CN101428642A - 五轴重型汽车转向系统 - Google Patents
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Abstract
一种五轴重型汽车转向系统，角传动箱的正转输出轴通过第一前桥传动轴与前转向器的输入端连接，前转向器的输出端与驱动臂的中部铰接，驱动臂的下端通过第一前桥纵拉杆与第一轮毂上的转向臂连接，驱动臂的上端通过第二前桥上拉杆与摆臂的上端铰接，该摆臂的中部铰接在纵梁上，摆臂的下端通过第二前桥纵拉杆与第二轮毂上的转向臂连接；角传动箱的反转输出轴经减速后，通过传动轴机构与后转向器的输入端连接，后转向器的输出端通过第五桥纵拉杆与第五轮毂上的转向臂连接。本发明传动部分受力很小，转向的灵活性及可靠性有保障，且操纵省力，具有结构简单、装配容易、整体重量轻、材料耗费少、生产成本低等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车的转向装置，尤其涉及五轴重型汽车的转向系统。
背景技术
目前，四轴重型汽车通常采用第一、二轴转向，转向控制及转向助力机构比较好设计安装。而五轴及五轴以上的重型汽车，为减小转向半径，除第一、二轮轴转向外，第五轮轴或第四、第五轮轴也采用转向桥。为可靠地实现第五桥或第四、五桥的转向助力操纵，主要有如下两种方式：
1、摆臂拉杆串接式液压助力转向机构
五轴重型汽车的第四轮轴或四、五轮轴的转向控制及转向助力机构，通常采用在第一、二转向桥之后，串连安装纵向操纵拉杆及加装助力油缸的液压机械式助力转向机构。该机构的连接方式为：在第二转向轮轴前的纵拉杆摆臂上，加装纵拉杆，经过多根纵拉杆及摆臂串接并反向传动后，连接到第四和第五转向轴纵拉杆的前摆臂上，并通过对二、四、五转向摆臂或在转向桥右轮加装液压助力油缸，实现控制对车辆的第四、五转向轴反向助力转向操纵。
在汽车转向时，因前后各转向桥的转角是各不相同的，通过由第一桥转向臂与各转向桥转向臂的不同臂比长度，由多根转向纵拉杆连接各转向桥的转向臂，实现各转向桥的不同理论计算转角，转动方向。各转向桥加装有由转向器控制的液压助力油缸时，转向纵拉杆要承受车轮传递上来的除去液压助力油缸助力后的道路阻力。越靠近转向器的纵拉杆，受力越大。故转向纵拉杆及转向臂设计得比较粗大。后面的转向桥未加装助力油缸时，其各桥的转向力，将全部由纵拉杆及转向臂承受，纵拉杆及转向臂将设计得更加粗大。
以上机构存在的不足在于：
(1)、传动部分受力较大，转向的灵活性及可靠性较差，且操纵费力。
(2)、结构复杂，装配困难，整体重量重，材料耗费多，生产成本较高。
2、电控液压式助力转向机构
据国外资料介绍，多轴重型汽车的转向机构，除采用上述液压机械式助力转向机构外，已有采用全电子技术控制的电控液压式助力转向机构。但该机构结构复杂，造价昂贵，目前国内汽车生产厂家还无车辆采用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种转向操纵轻便、灵活可靠，且制造成本低的五轴重型汽车转向系统。
本发明的技术方案如下：一种五轴重型汽车转向系统，包括底盘纵梁、位于方向盘下方的转向立轴、转向器和五根轮轴，在各轮轴的外面均设有轴管，轴管上固定有轮毂，其关键在于：
A、所述转向立轴的下端与角传动箱的输入轴连接，该角传动箱具有上、下两根转向相反的输出轴，其中正转输出轴位于反转输出轴的下方；
B、所述角传动箱的正转输出轴通过第一前桥传动轴与前转向器的输入端连接，前转向器固定在底盘纵梁的前部，前转向器的输出端与驱动臂的中部铰接，驱动臂的下端通过第一前桥纵拉杆与第一轮毂上的转向臂连接，驱动臂的上端通过第二前桥上拉杆与摆臂的上端铰接，该摆臂的中部铰接在纵梁上，摆臂的下端通过第二前桥纵拉杆与第二轮毂上的转向臂连接；
C、所述角传动箱的反转输出轴通过传动轴机构与后转向器的输入端连接，后转向器固定在底盘纵梁的后部，后转向器的输出端通过第五桥纵拉杆与第五轮毂上的转向臂连接。
