【正文】 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加一套動(dòng)力輔助裝置組成的。轉(zhuǎn)向油罐 5 有進(jìn)、出油管接頭，通過(guò)油管分別與轉(zhuǎn)向油泵和轉(zhuǎn)向控制閥 2 聯(lián)接。機(jī)械轉(zhuǎn)向器和缸體形成左右兩個(gè)工作腔，它們分別通過(guò)油道和轉(zhuǎn)向控制閥聯(lián)接。當(dāng)汽車(chē)需要向右轉(zhuǎn)向時(shí)，駕駛員向右轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)，轉(zhuǎn)向控制閥將轉(zhuǎn)向油泵出來(lái)的工作液與 R 腔接通，將 L 腔與油罐接通，在油壓的作用下，活塞向下移動(dòng)，通過(guò)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)使左、右輪向右偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)右轉(zhuǎn)向。 圖 12 液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)示 意圖 l轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) 2轉(zhuǎn)向控制閥 3機(jī)械轉(zhuǎn)向器與轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸總成 4轉(zhuǎn)向傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 5轉(zhuǎn)向油罐 6轉(zhuǎn)向油泵 R轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸右腔 L轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸左腔 轉(zhuǎn)閥式液壓助力轉(zhuǎn)向器工作原理 汽車(chē)直線行駛時(shí)，閥芯與閥套的位置關(guān)系如圖中所示。駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)時(shí)，閥芯與閥套的相對(duì)位置發(fā)生改變，使得大部分或全部來(lái)自泵的液壓油流入動(dòng)力缸某一端，而另一端與回油管路接通，動(dòng)力缸促進(jìn)汽車(chē)左傳或右轉(zhuǎn)。來(lái)自轉(zhuǎn)向油泵2 的工作液向閥套 8 的 3 個(gè)進(jìn)油孔供油，油液通過(guò)預(yù)開(kāi)隙進(jìn)入閥芯 7 的凹槽，再通過(guò)閥芯的回油孔進(jìn)入閥芯 7 與扭力桿 6 間的空腔，再經(jīng)過(guò)閥套 8 的回油孔通過(guò)回油管流回油罐 1，形成油路循環(huán)。由于左、右油缸均有油，且油壓相等，更由于油路連通回油道而建立不起高壓，因此轉(zhuǎn)向助力器沒(méi)有助力作用，這即是直線行駛狀態(tài)。活塞左缸的油液被壓 出，通過(guò)閥套孔、閥芯及閥芯與扭力桿間的間隙流回轉(zhuǎn)向油罐 1。扭力桿端頭與閥芯 7 連接，因而帶動(dòng)閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，這是閥套 8 的進(jìn)油口一側(cè)的預(yù)開(kāi)隙被關(guān)閉，另一側(cè)的預(yù)開(kāi)隙開(kāi)度變大，壓力油壓向轉(zhuǎn)向器左缸，活塞向縮進(jìn)轉(zhuǎn)向器方向移動(dòng)，也即將齒條推進(jìn)轉(zhuǎn)向器，從而起到了轉(zhuǎn)向助力的作用，汽車(chē)向左轉(zhuǎn)彎。 當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)停在某一位置不再繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，閥套隨小齒輪在液力和扭力桿彈力的作用下，沿轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，使之與閥芯的相對(duì)角位移量減小，左、右油缸油壓差減小，但仍有一定的助力作用。 