【文章內(nèi)容簡介】 代。但隨著動力轉(zhuǎn)向的應用，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器近年來又得到廣泛使用。 當汽車轉(zhuǎn)向時，駕駛員對轉(zhuǎn)向盤施加一個轉(zhuǎn)向力矩。該力矩通過轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向萬向節(jié)、和轉(zhuǎn)向傳動軸輸入轉(zhuǎn)向器。經(jīng)轉(zhuǎn)向器 放大后的力矩和減速后的運動傳到轉(zhuǎn)向搖臂，再通過轉(zhuǎn)向直拉桿傳給固定于左轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向節(jié)臂，使左轉(zhuǎn)向節(jié)和它所支撐的左轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。 從轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向傳動軸這一系列零件和部件，均屬于轉(zhuǎn)向操縱機構。有轉(zhuǎn)向搖臂至轉(zhuǎn)向梯形這一系列零件和部件（不含轉(zhuǎn)向節(jié)），均屬于轉(zhuǎn)向傳動機構。 目前較常用的機械式轉(zhuǎn)向器有齒輪齒條式、蝸桿曲柄指銷式、循環(huán)球 齒條齒扇式、蝸桿滾輪式等。其中第二、第四種分別是第一、第三種的變形形式，而蝸桿滾輪式則更少見。 方向盤轉(zhuǎn)動使方向機蝸桿轉(zhuǎn)動、渦桿與蝸輪咬合（也有循環(huán)球咬合的）渦輪軸帶動方向機搖臂前后擺動，方 向機搖臂通過球頭銷與豎拉桿相連、豎拉桿另一端與左前輪軸頭搖臂相連，軸頭搖臂通過立銷（主銷）與前橋相連，搖臂前后擺動就可使車輪軸頭（沿主銷）左右轉(zhuǎn)向了，左前輪通過橫拉桿與右車輪相連，這樣轉(zhuǎn)動方向盤就可以讓左右前輪同時轉(zhuǎn)向了 [2] 汽車行駛中經(jīng)常需要改變行駛方向，即所謂的轉(zhuǎn)向，這就需要有一套能夠按照司機意志使汽車轉(zhuǎn)向的機構，它將司機轉(zhuǎn)動方向盤的動作轉(zhuǎn)變?yōu)檐囕?(通常是前輪 )的偏轉(zhuǎn)動作。 按轉(zhuǎn)向力能源的不同，可將轉(zhuǎn)向系分為機械轉(zhuǎn)向系和動力轉(zhuǎn)向系。 機械轉(zhuǎn)向系的能量來源是人力，所有傳力件都是機械的，由轉(zhuǎn)向操縱機構 (方 向盤 )、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動機構三大部分組成。其中轉(zhuǎn)向器是將操縱機構的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲃訖C構的直線運動 (嚴格講是近似直線運動 )的機構，是轉(zhuǎn)向系的核心部件。 動力轉(zhuǎn)向系除具有以上三大部件外，其最主要的動力來源是轉(zhuǎn)向助力裝置。由于轉(zhuǎn)向助力裝置最常用的是一套液壓系統(tǒng)，因此也就離不開泵、油管、閥、活塞和儲油罐，它們分別相當于電路系統(tǒng)中的電池、導線、開關、電機和地線的作用。 11 動力轉(zhuǎn)向器 動力轉(zhuǎn)向器是兼用駕駛員體力和發(fā)動機動力為轉(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向系。在正常情況下，汽車轉(zhuǎn)向所需的能量，只有一小部分由駕駛員提供，而大部 分是由發(fā)動機通過轉(zhuǎn)向加力裝置提供的。但在轉(zhuǎn)向加力裝置失效時，一般還應當能由駕駛員獨立承擔汽車轉(zhuǎn)向任務。因此，動力轉(zhuǎn)向器是在機械轉(zhuǎn)向器的基礎上加設一套轉(zhuǎn)向加力裝置而形成的。 動力轉(zhuǎn)向器除具有以上三大部件外，其最主要的動力來源是轉(zhuǎn)向助力裝置。由于轉(zhuǎn)向助力裝置最常用的是一套液壓系統(tǒng)，因此也就離不開泵、油管、閥、活塞和儲油罐，它們分別相當于電路系統(tǒng)中的電池、導線、開關、電機和地線的作用。轉(zhuǎn)向助力裝置有以下幾種： (1)液壓式動力轉(zhuǎn)向裝置 (2)電動式動力轉(zhuǎn)向裝置 (3)電動液壓式動力轉(zhuǎn)向裝置 12 第三章 . 轉(zhuǎn)向系設計 概述 對轉(zhuǎn)向系的要求 [3] 1）汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，全部車輪應繞瞬時轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，任何車輪不應有側滑。不滿足這項要求會加速輪胎磨損，并降低汽車的行駛穩(wěn)定性。 2）汽車轉(zhuǎn)向行駛時，在駕駛員松開轉(zhuǎn)向盤的條件下，轉(zhuǎn)向輪能自動返回到直線行駛位置，并穩(wěn)定行駛。 3）汽車在任何行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪都不得產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤沒有擺動。 4）轉(zhuǎn)向傳動機構和懸架導向裝置共同工作時，由于運動不協(xié)調(diào)使車輪產(chǎn)生的擺動應最小。 5）保證汽車有較高的機動性，具有迅速和小轉(zhuǎn)彎行駛能力。 6）操縱輕便。 7) 轉(zhuǎn)向輪碰撞到占該物以后，傳給 轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能小。 