采用以上技术方案，驾驶员操纵方向盘给汽车转向时，方向盘下的转向立轴带动角传动箱工作，角传动箱上向后输出的双输出轴作正、反向转动。其中角传动箱的正转输出轴通过第一前桥传动轴驱动前转向器工作，按照驾驶员操纵的转动方向，分配压力油，作助力转向。前转向器的输出端带动驱动臂摆动，驱动臂的下端通过第一前桥纵拉杆拉动第一轮毂上的转向臂；驱动臂的上端通过第二前桥上拉杆拉动摆臂绕其中部旋转，摆臂再通过第二前桥纵拉杆拉动第二轮毂上的转向臂，这样使第一前桥和第二前桥的转向轮一起实现正向转向。
同时，角传动箱的反转输出轴通过传动轴机构驱动后转向器工作，后转向器的输出端通过第五桥纵拉杆拉动第五轮毂上的转向臂，使第五桥在与第一、二桥正向转向的同时，实现反向转向，从而使得汽车完成转向行驶。
本发明因采用了前、后两套整体式液压助力转向器及相对应的助力油缸来驱动五轴汽车转向，驾驶员通过方向盘及角传动箱及传动轴机构，一分为二来控制前、后液压助力转向器工作，传动轴机构中各传动轴仅承受驾驶员操纵方向盘而产生的手动转矩及支撑轴产生的摩擦力，故各传动轴可以设计得比较小，使该系统的结构明显比其它同类多轴汽车的机械转向方式更紧凑，重量更轻，并且整车转向灵活、可靠，操纵轻便。
上述角传动箱包括箱体、输入轴、正转输出轴和反转输出轴，其中输入轴的上端向上伸出箱体外，输入轴的下部通过轴承支承在箱体内，输入轴的底端安装第一锥齿轮，该第一锥齿轮与正转输出轴上的第二锥齿轮啮合，所述正转输出轴通过轴承支承在箱体内，正转输出轴的后端向后伸出箱体外；在正转输出轴的中后部套装第一传动齿轮，该第一传动齿轮与反转输出轴上的第二传动齿轮相啮合，所述反转输出轴通过轴承支承在箱体内，反转输出轴的后端也向后伸出箱体外。以上结构简单可靠，拆装方便，在保证正、反转输出轴以相反的方向转动时，保障了两者的同步性。
为了使结构更加紧凑，进一步提高转矩传递的效率，上述输入轴与正转输出轴相垂直，正转输出轴平行于反转输出轴；所述反转输出轴与正转输出轴的减速比为1.25，反转输出轴以1.25的减速比，通过传动轴机构与后转向器的输入端连接。
在上述底盘纵梁的中前部安装第二前桥助力油缸，该第二前桥助力油缸的活塞杆向前伸出，并与摆臂的下部铰接。第二前桥助力油缸在第二前桥上拉杆拉动摆臂转动时，向摆臂施加辅助推力，使摆臂转动更灵活、快捷，第二前桥与第一前桥转向的同步性更好。
上述传动轴机构包括四根传动轴和三根支撑轴，其中三根支撑轴分别通过轴承及支座安装在底盘纵梁上，所述第一传动轴的前端与角传动箱的反转输出轴连接，第一传动轴的后端与第一支撑轴的前端连接，第一支撑轴的后端与第二传动轴的前端连接，所述第二传动轴的后端与第二支撑轴的前端连接，第二支撑轴的后端与第三传动轴的前端连接，所述第三传动轴的后端与第三支撑轴的前端连接，第三支撑轴的后端与第四传动轴的前端连接，而第四传动轴的后端与后转向器的输入端连接。以上结构传动可靠，安装方便，各传动轴仅承受驾驶员操纵方向盘而产生的手动转矩及支承轴产生的摩擦力，故各传动轴可以设计得比较小，这样重量轻，耗材少，能大大节约制造成本。
本发明的有益效果是：
1、传动部分受力很小，转向的灵活性及可靠性有保障，且操纵省力。
2.前、后车轮的转向角度差，通过角传动箱的正、反向输出轴齿轮的齿数比来调整，提高了转向系统的零部件通用性，相比通过各转向臂的长度变化来调整前、后轮转角，占用的空间少，便于整车布置。
3、结构简单，装配容易，整体重量轻，材料耗费少，生产成本比摆臂拉杆串接式液压助力转向机构要低约1/3左右；与电控液压式助力转向机构相比，成本更低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中角传动箱反转输出轴与第五轮毂转向臂之间的连接图。
图3为本发明中角传动箱正转输出轴与第一、二轮毂转向臂之间的连接图。
图4为传动轴机构的结构示意图。
图5为后转向器与第五轮毂转向臂之间的连接图。