在轉(zhuǎn)向過(guò)程中，如果轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)快，閥套與閥芯的相對(duì)角位移量也大，左、右動(dòng)力腔的油壓差也相應(yīng)加大，前輪偏轉(zhuǎn)的速度也加快，如轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)速度慢，前輪偏轉(zhuǎn)的也慢，若轉(zhuǎn)向盤(pán)停在某一位置上不變，對(duì)應(yīng)著前輪也停在某一位置上不變。 如果駕駛員放松轉(zhuǎn)向盤(pán)，閥芯回到中間位置，失去了助力作用，此時(shí)轉(zhuǎn)向輪在回正力矩的作 用下自動(dòng)回位。在此力的作用下，轉(zhuǎn)向輪迅速回正，保證了汽車(chē)直線行駛的穩(wěn)定性。此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)，通過(guò)轉(zhuǎn)向柱帶動(dòng)閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)，閥芯下端邊緣有弧形缺口，轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度后，帶動(dòng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過(guò)齒條傳給左右橫拉桿，即可實(shí)現(xiàn)汽車(chē)轉(zhuǎn)向。歷史上曾出現(xiàn)過(guò)許多種形式的轉(zhuǎn)向器，目前較常用的有齒輪齒條式、蝸桿曲柄指銷(xiāo)式、循環(huán)球 齒條齒扇式、循環(huán)球曲柄指銷(xiāo)式、蝸桿滾輪式等。如果按照助力形式，又可以分為機(jī)械式（無(wú)助力），和動(dòng)力式（有助力）兩種，其中動(dòng)力轉(zhuǎn)向器又可以分為氣壓動(dòng)力式、液壓動(dòng)力式、電動(dòng)助力式、電液助力式等種類(lèi)。其基本結(jié)構(gòu)是一對(duì)相互嚙合的小齒輪 和齒條 ， 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。有時(shí)，靠齒條來(lái)直接帶動(dòng)橫拉桿，就可使轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向。在汽車(chē)上得到廣泛應(yīng)用。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)是：因 逆效率高 (60％～ 70％ )，汽車(chē)在不平路面上行駛時(shí)，發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面之間的沖擊力， 大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤(pán)，稱之為 反沖。 蝸桿曲柄銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器 它是以蝸桿為主動(dòng)件，曲柄銷(xiāo)為從動(dòng)件的轉(zhuǎn)向器。轉(zhuǎn)向 時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿、嵌于蝸桿螺旋槽中的錐形指銷(xiāo)一邊自轉(zhuǎn)，一邊繞轉(zhuǎn)向搖臂軸做圓弧運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)曲柄和轉(zhuǎn)向垂臂擺動(dòng)，再通過(guò)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 循環(huán)球式：這種轉(zhuǎn)向裝置是由齒輪機(jī)構(gòu)將來(lái)自轉(zhuǎn)向盤(pán)的旋轉(zhuǎn)力進(jìn)行減速，使轉(zhuǎn)向盤(pán)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)闇u輪蝸桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，滾珠螺桿和螺母夾著鋼球嚙合，因而滾珠螺桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，螺母再與扇形齒輪嚙合，直線運(yùn)動(dòng)再次變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使連桿臂搖動(dòng)，連桿臂再使連動(dòng)拉桿和橫拉桿做直線運(yùn)動(dòng)，改變車(chē)輪的方向。