汽车转向器

       采用动力转向系统的汽车转向所需的能量，在正常情况下，只有小部分是驾驶员提供的体能，而大部分是发动机(或电机)驱动的油泵(或空气压缩机)所提供的液压能(或气压能)。

用以将发动机(或电机)输出的部分机械能转化为压力能，并在驾驶员控制下，对转向传动装置或转向器中某一传动件施加不同方向的液压或气压作用力，以助驾驶员施力不足的一系列零部件，总称为动力转向器。

        转向器系统：转向机学名为转向器，它是转向系中最重要的部件。

        它的作用是：增大转向盘传到转向传动机构的力和改变力的传递方向。转向器按结构形式可分为多种类型。

        目前常用的有齿轮齿条式、蜗杆曲柄销式和循环球式。

        1）齿轮齿条转向器：它是一种最常见的转向器。其基本结构是一对相互啮合的小齿轮和齿条。转向轴带动小齿轮旋转时，齿条便做直线运动。有时，靠齿条来直接带动横拉杆，就可使转向轮转向。所以，这是一种最简单的转向器。它的优点是结构简单，成本低廉，转向灵敏，体积小，可以直接带动横拉杆。在汽车上得到广泛应用。

       ２）蜗杆曲柄销式转向器：它是以蜗杆为主动件，曲柄销为从动件的转向器。蜗杆具有梯形螺纹，手指状的锥形指销用轴承支承在曲柄上，曲柄与转向摇臂轴制成一体。转向时，通过转向盘转动蜗杆、嵌于蜗杆螺旋槽中的锥形指销一边自转，一边绕转向摇臂轴做圆弧运动，从而带动曲柄和转向垂臂摆动，再通过转向传动机构使转向轮偏转。这种转向器通常用于转向力较大的载货汽车上。

       3）循环球式转向器：循环球助力转向系统主要结构由两大部分组成：机械部分与液压部分。机械部分由壳体、侧盖、上盖、下盖、循环球螺杆、齿条螺母、转阀阀芯、扇齿轴组成。其中有两对传动副：一对是螺杆、螺母，另一对是齿条、齿扇或扇齿轴。在螺杆和齿条螺母之间装有可循环滚动的钢球，使滑动摩擦变为滚动摩擦，从而提高了传动效率。这种转向器的优点是，操纵轻便，磨损小，寿命长。缺点是结构复杂，成本较高，转向灵敏度不如齿轮齿条式。随着动力转向的应用与加工技术的不断提高，循环球式转向器近年来已经得到广泛使用于重型汽车与工程车上。

       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。历史上曾出现过许多种形式的转向器，目前较常用的有齿轮齿条式、蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、循环球曲柄指销式、蜗杆滚轮式等。其中第二、第四种分别是第一、第三种的变形形式，而蜗杆滚轮式则更少见。我们只介绍目前最常用，最有代表性的两种形：齿轮齿条式和循环球式。

      齿轮齿条式：齿轮齿条方式的最大特点是刚性大，结构紧凑重量轻，且成本低。由于这种方式容易由车轮将反作用力传至转向盘，所以具有对路面状态反应灵敏的优点，但同时也容易产生打手和摆振等现象。齿轮与齿条直接啮合，将齿轮的旋转运动转化为齿条的直线运动，使转向拉杆横向拉动车轮产生偏转。齿轮并非单纯的平齿轮，而是特殊的螺旋形状，这是为了尽量减小齿轮与齿条之间的啮合间隙，使转向盘的微小转动能够传递到车轮，提高操作的灵敏性，也就是我们通常所说的减小方向盘的旷量。不过齿轮啮合过紧也并非好事，它使得转动转向盘时的操作力过大，人会感到吃力。

      循环球式：这种转向装置是由齿轮机构将来自转向盘的旋转力进行减速，使转向盘的旋转运动变为涡轮蜗杆的旋转运动，滚珠螺杆和螺母夹着钢球啮合，因而滚珠螺杆的旋转运动变为直线运动，螺母再与扇形齿轮啮合，直线运动再次变为旋转运动，使连杆臂摇动，连杆臂再使连动拉杆和横拉杆做直线运动，改变车轮的方向。

这是一种古典的机构，现代轿车已不再使用，但又被最新方式的助力转向装置所应用。它的原理相当于利用了螺母与螺栓在旋转过程中产生的相对移动，而在螺纹与螺纹之间夹入了钢球以减小阻力，所有钢球在一个首尾相连的封闭的螺旋曲线内循环滚动，循环球式故而得名。

