泛应用。循环球式转向器是目前国外应用最广泛的结构型式之一， 一般有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。为了减少转向螺杆转向螺母之间的摩擦，二者的螺纹并不直接接触，其间装有多个钢球，

48、以实现滚动摩擦。转向螺杆和螺母上都加工出断面轮廓为两段或三段不同心圆弧组成的近似半圆的螺旋槽。二者的螺旋槽能配合形成近似圆形断面的螺旋管状通道。螺母侧面有两对通孔，可将钢球从此孔塞入螺旋形通道。转向螺母外有两根钢球导管，每根导管的两端分别插入螺母侧面的一对通孔中。导管也装满了钢球。这样，两根导管和螺母的螺旋管状通道组合成两条各自独立的封闭的钢球流道。转向螺杆转动时，通过钢球将力传给转向螺母，螺母即沿轴向移动。同时，在螺杆与螺母与钢球间的摩擦力偶作用下，所有钢球便在螺旋管状通道滚动，形成球流。在转向器工作时，两列钢球只是在各自的封闭流道循环，不会脱出。 3蜗杆曲柄指销式转向器 蜗杆曲柄指销式转向

49、器的传动副(以转向蜗杆为主动件，其从动件是装在摇臂轴曲柄端部的指销。转向蜗杆转动时，与之啮合的指销即绕摇臂轴轴线沿圆弧运动，并带动摇臂轴转动。 转向传动机构转向传动机构的功用是将转向器输出的力和运动传到转向桥两侧的转向节，使两侧转向轮偏转，且使二转向轮偏转角按一定关系变化，以保证汽车转向时车轮与地面的相对滑动尽可能小。 （1）与非独立悬架配用的转向传动机构 与非独立悬架配用的转向传动机构主要包括转向摇臂2、转向直拉杆3转向节臂4和转向梯形。在前桥仅为转向桥的情况下，由转向横拉杆6和左、右梯形臂5组成的转向梯形一般布置在前桥之后，如图9 a所示。当转向轮处于与汽车直线行驶相应的中立位置时，梯形臂

50、5与横拉杆6在与道路平行的平面(水平面)的交角90。 在发动机位置较低或转向桥兼充驱动桥的情况下，为避免运动干涉，往往将转向梯形布置在前桥之前，此时上述交角90，如图9 b所示。若转向摇臂不是在汽车纵向平面前后摆动，而是在与道路平行的平面向左右摇动，则可将转向直拉杆3横置，并借球头销直接带动转向横拉杆6，从而推使两侧梯形臂转动。 转向系统（2）与独立悬架配用的转向传动机构 当转向轮独立悬挂时，每个转向轮都需要相对于车架作独立运动，因而转向桥必须是断开式的。与此相应，转向传动机构中的转向梯形也必须是断开式的。 （3）转向直拉杆 转向直拉杆的作用是将转向摇臂传来的力和运动传给转向梯形臂(或转向节臂

51、)。它所受的力既有拉力、也有压力，因此直拉杆都是采用优质特种钢材制造的，以保证工作可靠。直拉杆的典型结构如图11所示。在转向轮偏转或因悬架弹性变形而相对于车架跳动时，转向直拉杆与转向摇臂与转向节臂的相对运动都是空间运动，为了不发生运动干涉，上述三者间的连接都采用球销。 (4）转向减振器随着车速的提高，现代汽车的转向轮有时会产生摆振（转向轮绕主销轴线往复摆动，甚至引起整车车身的振动），这不仅影响汽车的稳定性，而且还影响汽车的舒适性、加剧前轮轮胎的磨损。在转向传动机构中设置转向减振器是克服转向轮摆振的有效措施。转向减振器的一端与车身（或前桥）铰接，另一端与转向直拉杆（或转向器）铰接。2.2液压助力

52、转向系统的使用与维护随着汽车工业的发展，液压转向系统被广泛运用于汽车的转向机构中，特别是一些重型载重汽车，它以独特的转向轻巧灵活性，赢得广大用户的青睐。但由于液压转向系统较机械转向系统的故障率高，且故障不易判断，所以应加强学习这方面的知识，以便正确使用和维护液压转向系统，减少其故障发生率。液压转向机构是由液压和机械等两部分组成，它是以液压油做动力传递介质，通过液压泵产生动力来推动机械转向器，从而实现转向的。由于它是靠液压油来传递动力的，因此，要求系统有较好的密封性。另外，液压泵工作好坏、液压油量的多少以与清洁与否，都对液压转向机构产生很大的影响，因此在使用与维护中，这些问题都不容忽视。液压转向