它的原理相當(dāng)于利用了螺母與螺栓在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的相對(duì)移動(dòng)，而在螺紋與螺紋之間夾入了鋼球以減小阻力，所有鋼球在一個(gè)首尾相連的封閉的螺旋曲線內(nèi)滾動(dòng)，循環(huán)球式故而得名。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)是：逆效率 高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，制造精度要求高。 轉(zhuǎn)向器方案分析 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器又稱為綜合式轉(zhuǎn)向器（因?yàn)樗蓛杉?jí)傳動(dòng)副組成），是目前國(guó)內(nèi)、外汽車(chē)上較為流行的一種結(jié)構(gòu)形式。 轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)，與轉(zhuǎn)向軸連為一體的螺桿帶動(dòng)方形螺母作軸向移動(dòng)（因螺桿在軸向方向固定在轉(zhuǎn)向器殼上），螺母的下端制成齒條，因而能帶動(dòng)與轉(zhuǎn)向搖臂軸做成一體的齒扇的轉(zhuǎn)動(dòng)。 轉(zhuǎn)向螺桿的軸徑支撐在兩個(gè)角接觸球軸承上，軸承緊度可用調(diào)整墊片調(diào)整?？梢?jiàn)，轉(zhuǎn)向螺母即是第一級(jí)傳動(dòng)副的從動(dòng)件，也是第二級(jí)傳動(dòng)副（齒條 齒扇傳動(dòng)副）的主動(dòng)件（齒條）。 1轉(zhuǎn)向搖臂 2向心推力球軸承 3螺桿副總成 4殼體組件 5螺栓 6上蓋調(diào)整墊片 8上蓋 9柱管夾子 10螺桿油封 11鐵絲 12頂絲 13柱管 14轉(zhuǎn)向軸組件 15支承套 16自攻螺釘 17螺母 18螺母 MB 19螺栓 20墊圈 21濾氣螺塞 圖 31 循環(huán)球式齒條 齒扇轉(zhuǎn)向器 為了減少轉(zhuǎn)向螺桿和轉(zhuǎn)向螺母之間的摩擦和磨損，二者的螺紋制成半圓形凹槽，并不直接接觸，其間裝有許多鋼球，從而將滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩 擦。兩者的螺旋槽能配合形成近似圓形斷面的螺旋管狀通道，這樣可以使轉(zhuǎn)向螺母和轉(zhuǎn)向螺桿軸向定位好，滾道和鋼球間有間隙，可以用來(lái)貯存碎屑和潤(rùn)滑油，有助于減少螺母和螺桿之間的磨損。兩根 U形鋼球?qū)Ч艿膬啥瞬迦肼菽競(jìng)?cè)面的兩對(duì)通孔中，導(dǎo)管內(nèi)也裝滿了鋼球。 轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)鋼球?qū)⒘鹘o轉(zhuǎn)向螺母，螺母即沿軸向移動(dòng)。鋼球在管狀通道內(nèi)繞行 周后，流出螺母而進(jìn)入導(dǎo)管的一端，再由導(dǎo)管另一端流回螺旋管狀通道。 與齒條相嚙合的齒扇，其齒厚是在分度圓上沿齒扇軸線按線性關(guān)系變化的，故為變厚齒扇。調(diào)整螺釘裝在側(cè)蓋上，并用螺母鎖緊。將調(diào)整螺釘旋入，則嚙合間隙減少； 反之，則嚙合間隙增大。但其逆效率高，容易將路面沖擊力傳動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)。 由于循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器在結(jié)構(gòu)上便于與液力轉(zhuǎn)向加力器設(shè)計(jì)為一個(gè)整體，而液力系統(tǒng)又正可以緩和路面的沖擊，因此，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器得到日益廣泛的應(yīng)用。 