       转向装置是控制汽车行驶方向的装置，它必须满足以下要求：

       ①工作安全可靠：转向系直接影响到汽车行驶安全，因此要求所有的零件有足够的刚度、强度和耐磨性，连接部件必须牢固可靠。随着汽车行驶车速提高，对工作可靠性提出了更高要求。

       ②操纵轻便灵活：当汽车行驶在窄小弯曲的道路上要转弯时转向系统必须保证灵活、平顺、精确地转动前轮。汽车直线行驶时转向盘要稳、无抖动和摆振现象。

      ③适当的转向力：如果没有其他的阻碍，转向力在汽车停止时较大，随汽车行驶速度提高而减少。因此，为了驾驶容易且能够从道路上得到较好的反馈，在低速行驶时应有较轻的操纵性而在高速时应较重。

      ④平顺的回转性能：汽车在转弯时，作用在转向盘上的力适当、转向灵活平顺，具有自动回正作用。

      ⑤从道路上传来的冲击小：转向装置绝不可发生因道路表面不平坦而使转向盘失去控制及造成反转的情形，同时神击力要小。对汽车转向系的工作要求有哪些^[1]

　　按传能介质的不同，动力转向器有气压式和液压式两种。装载质量特大的货车不宜采用气压动力转向器，因为气压系统的工作压力 较低(一般不高于0.7MPa)，用于重型汽车上时，其部件尺寸将过于庞大。液压动力转向器的工作压力可高达10MPa以上，故其部件尺寸很小。液压系统工作时无噪声，工作滞后时间短，而且能吸收来自不平路面的冲击。因此，液压动力转向器已在各类各级汽车上获得广泛应用。

　　根据机械式转向器、转向动力缸和转向控制阀三者在转向装置中的布置和联接关系的不同，液压动力转向装置分为整体式（机械式转向器、转向动力缸和转向控制阀三者设计为一体）、组合式（把机械式转向器和转向控制阀设计在一起，转向动力缸独立）和分离式（机械式转向器独立，把转向控制阀和转向动力缸设计为一体）三种结构型式。

　　这里仅介绍液压整体式动力转向器。

　　动力转向系统是在机械式转向系统的基础上加一套动力辅助装置组成的。如下图，转向油泵6安装在发动机上，由曲轴通过皮带驱动并向外输出液压油。转向油罐5有进、出油管接头，通过油管分别与转向油泵和转向控制阀2联接。转向控制阀用以改变油路。机械转向器和缸体形成左右两个工作腔，它们分别通过油道和转向控制阀联接。

　　当汽车直线行驶时，转向控制阀2将转向油泵6泵出来的工作液与油罐相通，转向油泵处于卸荷状态，动力转向器不起助力作用。当汽车需要向右转向时，驾驶员向右转动转向盘，转向控制阀将转向油泵泵出来的工作液与R腔接通，将L腔与油罐接通，在油压的作用下，活塞向下移动，通过传动结构使左、右轮向右偏转，从而实现右转向。向左转向时，情况与上述相反。

　　方向跑偏　方向跑偏表现为：在行驶中，感到汽车自动偏向一边，必须把方向盘用劲把住，才能保持正直的行驶方向。其原因是：左右轮胎气压不等；个别制动蹄片刮摩制动毂，或一边车轮轮壳轴承过紧；个别钢板弹簧折断，两边钢板弹力不均；前轴或车架弯曲；前轮定位失准或两边轴距不等；转向节主销与衬套间隙左右不一，或横拉杆两边球头松紧调整不一；货车货物装载不均。

　　方向摆头表现为：汽车在行驶中，感到两前轮左右摇摆，方向盘难以掌握。其原因是：横直拉杆球头调整过松（弹簧折断或调整间隙过大）；转向盘自由行程过大；转向器滚轮与蜗杆啮合间隙过大；蜗杆上下轴承间隙过大；转向节主销与衬套的间隙过大；前轮轮壳轴承装配过松，或前轮轮辋失圆摆差过大；前轮定位失准。

　　转向沉重表现为：让行驶的汽车转弯时，转动方向盘，感到沉重吃力。其原因是：蜗杆的上下轴调整得过紧或轴承损坏；蜗轮和蜗杆啮合过紧，转向器的转向摇臂轴与衬套无间隙；转向轴弯曲或管柱凹瘪，互相刮碰；方向盘碰、磨管柱；转向节上的推力轴承缺油或损坏；转向节主销与衬套装配过紧或缺润滑油；转向节拉杆（直拉杆）螺塞旋得太紧，或拉杆接头缺油；横拉杆球头调整过紧，或拉头缺油；轮胎气压不足；前轴或车架弯曲，前轮定位失准。

