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方向机

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  • 转向器俗称方向机,是汽车用于转向功能的重要的零件,也是汽车行驶安全的重要保证。


  • 1简介


  •   汽车上配置的转向系统,大致可以分为四类,(1)机械式转向器;(2)机械式液压动力转向系统;(3)一种是电子液压助力转向系统;(4)另外一种电动助力转向系统。

    2机械式转向系统

      机械式转向器应用比较多,根据它们的结构特点不同,可分为齿轮齿条式转向器、循环球式转向器、蜗杆滚轮式转向器和蜗杆指销式转向器等。

      齿轮齿条式

      齿轮齿条式转向器由与转向轴做成一体的转向齿轮和常与转向横拉杆做成一体的齿条组成。与其它形式转向器比较,齿轮齿条式转向器主要的优点是:结构简单、紧凑;壳体采用铝合金或镁合金压铸而成,转向器的质量比较小;传动效率高达90%;齿轮与齿条之间因磨损出现间隙后,利用装在齿条背部、靠近主动小齿轮处的压紧力可以调节的弹簧,可自动消除齿间间隙,这不仅可以提高转向系统的刚度,还可以防止工作时产生冲击和噪声;转向器占用的体积小;没有转向摇臂和直拉杆,所以转向轮转角可以增大;制造成本低。

      齿轮齿条式转向器的主要缺点是:

      因逆效率高(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,大部分能传至转向盘,称之为反冲。反冲现象会使驾驶员精神紧张,并难以准确控制汽车行驶方向,转向盘突然转动又会造成打手,对驾驶员造成伤害。

      根据输入齿轮位置和输出特点不同,齿轮齿条式转向器有四种形式:中间输入,两端输出;侧面输入,两端输出;侧面输入,中间输出;侧面输入,一端输出。

      采用侧面输入、中间输出方案时,与齿条固连的左、右拉杆延伸到接近汽车纵向对称平面附近。由于拉杆长度增加,车轮上、下跳动时拉杆摆角减小,有利于减少车轮上、下跳动时转向系与悬架系的运动干涉。拉杆与齿条用螺栓固定联接,因此,两拉杆与齿条同时向左或右移动,为此在转向器壳体上开有轴向方向的长槽,从而降低了它的强度。

      采用两端输出方案时,由于转向拉杆长度受到限制,容易与悬架系统导向机构产生运动干涉。

      侧面输入、一端输出的齿轮齿条式转向器,常用在乎头微型货车上。

      如果齿轮齿条式转向器采用直齿圆柱齿轮与直齿齿条啮合,则运转平稳性降低,冲击大,工作噪声增加。此外,齿轮轴线与齿条轴线之间的夹角只能是直角,为此因与总体布置不适应而遭淘汰。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,而且齿轮轴线与齿条轴线之间的夹角易于满足总体设计的要求。

      齿条断面形状有圆形、V形和Y形三种。圆形断面齿条制作工艺比较简单。V形和Y形断面齿条与圆形断面比较,消耗的材料少,约节省20%,故质量小;位于齿下面的两斜面与齿条托座接触,可用来防止齿条绕轴线转动;Y形断面齿条的齿宽可以做得宽些,因而强度得到增加;在齿条与托座之间通常装有用减摩材料(如聚四氟乙烯)做的垫片用来减少滑动摩擦。

      根据齿轮齿条式转向器和转向梯形相对前轴位置的不同,齿轮齿条式转向器在汽车上有四种布置形式:转向器位于前轴后方,后置梯形;转向器位于前轴后方,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,前置梯形。

      齿轮齿条式转向器广泛应用于微型、普通级、中级和中轿车上,甚至在轿车上也有采用的。装载量不大、前轮采用独立悬架的货车和客车有些也用齿轮齿条式转向器。

      循环球式

      循环球式转向器由螺杆和螺母共同形成的螺旋槽内装有钢球构成的传动副,以及螺母上齿条与摇臂轴上齿扇构成的传动副组成。

      循环球式转向器的优点是:在螺杆和螺母之间因为有可以循环流动的钢球,将滑动摩擦变为滚动摩擦,因而传动效率可达到75%——85%;在结构和工艺上采取措施,包括提高制造精度,改善工作表面的表面粗糙度和螺杆、螺母上的螺旋槽经淬火和磨削加工,使之有足够的硬度和耐磨损性能,可保证有足够的使用寿命;转向器的传动比可以变化;工作平稳可靠;齿条和齿扇之间的间隙调整工作容易进行;适合用来做整体式动力转向器。

      循环球式转向器的主要缺点是:逆效率高,结构复杂,制造困难,制造精度要求高。

      循环球式转向器主要用于货车和客车上。

      蜗杆滚轮式

      蜗杆滚轮式转向器由蜗杆和滚轮啮合而构成。其主要优点是:结构简单;制造容易;因为滚轮的齿面和蜗杆上的螺纹呈面接触,所以有比较高的强度,工作可靠,磨损小,寿命长;逆效率低。

      蜗杆滚轮式转向器的主要缺点是:正效率低;工作齿面磨损以后,调整啮合间隙比较困难;转向器的传动比不能变化。

      这种转向器曾在汽车上广泛使用过。

      蜗杆指销式

      蜗杆指销式转向器的销子若不能自转,称为固定销式蜗杆指销式转向器;销子除随同摇臂轴转动外,还能绕自身轴线转动的,称之为旋转销式转向器。根据销子数量不同,又有单销和双销之分。

      蜗杆指销式转向器的优点是:转向器的传动比可以做成不变的或者变化的;指销和蜗杆之间的工作面磨损后,调整间隙工作容易进行。

      固定销蜗杆指销式转向器的结构简单、制造容易。但是因销子不能自转,销子的工作部位基本保持不变,所以磨损快、工作效率低。旋转销式转向器的效率高、磨损慢,但结构复杂。

      要求摇臂轴有较大的转角时,应该采用双销式结构。双销式转向器在直线行驶区域附近,两个销子同时工作,可降低销子上的负荷,减少磨损。当一个销子脱离啮合状态时,另一个销子要承受全部作用力,而恰恰在此位置,作用力达到大值,所以设计时要注意核算其强度。双销与单销蜗杆指销式转向器比较,结构复杂、尺寸和质量大,并且对两主销间的位置精度、蜗杆上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。

      蜗杆指销式转向器应用较少。

    3机械式液压动力转向系统

      1、机械式的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。

      2、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及管路和油缸组成,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。

    4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。

      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。

      四、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。EPS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、以及畜电池电源所构成。

      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。又由于它不转向时不工作,所以,也多少程度上节省了能源。一般轿车使用这样的助力转向系统的比较多。

      此种方向机主要用于轿车及微型轻型车。

      另外还有循环球式。此种方向机多用于重型卡车!

    参考资料

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