8) 轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構的球頭處，有消除因磨損而產(chǎn)生間隙的調(diào)整機構。 9) 在車禍中，當轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤由于車架或車身變形而共同后移時，轉(zhuǎn)向系應有能使駕駛員免遭或減輕上海的防傷裝置。 10) 進行運動校核，保證轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動方向一致。 轉(zhuǎn)向操縱機構包括轉(zhuǎn)向盤，轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向管柱。有時為了布置方便，減小由于裝置位置誤差及部件相對運動所引起的附加載荷，提高汽車正面碰撞的安全性以及便于拆裝，在轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向器的輸入端之間安裝轉(zhuǎn)向萬向節(jié)，如圖 21。采用柔性萬向節(jié)可減 少傳至轉(zhuǎn)向軸上的振動，但柔性萬向節(jié)如果過軟，則會影響轉(zhuǎn)向系的剛度。采用動力轉(zhuǎn)向時，還應有轉(zhuǎn)向動力系統(tǒng)。但對于中級以下的轎車和前軸負荷不超過 3t 的載貨汽車，則多數(shù)僅在用機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)而無動力轉(zhuǎn)向裝置。 13 圖 31 轉(zhuǎn)向操縱機構 1方向盤 ； 2轉(zhuǎn)向軸； 3橡膠墊 ； 4轉(zhuǎn)向 柱管支架 ； 5轉(zhuǎn)向 柱管支座； 6轉(zhuǎn)向 操縱機構支架； 7轉(zhuǎn)向 軸限位彈簧； 8上萬向節(jié)； 9轉(zhuǎn)向 傳動軸； 10花鍵防護套； 11下萬向節(jié)； 12轉(zhuǎn)向 柱管； 5轉(zhuǎn)向 節(jié)襯套。 轉(zhuǎn)向傳動機構 [4] 轉(zhuǎn)向傳動機構包括轉(zhuǎn)向臂、轉(zhuǎn)向縱拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、轉(zhuǎn)向梯形臂以及轉(zhuǎn)向橫拉桿等。（見圖 32） 轉(zhuǎn)向傳動機構用于把轉(zhuǎn)向器輸出的力和運動傳給左、右轉(zhuǎn)向節(jié)并使左、右轉(zhuǎn)向輪按一定關系進行偏轉(zhuǎn)。 14 圖 32 轉(zhuǎn)向傳動 機構 1轉(zhuǎn)向搖臂； 2轉(zhuǎn)向縱拉桿； 3轉(zhuǎn)向節(jié)臂； 4轉(zhuǎn)向梯形臂； 5轉(zhuǎn)向橫拉桿 轉(zhuǎn)向器 [5] 機械轉(zhuǎn)向器是將司機對轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動變?yōu)檗D(zhuǎn)向搖臂的擺動（或齒條沿轉(zhuǎn)向車軸軸向的移動），并按一定的角轉(zhuǎn)動比和力轉(zhuǎn)動比進行傳遞的機構。 機械轉(zhuǎn)向器與動力系統(tǒng)相結合，構成動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。高級轎車和重型載貨汽車為了使轉(zhuǎn)向輕便，多采用這種動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。采用液力式動力轉(zhuǎn)向時，由于液體的阻尼作用，吸收了路面上的沖擊載荷，故可采用可逆程度大、正效率又高的轉(zhuǎn)向器結構。 為了避免汽車在撞車時司機受到的轉(zhuǎn)向盤的傷害，除了在轉(zhuǎn)向盤中間可 安裝安全氣囊外，還可在轉(zhuǎn)向系中設置防傷裝置。為了緩和來自路面的沖擊、衰減轉(zhuǎn)向輪的擺振和轉(zhuǎn)向機構的震動，有的還裝有轉(zhuǎn)向減振器。 多數(shù)兩軸及三軸汽車僅用前輪轉(zhuǎn)向；為了提高操縱穩(wěn)定性和機動性，某些現(xiàn)代轎車采用全四輪轉(zhuǎn)向；多軸汽車根據(jù)對機動性的要求，有時要增加轉(zhuǎn)向輪的數(shù)目，制止采用全輪轉(zhuǎn)向 。 轉(zhuǎn)角及最小轉(zhuǎn)彎半徑 汽車的機動性，常用最小轉(zhuǎn)彎半徑來衡量，但汽車的高機動性則應由兩個條件保證。即首先應使左、右轉(zhuǎn)向輪處于最大轉(zhuǎn)角時前外輪的轉(zhuǎn)彎值在汽車軸距的 2~倍范圍內(nèi)；其次，應這樣選擇轉(zhuǎn)向系的角傳動比，即由轉(zhuǎn)向 盤處于中間的位置向左或右旋轉(zhuǎn)至極限位置的總旋轉(zhuǎn)全書，對轎車應不超過 圈，對貨車不應超過 圈。 兩軸汽車在轉(zhuǎn)向時，若不考慮輪胎的側向偏離，則為了滿足上述對轉(zhuǎn)向系的第 (2)條要求，其內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪理想的轉(zhuǎn)角關系如圖 33所示，由下式?jīng)Q定： 15 LKBD CODOio ???? ?? c o tc o t (31) 式中： ?o — 外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角； ?i — 內(nèi)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角； K— 兩轉(zhuǎn)向主銷中心線與地面交點間的距離； L— 軸距 內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的合理匹配是由轉(zhuǎn)向梯形來保證。 