53、机构在使用中容易出现的问题主要有转向沉重、转向跑偏、转向发摆和转向时有异响噪声等。转向沉重多是由于转向液压助力系统不起作用引起的，它与转向机械部分无关。导致转向沉重的具体原因有：液压油量不足；系统密封性能差，有空气进入液压系统部；液压泵的齿轮泵腔磨损严重或带动液压泵的皮带齿轮损坏，这些都可导致液压助力系统不起作用。转向跑偏现象多是由于检修转向器时装配或调整不当引起的，特别是转向器蜗轮蜗杆与液压油分配阀的装配与调整不当，都能引起转向跑偏，有时，两前轮的刹车调整不均匀也能引起新的跑偏。转向发摆现象多是由于转向连接机构松旷、前轮定位不当、两前轮轮胎的差异引起的。转向时有异响噪声多是由于驱动皮带轮松旷

54、、固定转向泵的螺栓松动或贮油器的液面过低引起的。结合以上几种情况，我们在实际工作中应正确使用和维护液压压转向机构。具体应做好以下几点：1定期检查转向液压油是否缺少，如缺少应与时补加，同时，定期清洗液压油杯与滤芯，防止液压油过脏或变质，建议每行驶30000km更换一次液压油；2在保养时，应检查转向泵皮带的松紧度，看是否有断口，如有应与时更换，松紧度应以手指按下1cm左右为宜;3定期检查液压系统的管接头是否有漏油现象，液压油管应尽量避开与其它部件的磨擦，以防止破损进气，同时，液压胶管应定期更换，防止胶管脱皮堵塞管道；4在维修转向器时，应安装调整得当，特别是蜗轮、蜗杆之间的装配，钢球一定要装够数，同

55、时钢片滑轨不准有变形，液压油分配阀与活塞腔壁要清洗干净，选用优质的、型号相配的油封以防止液压油的渗漏；5转向时，不可将方向“打死”，特别是在原地转向时，要留有一定的余量，保证液压转向系统处于正常工作状态。1.2 机械循环球式转向器总成拆装2.3 机械循环球式转向器的检修1、循环球式转向器的检修(1)检查蜗杆和球形螺母(滚珠)是否磨损严重或损坏。检查螺母是否能借本身重量顺利地在蜗杆轴上旋转：如发现有任何损伤，应修整或更换：(2)检查转向臂轴、推力垫圈和调整螺钉是否有磨损或损伤；检查转向臂轴的推力间隙(最大间隙应小于005mm)。(3)检查蜗杆轴承和油封磨损与损伤情况。视情况需要更换轴承、轴承座和

56、油封。(4)视情况需要更换蜗杆轴座圈和壳上外座圈。2.循环球转向器的调整（1）转向轴承预紧度的调整。通过增减转向器壳与下盖之间的垫片来调整轴承预紧度。调整好后，用手上下推动转向轴不得有松旷感，转向轴应转动灵活，所需扭矩符合要求。使用弹簧秤拉转向盘或转向轴测其拉力。（2）啮合副啮合间隙的调整。调整啮合间隙时，应首先使啮合副处于中间啮合位置，然后通过转向器侧盖上的调整螺钉改变摇臂轴的轴向位置，使啮合间隙合适。最后用锁紧装置锁紧。啮合间隙(不大于005 mm)正常后，用力摇动摇臂轴应无松旷感，在任何位置转动方向盘应轻便灵活。第3章 动力转向系统3.1概述动力转向系统是在驾驶员的控制下，借助于汽车发动

57、机产生的液体压力或电动机驱动力来实现车轮转向。所以动力转向系统也称为转向动力放大装置。动力转向系统又可分为液压动力转向系统和电动助力动力转向系统。使用机械转向装置可以实现汽车转向，当转向轴负荷较大时，仅靠驾驶员的体力作为转向能源则难以顺利转向。动力转向系统就是在机械转向系统的基础上加设一套转向加力装置而形成的。转向加力装置减轻了驾驶员操纵转向盘的作用力。转向能源来自驾驶员的体力和发动机(或电动机)，其中发动机(或电动机)占主要部分，通过转向加力装置提供。正常情况下，驾驶员能轻松地控制转向。但在转向加力装置失效时，就回到机械转向系统状态，一般来说还能由驾驶员独立承担汽车转向任务。动力转向机构是在

