[科普中国]-车辆转向机构

组成结构

以控制各类轮式或履带式车辆的行驶方向的机构。轮式车辆的转向机构一般由转向机和转向杆系组成。采用动力转向时，还需要装备液压泵、操纵阀、作用缸和贮油罐，合称液压助力机构。1

主要设备转向机用以带动转向杆系实现汽车转向。转向机有球面蜗杆滚轮式、凸轮插销式、循环球式和齿轮齿条式等多种。1960年以来，循环球式转向机使用日渐增多，小型或某些紧凑型轿车较多采用齿轮齿条式。对于转向机的要求是：转向可靠，传动比适当，正效率高，中间位置保持无隙啮合，并能反映道路状况（"路感"）。转向方式轮式车辆的转向机构有轴转向、轮转向和铰接式转向 3类。早期的汽车和现代某些全挂车上采用轴转向。这种转向方式虽然几个车轮轴线在转向时交于一点，但转向时车轮前后位移过大，转向阻力大，轮胎磨耗大，所以不适用于高速行驶的车辆。转向时尽量使全部车轮绕同一个瞬时转向中心作圆周运动，以保证转向轮不发生滑移。由于各转向轮的转弯半径不同，其转角也不相同，内外转向轮的转角之间应保持下列关系式中θo为外转向角，θi为内转向角，L为轴距,Μ为轮距。1

梯形连杆机构能近似地满足这一关系。与车辆悬架配合，连接车轮和转向机的转向杆系有整体式和各种分段式。杆系一般布置在前轴之后，有时也布置在前轴之前。有的车辆因前轴为驱动轴或载荷较重或对机动性有特殊要求而用后轮转向。等轴距3轴、4轴或多轴车辆也有用前、后轮同时转向的（有的4轮驱动拖拉机采用全轮转向,可根据情况随时以前轮、后轮转向或4轮同时转向,甚至可以蟹行）。1、铰接式车辆的转向动作类似于轴转向，即车轮无转向动作而用液压或气压机构推动车辆的铰接部分使车辆转向。铰接式车辆大都是行驶于松软地面的越野车辆或工程机械，车速也较低，可以用这种转向方式。 2、履带式车辆只要使左右侧履带的速度不同即可转向，因此，一侧制动就可以在原地转向。 3、大型轿车、大型客车和前轴轴荷超过4吨的货运汽车上,以及铰接式车辆上大都采用液压助力机构帮助转向。对于各种助力机构的要求是：减轻转向手力，有"路感"；有助力系统失效时仍能用手力转向。超重型汽车还应有应急的储能器或电动转向泵，以便在任何情况下都能保持短时间的转向功能。1

动力转向系统动力转向系统是兼用驾驶员体力和发动机动力为转向能源的转向系。在正常情况下， 汽车转向所需能量，只有一小部分由驾驶员提供，而大部分是由发动机通过动力转向装置提供的。但在动力转向装置失效时，一般还应当能由驾驶员 独立承担汽车转向任务。因此，动力转向系是在机械转向系的基础上加设一套动力转向装置而形成的。对最大总质量在50t以上的重型汽车而言，一旦动力转向装置失效，驾驶员通过机械传动系加于转向节的力远不足以使转向轮偏转而实现转向。故这种汽车的动力转向装置应当特别可靠。图2为一种液压动力转向系的组成和液压动力转向装置的管路布置示意图。其中属于动力转向装置的部件是：转向油罐9、转向油泵10、转向控制阀5和转向动力缸12。当驾驶员逆时针转动转向盘1（左转向）时，转向摇臂7带动转向直拉杆6 前移。直拉杆的拉力作用于转向节臂4，并依次传到梯形臂3和转向横拉杆11，使之右移。与此同时，转向直拉杆还带动转向控制阀5中的滑阀，使转向动力缸12的右腔接通液面压力为零的转向油罐。 油泵10的高压油进入转向动力缸的左腔，于是转向动力缸的活塞上受到向右的液压作用力便经推杆施加在横拉杆11上，也使之右移。 这样，驾驶员施于转向盘上很小的转向力矩，便可克服地面作用于转向轮上的转向阻力矩。1

发展趋势改革开放以来，中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。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。1

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。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。1

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BURMAN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。1

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。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发展的方向。1

维护方法现代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。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：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）。1