防傷安全機(jī)構(gòu)方案分析 根據(jù)交通事故統(tǒng)計(jì)資料和 對(duì)汽車(chē)碰撞試驗(yàn)結(jié)果的分析表明：汽車(chē)正面碰撞時(shí)，轉(zhuǎn)向盤(pán)、轉(zhuǎn)向管柱是使駕駛員受傷的主要元件。為此，需要在轉(zhuǎn)向系中設(shè)計(jì)并安裝能防止或者減輕駕駛員受傷的機(jī)構(gòu) 。當(dāng)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸中采用萬(wàn)向節(jié)連接的結(jié)構(gòu)時(shí)，只要布置合理 ，即可在汽車(chē)正面碰撞時(shí)防止轉(zhuǎn)向軸等向乘客艙或駕駛室內(nèi)移動(dòng) ，如圖 21。轉(zhuǎn)向軸上設(shè)置有萬(wàn)向節(jié)不僅能提高安全性，而且有利于使轉(zhuǎn)向盤(pán)和轉(zhuǎn)向器在汽車(chē)上得到合理布置，提高了操縱方便性并且拆裝容易。 轉(zhuǎn)向軸分為兩段，上轉(zhuǎn)向軸的下端經(jīng)彎曲成形后，其軸線與主軸線之間偏移一段距離，其端面與焊 有兩個(gè)圓頭圓柱銷(xiāo)的緊固板焊接，兩圓柱銷(xiāo)的中心線對(duì)稱于上轉(zhuǎn)向軸的主軸線。該軸在使用過(guò)程中國(guó)除傳遞轉(zhuǎn)矩外，在受到一定數(shù)值的軸向力時(shí)，上下轉(zhuǎn)向軸能自動(dòng)脫開(kāi)，如圖 24所示， 以確保駕駛員安全。套管經(jīng)過(guò)擠壓處理后形成與兩側(cè)經(jīng)銑削 加工后所形成的軸斷面形狀與尺寸完全一致。汽車(chē)與其他物體正面碰撞時(shí)，作用在套管與軸之間的軸向力使塑料銷(xiāo)釘受到剪切作用，達(dá)到一定值以后剪斷銷(xiāo)釘，然后套管與軸相對(duì)移動(dòng) ，存在其間的塑料能增大摩擦阻力吸收沖擊能量。這種防傷機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，只要合理地選取鉚釘數(shù)量與直徑，便能保證它可靠地工作和吸收沖擊能量。 彈性聯(lián)軸器式防傷機(jī)構(gòu)，由上、下轉(zhuǎn)向軸和有 45176。汽車(chē)一旦出現(xiàn)嚴(yán)重的、破壞性碰撞事故，彈性墊片不僅有軸向變形， 而且能撕裂直至斷開(kāi)。這種防傷結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、成本低。這種結(jié)構(gòu)工作的可靠性由彈性墊片的強(qiáng)度來(lái)決定。即 FZ=Fj=a0tδk1k2σ1 式中， a0 為 實(shí)際斷面寬度 ； t 為墊片厚度； δ 為墊片簾布層數(shù)； k1為考慮墊片不同時(shí)損壞的系數(shù)； k2為考慮危險(xiǎn)斷面邊緣的簾線完整性被破壞的系數(shù)； σ1為拉伸應(yīng) 力。 表 31 循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的主要參數(shù) 參數(shù) 數(shù)值 齒扇模數(shù) /mm 搖臂軸直徑 /mm 22 26 30 32 32 38 42 鋼球中心距 /mm 20 23 25 28 30 35 40 螺桿外徑 /mm 20 23 25 28 29 34 38 鋼球直徑 /mm 螺距 /mm 工作圈數(shù) 環(huán)流行數(shù) 2 齒扇齒數(shù) 5 5 齒扇整圓齒數(shù) 12 13 13 14 15 齒扇壓力角 22176。 30′ 切削角 6176。 30′ 7176。螺桿和螺母上的相互對(duì)應(yīng)的螺旋槽構(gòu)成鋼球的螺旋滾道。為了形成螺母上的循環(huán)軌道，在螺母上與其齒條相反的一側(cè)表面（通常為上表面）需鉆孔與螺母的螺旋滾道打通以形成一個(gè)環(huán)路滾道的兩個(gè)導(dǎo)孔，并分別插入鋼球?qū)Ч艿膬啥藢?dǎo)管。插入螺母螺旋滾道兩個(gè)導(dǎo)孔的鋼球的兩個(gè)導(dǎo)管的中心線應(yīng)與螺母螺旋滾道的中心線相切。 11176。鋼球直徑 d 約為 69mm。