　　转向不足　转弯时转向不足表现为：在汽车转弯时的转动量不够。其原因是：转向摇臂装在摇臂轴上的位置不当；转向角限位螺栓调整过长；前轴前后窜动；循环球或转向器扇形齿与蜗杆盒装配位置不妥。

　　前轮最大偏转角的调整

　　前轮最大偏转角（转向角）的大小，影响到汽车转弯时的转向半径（亦称通过半径），偏转角越大，转向半径越小，汽车的机动性越强。

　　前轮最大偏转角是通过前桥上的限位螺丝进行调整的。其方法是：将前桥顶起，转动方向盘，使前轮偏转至与相碰物（翼子板、横拉杆、车架等）相距8~10mm，转动限位螺丝，将车轮限止到此位置，此时的轮胎着地轨迹中心线与轮胎在直线行驶时的着地轨迹中心线之间的夹角为最大偏转角。各种车型的最大偏转角和最小转向半径不尽相同，调整前要参照汽车的使用说明书。

　现代原中高级轿车和重型汽车普遍采用动力转向系统，不仅大大改善了汽车操纵轻便性，还提高了汽车行驶安全性。动力转向系统是在机械转向系的基础上加设一套依靠发动机输出动力的转向加力装置而形成的。目前轿车普遍采用齿轮条式动力转向机构。这种转向器结构简单、操纵灵敏性高、转向操纵轻便，而且由于转向器完全封闭的，平时不需检查调整。

　　动力转向系统的养护主要是：^[2]

　　定期检查储液缺罐内动力转向液液面高度

　　热态时（约66℃，用手摸感觉烫手），其液面高度必须在HOT（热）和COLD（冷）标记之间。如果是冷态（约为21℃），则液面高度必须在ADD(加）和CLOD（冷）标记之间。如果液面高度不符合要求，必须加注DEXRON2型动力转向液（液力传动油）。

　　动力转向系的清洗、换油与保护

　　动力转向系的清洗、换油与保护应在有动力转向换油的设备的汽车养护中心进行，使用专用设备，用动力转向系统强力清洗剂首先换出动力转向系统中的旧油，然后用清洗剂清洗动力转向系统，最后用新油（加动力转向保护剂）再次换出动力转向清洗剂，直至换油结束。动力转向系的清洗、换油与保护作业通常应行驶5万km进行一次。这样能确保动力转向系工作更安全更可靠，避免出现早期损坏，延长使用寿命。

一般我们最常见的转向系统故障有行驶摆头、行驶偏向、转向沉重、转向不足等。其检修方法如下：

    ①转向沉重。微型电动汽车在行驶中转动转向盘时感到比较费劲，对迅速避让障碍物和转弯后及时回正方向都带来困难。由此很容易使汽车失去控制而发生事故。

    ②转向不稳，行驶摆头。汽车在平坦路面行驶中，前轮出现左右摆振现象，使车不能保持正常的运动轨迹（即蛇行），车轮绕转向节主销持续摆动。此现象为行驶摆头，它又分为高速摆头和低速摆头：汽车在快速行驶时，前轮晃动，转向盘振抖，手有发麻的感觉，前轮有腾空的趋势，即行驶“发飘”，为高速摆头；当汽车起步后低速行驶时，就感到前轮摇摆，即为低速摆头。

    ③行驶偏向。在直线行驶时感到汽车容易自动偏向一边，前轮不能自动回正，汽车不易保持正直方向行驶，偶尔稍受外力作用，就向一边偏离，驾驶员必须随时用力把住和校正转向盘，此种情况给汽车行驶安全造成威胁。上述现象的产生，往往是因前轮定位失准、前轴或车架变形所致。首先应检查左右轮胎气压是否相等，行驶一段里程后用手摸制动鼓是否有热度（烫手为轮毂轴承调整过紧）；车身两边是否同高一边高一边低时要检查钢板弹簧有无折断或失效）；最后检查前轴以及车架是否弯曲、前轮定位是否符合标准；两边轴距是否相等，必要时按要求进行修复。

    ④转弯不足。此现象多为转向角限位螺栓调整过长所致；转弯量左右不均，一边大一边小，则是转向摇臂在轴上装置不当，若达不到此值时，应调整转向节上的限位螺钉，直到符合标准为止。

  ⑤转向器常见故障。汽车使用中还经常会遇到转向器本身故障，如转向盘游动间隙大，方向卡死，方向打空和转向沉重等毛病。^[3]