58、机械转向系统基础上增加了液压助力系统HPS(hydraulic power steering)，它是建立在机械系统的基础之上的，额外增加了一个液压系统，一般有油泵、V形带轮、油管、供油装置、助力装置和控制阀。由于其工作可靠、技术成熟至今仍被广泛应用。现在液压助力转向系统在实际中应用的最多，根据控制阀形式有转阀式和滑阀式之分。这个助力转向系统最重要的新功能是液力支持转向的运动，因此可以减少驾驶员作用在方向盘上的力。工作原理：1.方向盘 2.转向轴 3.转向中间轴 4.转向油管 5.转向油泵 6.转向油罐 7.转向节臂 8.转向横拉杆 9.转向摇臂 10.整体式转向器 11.转向直拉杆 12.转向

59、减振器上图为液压式动力转向系统示意图。其中属于转向加力装置的部件是：转向油泵5、转向油管4、转向油罐6 以与位于整体式转向器10部的转向控制阀与转向动力缸等。当驾驶员转动转向盘1时，转向摇臂9摆动，通过转向直拉杆11、横拉杆8、转向节臂7，使转向轮偏转，从而改变汽车的行驶方向。 与此同时，转向器输入轴还带动转向器部的转向控制阀转动，使转向动力缸产生液压作用力，帮助驾驶员转向操纵。这样，为了克服地面作用于转向轮上的转向阻力矩，驾驶员需要加于转向盘上的转向力矩，比用机械转向系统时所需的转向力矩小得多。桑塔纳2000型轿车的转向系统，采用带动力助力的转向机构，它由转向操纵机构、动力转向器、动力转向泵

60、、动力转向管路、转向传动机构等组成，如下图1所示。动力转向器其动力传递流程是：方向盘转向管柱动力转向器转向横拉杆车轮。1方向盘方向盘直径为400mm，其骨架的轮辐用C15K材料制造，轮缘材料为St34(相当于我国15号钢)。中间以硬泡沫聚胺脂填充，表皮为黑色网络皱纹式。方向盘轮辐上两边附有两块喇叭按钮盖板，装两只双音喇叭按钮。轮辐中心部位有一盖板，打开盖板可装拆和调整方向盘。2转向管柱转向管柱分成上、下二段，在转向柱上段，套装有喇叭接触环、转向灯开关、刮水器开关、车锁和转向柱套等。转向柱上段的下部弯曲，其端部焊有近似于半月型的法兰盘，盘上装有两个驱动销，与转向柱下段上端面法兰盘的两孔相配。联接

61、处还压装有尼龙衬套和橡胶圈。这种两段式既保持同轴度的转向柱结构，又增强了安全性。当撞车时，司机习惯性以胸部扑向方向盘，可迫使转向轴上段向下运动，使上下两段脱离，形成缓冲作用，减少了对司机的伤害程度。转向柱上段设有单列向心球轴承，通过转向柱套管与车架相连接。轴承下面的转向轴上焊有两个半圆合成的托架，起轴向定位作用。托架侧铣有两条纵向槽，当司机拔出车锁后，锁簧舌伸入槽中，使方向盘锁定不能左右转动，防止窃车。转向柱用三角花键与方向盘连接，并用M16防松螺母紧固，拧紧力矩为45Nm。转向柱下段的下端铣有一条纵向槽，与动力转向器输入轴的三角花键相连，由夹紧箍夹紧，夹紧螺栓为M8，拧紧力矩为25Nm。在拆

62、卸转向柱时，必须更换夹紧螺栓。 3动力转向器与管路桑塔纳2000型轿车的转向器采用动力转向器，其结构形式为带自动调整间隙的齿轮齿条式，转向齿轮与转向柱的连接采用安全联轴节连接，其动力转向管路的布置情况如下图2所示。其工作原理：叶片泵在发动机传动带驱动下从储油罐中吸进液压油，并将具有压力的液压油输入到动力转向器的旋转柱塞阀处。旋转柱塞阀控制液压油的流向，根据方向盘输出的转向力的大小和方向，旋转柱塞阀控制液压油返回油杯，并使适当的液压油进入工作缸。在油压的助力下，推动转向机齿条。工作缸另一边的液压油在转向机活塞和油压作用下，通过旋转柱塞阀，流回储油罐。叶片泵的额定流量6L/min，额定工作压力1044kPa。为了保证桑塔纳2000型轿车在高速行驶时有较强的路感，叶片泵的流量随着发动机转速的提高呈下降趋势。为了确保动力转向系统安全工作，防止液压系统的工作压力超过系统允许的最大工作压力，在叶片泵装有一个限压阀。当工作压力超过限压阀的额定值时，压力油通过限压阀卸荷返回到吸油口。桑塔纳2000型轿车动力转向系统的工作原理见下图3。动力转向器为齿轮齿条式，上部的阀体为滑阀结构。滑阀的阀体与小齿轮设计加工成为一体。阀体左、右