圖 33 理想的內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角間的關系 汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑 Rmin 與其內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪在最大轉(zhuǎn)角 ?maxi 與 ?maxo 、軸距 L、主銷距 K及轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)臂 a 等尺寸有關。在轉(zhuǎn)向過程中除內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角外，其他參數(shù)是不變的。最小轉(zhuǎn)彎半徑是指汽車在轉(zhuǎn)向輪處于最大轉(zhuǎn)角的條件下以低速轉(zhuǎn)彎 時前外輪與地面接觸點的軌跡構成圓周的半徑?？砂聪率接嬎悖? aLoR?? ?m a xm in s in (32) 通常 ?maxi 為 35186。～ 40186。，為了減小 Rmin 值， ?maxi 值有時可達到 45186。 操縱輕便型的要求是通過合理地選擇轉(zhuǎn)向系的角傳動比、力傳動比和傳動效率來達到。 對轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向盤或轉(zhuǎn)向輪能自動回正的要求和對汽車直線行駛穩(wěn)動性的要 求則主要是通過合理的選擇主銷后傾角和內(nèi)傾角，消除轉(zhuǎn)向器傳動間隙以及選用可逆式轉(zhuǎn)向器來達到。但要使傳遞到轉(zhuǎn)向盤上的反向沖擊小，則轉(zhuǎn)向器的逆效率有不宜太高。至于對轉(zhuǎn)向系的最后兩條要求則主要是通過合理地選擇結構以及結構布置來解決。 16 轉(zhuǎn)向器及其縱拉桿與緊固件的稱重，約為中級以及上轎車、載貨汽車底盤干重的%～ %；小排量以及下轎車干重的 %～ %。轉(zhuǎn)向器的結構型式隊汽車的自身質(zhì)量影響較小。 17 第四章 . 機械式轉(zhuǎn)向器方案分析 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 [6] 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器由與轉(zhuǎn)向軸做成一體的轉(zhuǎn)向齒輪和 常與轉(zhuǎn)向橫拉桿做成一體的齒條組成。與其他形式的轉(zhuǎn)向器比較，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器最主要的優(yōu)點是：結構簡單、緊湊；殼體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成，轉(zhuǎn)向器的質(zhì)量比較小；傳動效率高達90%；齒輪與齒條之間因磨損出現(xiàn)間隙以后，利用裝在齒條背部、靠近主動小齒輪處的壓緊力可以調(diào)節(jié)的彈簧。能自動消除齒間間隙，這不僅可以提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度。還可以防止工作時產(chǎn)生沖擊和噪聲；轉(zhuǎn)向器占用的體積小；沒有轉(zhuǎn)向搖臂和直拉桿，所以轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角可以增大；制造成本低。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要缺點是：因逆效率高，汽車在不平路面上行駛時，發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與 路面之間沖擊力的大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤，稱之為反沖。反沖現(xiàn)象會使駕駛員精神緊張，并難以準確控制汽車行駛方向，轉(zhuǎn)向盤突然轉(zhuǎn)動又會造成打手，同時對駕駛員造成傷害。 根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向起有四種形式：中間輸入，兩端輸出；側面輸入，兩端輸出；側面輸入，中間輸出；側面輸入，一端輸出。 采用側面輸入，中間輸出方案時，與齒條連的左，右拉桿延伸到接近汽車縱向?qū)ΨQ平面附近。由于拉桿長度增加，車輪上、下跳動時拉桿擺角減小，有利于減少車輪上、下跳動時轉(zhuǎn)向系與懸架系的運動干涉。拉桿與齒條用螺栓固定連接，因此， 兩拉桿那與齒條同時向左或右移動，為此在轉(zhuǎn)向器殼體上開有軸向的長槽，從而降低了它的強度。 采用兩端輸出方案時，由于轉(zhuǎn)向拉桿長度受到限制，容易與懸架系統(tǒng)導向機構產(chǎn)生運動干涉。 側面輸入，一端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，常用在平頭貨車上。 容易齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器采用直齒圓柱齒輪與直齒齒條嚙合，則運轉(zhuǎn)平穩(wěn)降低，沖擊大，工作噪聲增加。此外，齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角只能是直角，為此因與總體布置不適應而遭淘汰。