适应汽车高速行驶的需要

　　从操纵轻便性、稳定性及安全行驶的角度，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。 转向系统

　　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，目前国内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。

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，已经被广泛使用在汽车上。

　　据了解，在世界范围内，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

　　·循环球式转向器的特点是：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。

　　·间隙可调。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。

　　中国的转向器生产，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，中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、半分置式及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3～8t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

　　早期的汽车转向是用舵柄或横杆(即一种两端带有手柄的水平杆)进行操纵，转向比是1：1，因而汽车转向时的操作是很吃力的。后来，带有齿轮减速比的转向机构很快被推广使用，但是，这种机构的方向盘不象舵柄或横杆要置放在汽车中线的位置，而是要置放在汽车的左边或右边，这样触发了方向盘位置的争论。这场争论旷日持久，导致了今天的汽车分成了两大类方向盘装置法：

　　一类以美国，中国，俄罗斯等世界上大多数国家和地区采用的左置方向盘，实行右上左下的汽车行驶规则；另一类以英国及英联邦，日本等少数国家和地区采用的右置方向盘，实行右下左上的汽车行驶规则。

　　几十年来，各种汽车都使用蜗杆扇形齿轮转向器，现在的循环球式转向器也是这种转向器的一种变型，轿车也经常使用。在这种转向器中，蜗杆与扇形齿轮之间嵌入了钢珠，大大降低了摩擦力，使汽车的转向操纵变得比较轻松。

从70年代起轿车兴起了齿轮齿条转向机构，它由方向盘、方向轴、方向节、转动轴、转向器、转向传动杆和转向轮(前轮)等组成。方向盘操纵转向器内的齿轮转动，齿轮与齿条紧密啮合，推动齿条左移动或右移动，带动转向轮摆动，从而改变轿车行驶的方向。

　　这种转向机构与蜗杆扇形齿轮等其它类型的转向机构比较，省略了转向摇臂和转向主拉杆，具有构件简单，传动效率高的优点。而且它的逆传动效率也高，在车辆行驶时可以保证偏转车轮的自动回正，驾驶者的路感性强。

　　其实，齿轮齿条转向机构早在一世纪前的汽车萌芽发展阶段已经有了，只是那时还不完善，机件加工粗糙。1905年通用汽车卡迪拉克部的工程师将齿轮齿条转向器的设计理论化，并加工成精度很高，操纵灵活的齿轮齿条转向器，正式应用在轿车上。后来，汽车转向器的型式被蜗杆一扇形齿轮型式所垄断，但许多人仍然继续完善齿轮一齿条转向机构。由于近代材料科学的发展，大大提高了齿轮一齿条转向机构的安全可靠系数，人们再次重视这种转向机构的简单实用性，由于它具有构件少质量轻，成本低的优点，受到汽车制造商的青睐，现在大多数的轿车转向器都采用齿轮一齿条型。

　　现代轿车马力大、速度快，为了操纵的轻便和灵敏，中高档次的轿车转向器都加装了转向动力装置，又称为液压动力转向器。它具有工作无噪声，灵触度高体积小，能够吸收来自不平路面的冲击力，在现代轿车上得到十分广泛的应用。

　　液压动力转向器的主要部件包括油泵、液压分配阀和助力器。液压分配阀与油泵组合一体，助力器与转向器装在一起，中间用油路连接。发动机通过皮带带动油泵，把油压输出到助力器。助力器壳体内是一个活塞，活塞连接着转向器的齿轮，活塞两端是腔室。当轿车直线行驶时，活塞两端压力相等，静止不动，油泵空转；当轿车转弯时，液压分配阀将油液通过变化了的通道进入了助力器的一侧，使活塞两端产生压力差，迫使活塞移动到另一侧，带动齿轮转动，“助一臂之力”。这样转动方向盘的操纵力不是直接迫使车轮转向的唯一作用力了，可由助力器辅动车轮转向，减轻了驾驶者的劳动强度，减少了方向盘的转数，特别是减少了停车转向时的操纵力。

　　现在已经出现了电子控制速度传感型的轿车动力转向器，它除了满足减少操纵力，提高灵触度外，还可以根据车速与行驶条件的不同而产生与之相适应的转向力。在停车时能提供足够的助力，随着车速的逐渐增加助力又可以逐渐减少，当高速行驶时则无助力但保持良好的路感。这种电子式的动力转向机构附有微处理机和电子转速表，电子转速表发出脉冲讯号，微处理机发出相应的指令控制动力转向机构。