图6为角传动箱的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1、图2所示，在底盘纵梁9的下方从前往后设置有五根轮轴1、2、3、4、5，各轮轴穿设在轴管中，并且轮轴的两端分别从轴管的两端部伸出，伸出部分安装转向轮(图1、2、3中双点画线所示)。在所述各轴管上均固定有轮毂，轮毂上具有转向臂，其中第一轮毂12对应第一轮轴1，第二轮毂16对应第二轮轴2，第三轮毂39对应第三轮轴3，第四轮毂40对应第四轮轴4，第五轮毂19对应第五轮轴5。所述轮毂、转向臂的结构以及轴管与底盘纵梁9的安装方式与现有技术相同，在此不做赘述。
从图1、图3、图6中可知，在底盘纵梁9的前端具有驾驶室36，驾驶室36内设有方向盘37，方向盘37的下方连接有转向立轴6，该转向立轴6将驾驶员作用在方向盘37上的转向力传递给角传动箱。角传动箱包括箱体20、输入轴21、正转输出轴22和反转输出轴23，其中输入轴21呈竖直分别，该输入轴21的上端向上伸出箱体20外，并通过万向节与转向立轴6的下端连接。所述输入轴21的下部通过两个轴承支承在箱体20内，输入轴21的底端安装第一锥齿轮24，该第一锥齿轮24与正转输出轴22上的第二锥齿轮25啮合。所述正转输出轴22呈水平布置，并通过两个轴承支承在箱体20内，正转输出轴22的后端向后伸出箱体20外，伸出部分通过万向节与第一前桥传动轴7的前端连接。在正转输出轴22的中后部套装第一传动齿轮26，该第一传动齿轮26与反转输出轴23上的第二传动齿轮27相啮合。所述反转输出轴23位于正转输出轴22的上方，两者相互平行，并且旋转方向相反，反转输出轴23与正转输出轴22的减速比为1.25。所述反转输出轴23通过两个轴承支承在箱体20内，反转输出轴23的后端也向后伸出箱体20外，并且反转输出轴23以1.25的减速比，通过万向节与第一传动轴29的前端连接。
如图1、图3所示，第一前桥传动轴7的后端通过万向节与前转向器8的输入端连接，前转向器8固定安装在底盘纵梁9侧面的前部，该前转向器8的输出端与驱动臂10的中部铰接，驱动臂10的下端与第一前桥纵拉杆11的前端铰接，第一前桥纵拉杆11的后端铰接在第一轮毂12的转向臂上。所述驱动臂10的上端与第二前桥上拉杆13的前端铰接，第二前桥上拉杆13的后端与摆臂14的上端铰接，该摆臂14的中部铰接在纵梁9上，摆臂14的下端与第二前桥纵拉杆15的前端铰接，第二前桥纵拉杆15的后端与第二轮毂16上的转向臂连接。在所述底盘纵梁9侧面的中前部安装第二前桥助力油缸28，该第二前桥助力油缸28的活塞杆向前伸出，并与摆臂14的下部铰接。
从图1、图2、图4和图5可知，第一传动轴29的后端通过万向节与第一支撑轴30的前端连接，第一支撑轴30的前、后部均通过轴承及支座安装在底盘纵梁9的侧面，第一支撑轴30的后端通过万向节与第二传动轴31的前端连接。所述第二传动轴31的后端与第二支撑轴32的前端连接，第二支撑轴32的前、后部均通过轴承及支座安装在底盘纵梁9的侧上方，该第二支撑轴32的后端通过万向节与第三传动轴33的前端连接。所述第三传动轴33的后端通过万向节与第三支撑轴34的前端连接，第三支撑轴34的前、后部均通过轴承及支座安装在底盘纵梁9的侧上方，该第三支撑轴34的后端通过万向节与第四传动轴35的前端连接，而第四传动轴35的后端与后转向器17的输入端连接。所述后转向器17固定在底盘纵梁9侧面的后部，后转向器17的转矩输出臂与连杆38的上端连接，连杆38的下端铰接于第五桥纵拉杆18的前端，第五桥纵拉杆18的后端与第五轮毂19上的转向臂连接。所述前、后转向器8、17的结构及工作原理与现有技术相同，在此不做赘述。
本发明是这样工作的：
驾驶员操纵方向盘37给汽车转向时，方向盘37下的转向立轴6带动角传动箱工作，角传动箱上向后输出的双输出轴22、23作正、反向转动。其中角传动箱的正转输出轴22通过第一前桥传动轴7驱动前转向器8工作，按照驾驶员操纵的转动方向，分配压力油，作助力转向。前转向器8的输出端带动驱动臂10摆动，驱动臂10的下端通过第一前桥纵拉杆11拉动第一轮毂12上的转向臂；驱动臂10的上端通过第二前桥上拉杆13拉动摆臂14绕其中部旋转，摆臂14再通过第二前桥纵拉杆15拉动第二轮毂16上的转向臂，这样使第一前桥和第二前桥的转向轮一起实现正向转向。