采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，重合度增加，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，沖擊與工作噪聲均下降，而且齒輪軸線與齒條軸 線之間的夾角易于滿足總體設計的要求。因為斜齒工作時有軸向力作用，所以轉(zhuǎn)向器應該采用推力軸承，使軸承壽命降低，還有斜齒輪的滑磨比較大是它的缺點。 齒條斷面形狀有圓形、 V 形和 Y 形三種。圓形斷面齒條的制作工藝比較簡單。 V 18 形和 Y形斷面齒條與圓形斷面比較，消耗的材料少，約節(jié)省 20%，故質(zhì)量??；位于齒下面的兩斜面與齒條托座接觸，可用來防止齒條繞軸線轉(zhuǎn)動； Y 形斷面齒條的齒寬可以做得寬些，因而強度得到增加。在齒條與托座之間通常裝有用減磨材料（如聚四氟乙烯）做的墊片，以減少滑動摩擦。當車輪跳動、轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向器工作時，如在齒條上作用有能使齒條旋轉(zhuǎn)的力矩時，應選用 V 形和 Y 形斷面齒條，用來防止因齒條旋轉(zhuǎn)而破壞齒輪、齒條的齒不能正確嚙合的情況出現(xiàn)。 為了防止齒條旋轉(zhuǎn)，也有在轉(zhuǎn)向器殼體上設計導向槽的，槽內(nèi)嵌裝導向塊，并將拉桿、導向塊與齒條固定在一起。齒條移動時導向塊在導向槽內(nèi)隨之移動，齒條旋轉(zhuǎn)時導向塊可防止齒條旋轉(zhuǎn)。要求這種結構的導向塊與導向槽之間的配合要適當。配合過緊會為轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)向輪回正帶來困難，配合過松齒條仍能旋轉(zhuǎn)，并伴有敲擊噪聲。 根據(jù)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向梯形相對前軸位置的不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器在汽車上有四種布置：形式轉(zhuǎn)向器位于前 軸后方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，前置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，前置梯形。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器廣泛應用于乘用車上。載質(zhì)量不大，前輪采用獨立懸架的貨車和客車有些也用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器有螺桿和螺母共同形成的落選槽內(nèi)裝鋼球構成的傳動副，以及螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構成的傳動副組成，如圖 31 所示。 圖 41 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器示意圖 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點是：在螺桿和螺母之間因為有可以循環(huán)流動的鋼球，將滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動摩擦，因而傳動效率可以達到 75%～ 85%；在結構和工藝上采取措施后，包括提高制造精度，改善工作表面的表面粗糙度和螺桿、螺母上的螺旋槽經(jīng)淬火和磨削加工，使之有足夠的使用壽命；轉(zhuǎn)向器的傳動比可以變化；工作平穩(wěn)可靠； 19 齒條和齒扇之間的間隙調(diào)整工作容易進行，（圖 42）；適合用來做整體式動力轉(zhuǎn)向器。 圖 42 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的間隙調(diào)整機構 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要缺點是：逆效率高，結構復雜，制造困難，制造精度要求高。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要用于商用車上。 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器由蝸桿和滾輪嚙合而構成。主要優(yōu)點是：結構簡單；制造容 易；因為滾輪的齒面和蝸桿上的螺紋呈面接觸，所以有比較高的強度，工作可靠，磨損小，壽命長；逆效率低。 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的主要缺點是：正效率低；工作齒面磨損以后，調(diào)整嚙合間隙比較困難；轉(zhuǎn)向器的傳動比不能變化。 這種轉(zhuǎn)向器曾在汽車上廣泛使用過。 蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器 蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器的銷子如不能自轉(zhuǎn)，稱為固定銷式蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器；銷子除隨同搖臂軸轉(zhuǎn)動外，還能繞自身州縣轉(zhuǎn)動的，稱為旋轉(zhuǎn)銷式轉(zhuǎn)向器。根據(jù)銷子數(shù)量不同，又有單銷和雙銷之分。 蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點是：轉(zhuǎn)向器的傳動比可以做成不變的或者變化的；指銷和蝸桿之 間的工作面磨損后，調(diào)整間隙工作容易進行。 20