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第20 章 汽车转向系统 本章重点： 1．汽车转向基本特性； 2．转向系统类型、组成及工作原理； 3．液压式动力转向系统的组成与类型。 本章难点： 液压式动力转向系统的组成与类型。 本章基本要求： 1．要求学生掌握汽车转向基本特性、转向系统类型、组成及工作原理； 2．掌握液压式动力转向系统的组成与类型； 3．了解电动助力转向系统和四轮转向系统的基本知识。 教学内容 20.1 概 述 汽车在道路上行驶时，驾驶员根据道路情况和交通状况转动转向盘，使转向车轮偏转，改变汽车的行驶方向。用来改变或保持汽车行驶方向的机构称为汽车转向系统。汽车转向系统的功能就是按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。汽车转向系统对汽车的行驶安全至关重要，因此汽车转向系统的零件都称为保安件。 若使汽车顺利并轻便转向，需要解决两个基本问题。一是汽车转向时，所有车轮需要绕着一个转向中心转动；二是必须通过某种方式增大驾驶员操纵转向盘的手力，从而有足够的作用力使转向车轮偏转一定的角度，实现汽车转向。 一、汽车转向基本特性 若使汽车能顺利转向，各车轮不产生滑动，转向车轮须同向偏转，且所有车轮需要绕着一个转向中心转动，保证各车轮在转向过程中均为纯滚动。如图20.1 所示，汽车四个车轮A、B、C和D转轴的延长线相交于一点O，O 点即为车轮的转动中心，四个车轮的运动轨迹形成同心圆。这就是汽车转向基本特性。 当车轮转向机构的几何关系为平行四边形转向机构时，转向车轮的偏转角度相同(见图20.2a)，四个车轮转轴延长线交汇点有两个，因而形成两个转动中心，转向车轮不能实现纯滚动，其转向过程异常。 为满足汽车转向基本特性，运用阿克曼原理，转向机构的几何关系呈梯形(见图20.2b)。梯形转向机构由梯形臂和横拉杆组成。梯形转向机构使两侧转向车轮偏转时形成一个转向中心，即汽车的四个车轮均绕着一个点转动。此时内、外侧转向车轮偏转角度不相等，内侧车轮偏转角α 比外侧车轮偏转角β 大(见图20.3)。在车轮为刚体的假设条件下，内、外侧转向车轮偏转角的理想关系式为： cotβ= cotα + B/ L 式中：B——两侧主销轴线与地面交点之间的距离，也称为轮距； L——汽车轴距。 由转向中心O到外转向轮与地面接触的距离R称为汽车的转弯半径。 转弯半径越小，则汽车转向所需场地越小，其机动性越好。由图20.4 可知，当前外转向轮偏转角达到最大值βmax 时，转弯半径R有最小值。在图示理想情况下，最小转弯半径Rmin 与βmax的关系为: Rmin=L/sinβmax 二、转向系统类型、组成及工作原理 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。 机械转向系统 机械转向系统主要由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三部分组成(见图20.5)。 转向操纵机构是驾驶员操纵转向器工作的机构，包括从转向盘到转向器输入端的零部件。 转向器就是把转向盘传来的转矩按一定传动比放大并输出的增力装置。 转向传动机构是把转向器的运动传给转向车轮的机构，包括从摇臂到转向车轮的零部件。 当转向盘直径一定时，驾驶员操纵转向盘手力的大小取决于转向系统角传动比的大小。 转向系统角传动比iω是用转向盘转角增量与同侧转向节相应转角增量之比来表示。其数值是转向器角传动比iω1和转向传动机构角传动比iω2的乘积。转向器角传动比是转向盘转角增量与同侧摇臂轴转角相应增量之比。转向传动机构角传动比是摇臂轴转角增量与同侧转向节转角相应增量之比。 对于一般汽车而言，iω2大约为1。由此可见，转向系统角传动比主要取决于转向器角传动比。转向系统角传动比越大，转向时加在转向盘上的力矩就越小，转向轻便。但转向系统角传动比大会导致转向操纵不灵敏。所以，转向系统角传动比的大小要协调好“转向轻便”与“转向灵敏”之间的矛盾。 2. 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。 (1) 液压式动力转向系统 图20.6 所示为一种液压式动力转向系统的组成和液压转向加力装置的管路布置示意图。其中属于转向加力装置的部件是：转向液压泵7、转向油管8、转向油罐6 以及位于整体式转向器4 内部的转向控制阀及转向动力缸5