同时，角传动箱的反转输出轴23依次通过第一传动轴29、第一支撑轴30、第二传动轴31、第二支撑轴32、第三传动轴33、第三支撑轴34和第四传动轴35，驱动后转向器17工作，后转向器17的输出端带动连杆38摆动，连杆38再通过第五桥纵拉杆18拉动第五轮毂19上的转向臂，使第五桥在与第一、二桥正向转向的同时，实现反向转向，从而使得汽车完成转向行驶。
Claims (6)
1、一种五轴重型汽车转向系统，包括底盘纵梁、位于方向盘下方的转向立轴、转向器和五根轮轴，在各轮轴的外面均设有轴管，轴管上固定有轮毂，其特征在于：
A、所述转向立轴(6)的下端与角传动箱的输入轴连接，该角传动箱具有上、下两根转向相反的输出轴，其中正转输出轴位于反转输出轴的下方；
B、所述角传动箱的正转输出轴通过第一前桥传动轴(7)与前转向器(8)的输入端连接，前转向器(8)固定在底盘纵梁(9)的前部，前转向器(8)的输出端与驱动臂(10)的中部铰接，驱动臂(10)的下端通过第一前桥纵拉杆(11)与第一轮毂(12)上的转向臂连接，驱动臂(10)的上端通过第二前桥上拉杆(13)与摆臂(14)的上端铰接，该摆臂(14)的中部铰接在纵梁(9)上，摆臂(14)的下端通过第二前桥纵拉杆(15)与第二轮毂(16)上的转向臂连接；
C、所述角传动箱的反转输出轴通过传动轴机构与后转向器(17)的输入端连接，后转向器(17)固定在底盘纵梁(9)的后部，后转向器(17)的输出端通过第五桥纵拉杆(18)与第五轮毂(19)上的转向臂连接。
2、根据权利要求1所述的五轴重型汽车转向系统，其特征在于：所述角传动箱包括箱体(20)、输入轴(21)、正转输出轴(22)和反转输出轴(23)，其中输入轴(21)的上端向上伸出箱体(20)外，输入轴(21)的下部通过轴承支承在箱体(20)内，输入轴(21)的底端安装第一锥齿轮(24)，该第一锥齿轮(24)与正转输出轴(22)上的第二锥齿轮(25)啮合，所述正转输出轴(22)通过轴承支承在箱体(20)内，正转输出轴(22)的后端向后伸出箱体(20)外；在正转输出轴(22)的中后部套装第一传动齿轮(26)，该第一传动齿轮(26)与反转输出轴(23)上的第二传动齿轮(27)相啮合，所述反转输出轴(23)通过轴承支承在箱体(20)内，反转输出轴(23)的后端也向后伸出箱体(20)外。
3、根据权利要求2所述的五轴重型汽车转向系统，其特征在于：所述输入轴(21)与正转输出轴(22)相垂直，正转输出轴(22)平行于反转输出轴(23)。
4、根据权利要求2或3所述的五轴重型汽车转向系统，其特征在于：所述反转输出轴(23)与正转输出轴(22)的减速比为1.25，反转输出轴(23)以1.25的减速比，通过传动轴机构与后转向器(17)的输入端连接。
5、根据权利要求1或2所述的五轴重型汽车转向系统，其特征在于：在所述底盘纵梁(9)的中前部安装第二前桥助力油缸(28)，该第二前桥助力油缸(28)的活塞杆向前伸出，并与摆臂(14)的下部铰接。
6、根据权利要求4所述的五轴重型汽车转向系统，其特征在于：所述传动轴机构包括四根传动轴(29、31、33、35)和三根支撑轴(30、32、34)，其中三根支撑轴(30、32、34)分别通过轴承及支座安装在底盘纵梁(9)上，所述第一传动轴(29)的前端与角传动箱的反转输出轴(23)连接，第一传动轴(29)的后端与第一支撑轴(30)的前端连接，第一支撑轴(30)的后端与第二传动轴(31)的前端连接，所述第二传动轴(31)的后端与第二支撑轴(32)的前端连接，第二支撑轴(32)的后端与第三传动轴(33)的前端连接，所述第三传动轴(33)的后端与第三支撑轴(34)的前端连接，第三支撑轴(34)的后端与第四传动轴(35)的前端连接，而第四传动轴(35)的后端与后转向器(17)的输入端连接。
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