鋼球直徑尺寸差應(yīng)不超過(guò)128 105d。鋼球的數(shù)量也影響承載能力，增多鋼球使承載能力增大，但也使鋼球的流動(dòng)性變差，從而要降低傳動(dòng)效率。 圖 31螺桿 鋼球 螺母?jìng)鲃?dòng)副 鋼球中心距 D、螺桿外徑 D1和螺母內(nèi)徑 D2 尺寸 D、 D D2如圖 31所示。螺母外徑 D螺母內(nèi)徑 D2及鋼球直徑對(duì)確定鋼球中心距 D 的大小有影響，而 D 又對(duì)轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)尺寸和強(qiáng)度有影響。選取 D值的規(guī)律是隨 扇齒模數(shù)的增大，鋼球中心距 D也相應(yīng)增加。螺母內(nèi)徑 D2應(yīng)大于的的 D1，一般要求 D2D1=(5%10%)D 鋼球直徑 d及數(shù)量 n 鋼球直徑尺寸 d取得越大，能提高承載能力，同時(shí)螺桿和螺母 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向器的尺寸也隨之增大。 增加 鋼球數(shù)量 n（ n 不超過(guò) 60） ，能提高承載能力； 但使鋼球流動(dòng)性變壞，從而使傳動(dòng)效率降低。滾道截面有四點(diǎn)接觸式、兩點(diǎn)接觸式和橢圓滾道截面等。四點(diǎn)接觸式滾道截面可獲得最小的軸向間隙，以避免軸向定位的不穩(wěn)定，受載后基本上可消除軸向位移，但滾道與鋼球間仍應(yīng)有間隙以貯存磨屑、減小磨損。兩點(diǎn)接觸式滾道截面由兩段 圓弧組成，其螺桿和螺母滾道均為單圓弧，形狀簡(jiǎn)單。橢圓滾道的螺桿部分為橢圓截面、螺母部分為圓弧截面。螺桿滾道應(yīng)倒角以避免尖角劃傷鋼球。增大 θ 將使徑向力增大而軸向力減?。环粗畡t 相反。 圖 32四段圓弧滾道截面 螺距 P和螺旋線 導(dǎo)程角 轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng) λ角，對(duì)應(yīng)螺母移動(dòng)的距離 s為 s=λP/2π………………………… ...（ 32） . 式中 ,P 為螺紋螺距。 聯(lián)合以上兩式 得 λ=2πrβp/P,將λ對(duì) βp 求導(dǎo) ，得循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比 iw為 iw=2πr/P………………………… ...(34) 由式上式可知，螺距 P 影響轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的值。螺距 P 一般在8～ 11mm 內(nèi)選取。選擇時(shí)應(yīng)滿足角傳動(dòng)比的要求和保證有較高的正效率，而反行程時(shí)不發(fā) 生自鎖現(xiàn)象。增加工作鋼球圈數(shù)，參加工作的鋼球增多，能降低接觸壓力，提高承載能力；但鋼球受力不均勻，螺桿增長(zhǎng)使剛度降低。 導(dǎo)管內(nèi)徑 d1 容納鋼球而且鋼球在其內(nèi)部流動(dòng)的導(dǎo)管內(nèi)徑 d1=d+e ，式中， e 為鋼球直徑 d與導(dǎo)管內(nèi)徑之間的間隙。 一般 e=～ 。 材料的選取 螺桿和螺母一般采用 .20CrMnTi、 22CrMnMo、 20CrNi3A 鋼制造，表面滲碳，滲碳層深度為 ，重型汽車(chē)和前軸負(fù)荷大的汽車(chē)的轉(zhuǎn)向器，滲碳層深度可達(dá) 。 齒條、齒扇傳動(dòng)副 的設(shè)計(jì) 齒扇通常有 5個(gè)齒，它與搖臂軸為一體。由于轉(zhuǎn)向器經(jīng)常處于中間位置工作，因此齒扇與齒條的中間齒磨損最厲害。這種必要的齒側(cè)間隙的改變可通過(guò)使齒扇各齒具有不同的齒厚來(lái)達(dá)到。為此可在齒扇的切齒過(guò)程中使毛坯繞工藝中心轉(zhuǎn)動(dòng) ,其相對(duì)于搖臂軸的中心有距 離為 n的偏心。 圖 33為獲得變化的齒側(cè)間隙齒扇的加工原理和計(jì)算簡(jiǎn)圖 圖 34 用于選擇偏心 n的線圖 當(dāng) ? ， wr 確定后，根據(jù)上式可繪制圖，用于選擇適當(dāng)?shù)?n值，以便使齒條、齒扇傳動(dòng)副兩端齒嚙合時(shí)，齒側(cè)間隙 s? 能夠適應(yīng)消除