轉向器

轉向器的作用是把來自轉向盤的轉向力矩和轉向角進行適當的變換（主要是減速增矩），再輸出給轉向拉桿機構，從而使汽車轉向，所以轉向器本質上就是減速傳動裝置。轉向器有多種類型，如齒輪齒條式、循環球式、蝸桿曲柄指銷式，動力轉向器等。

基本介紹

• 中文名：轉向器
• 外文名：Steering gear
• 套用領域：車輛轉向和船舶液壓
• 分類：有助力、無助力
• 俗稱：方向機

概念簡介

轉向器的作用是把來自轉向盤的轉向力矩和轉向角進行適當的變換（主要是減速增矩），再輸出給轉向拉桿機構，從而使汽車轉向，所以轉向器本質上就是減速傳動裝置，一般有1~2級減速傳動副。

分類及優缺點

歷史上曾出現過許多種形式的轉向器，但是很多已經被淘汰。按照助力形式分類，轉向器可以分為機械式（無助力）和動力式（有助力）。

機械式轉向器按照結構形式的不同，又可以分為齒輪齒條式、循環球式、蝸桿曲柄指銷式、循環球曲柄指銷式、蝸桿滾輪式等。常用的是齒輪齒條式、循環球式、蝸桿曲柄指銷式。

齒輪齒條式轉向器是一種最簡單的轉向器。它的優點是結構簡單、緊湊，剛度大，成本低廉，轉向靈敏，正、逆襲率都高，便於布置，而且特別適合於與燭式懸架和麥弗遜懸架配用，還可以直接帶動橫拉桿，簡化轉向傳動機構。因此在轎車和微、輕型貨車上得到廣泛套用。

循環球式轉向器正、逆襲率都很高，故操縱輕便，壽命長，工作穩定可靠；但是由於逆襲率很高，導致容易將路面衝擊力傳到方向盤上。

動力式轉向器其實就是機械式轉向器與轉向加力裝置組合到一起形成的。按傳能介質的不同，動力轉向器有氣壓式和液壓式兩種。其中的液壓式動力轉向器根據機械式轉向器、轉向動力缸和轉向控制閥三者在轉向裝置中的布置和聯接關係的不同，又可以分為整體式（機械式轉向器、轉向動力缸和轉向控制閥三者設計為一體）、半整體式（把機械式轉向器和轉向控制閥設計在一起，轉向動力缸獨立）和分離式（機械式轉向器獨立，把轉向控制閥和轉向動力缸設計為一體）三種結構型式。

值得注意的是，裝載質量特大的貨車不宜採用氣壓動力轉向器，因為氣壓系統的工作壓力 較低（一般不高於0.7MPa），用於重型汽車上時，其部件尺寸將過於龐大。液壓動力轉向器的工作壓力可高達10MPa以上，故其部件尺寸很小。液壓系統工作時無噪聲，工作滯後時間短，而且能吸收來自不平路面的衝擊。因此，液壓動力轉向器已在各類各級汽車上獲得廣泛套用。

結構與原理

齒輪齒條式轉向器

它是一種最常見的轉向器。其基本結構是一對相互嚙合的小齒輪和齒條。轉向軸帶動小齒輪旋轉時，齒條便做直線運動。有時，靠齒條來直接帶動橫拉桿，就可使轉向輪轉向，如圖1所示。

圖1 齒輪齒條式轉向器

為了衰減轉向輪擺振，往往在帶有齒輪齒條式轉向器的轉向系統中增設轉向減振器。

循環球式轉向器

循環球式轉向器也是目前國內外汽車上較為流行的一種結構形式。循環球式轉向器中一般有兩級傳動副，第一級是螺桿螺母傳動副，第二級是齒輪齒條傳動副或滑塊曲柄銷傳動副，如下圖所示。

圖2 循環球式轉向器

為了減少轉向螺桿和轉向螺母之間的摩擦，兩者之間的螺紋被沿螺旋槽滾動的許多鋼球取代，以實現滑動摩擦變為滾動摩擦。

轉向螺桿轉動時，通過鋼球將力傳給螺母， 螺母即沿軸線移動，螺母再與扇形齒輪嚙合，直線運動再次變為旋轉運動，使連桿臂搖動，連桿臂再使連動拉桿和橫拉桿做直線運動，改變車輪的方向。同時，在螺桿與螺母兩者和鋼球間的摩擦力偶作用下，所有鋼球便在螺旋管狀通道內滾動，形成“球流”。

蝸桿曲柄指銷式轉向器

蝸桿曲柄指銷式轉向器的傳動副（如下圖）以轉向蝸桿3為主動件，其從動件是裝在搖臂軸1曲柄端部的指銷2。轉向蝸桿轉動時，與之嚙合的指銷即繞搖臂軸軸線沿圓弧運動，並帶動搖臂轉動。再通過轉向傳動機構使轉向輪偏轉。

圖3 蝸桿曲柄指銷式轉向器

液壓式整體動力轉向器

目前，國產轎車上幾乎毫無例外的採用了轉閥式的整體動力轉向器。下圖所示為捷達轎車上採用的帶整體式的動力轉向器的轉向加力裝置示意圖。齒輪齒條式機械轉向器、轉向動力缸和控制閥設計成一體，組成整體式動力轉向器。

圖4 液壓式整體動力轉向器

轉向動力缸活塞與機械轉向器製成一體。活塞將轉向動力缸分成左右兩腔。轉向控制閥組裝在機械轉向器的下端，轉向軸轉動控制轉向控制閥的工作狀態，其轉向控制閥為滑閥或轉閥。

葉輪泵由發動機驅動，轉向控制閥裝在轉向柱下端，齒條右端裝有動力缸，缸分成兩個工作壓力室。儲油罐通過吸管連線葉輪泵，通過回油管連線控制閥。壓力管從控制閥通往葉輪泵。

不轉向時，控制閥保持開啟狀態，動力缸活塞兩邊的工作腔與低壓回油管相通而不起作用。葉輪泵輸出的油液經控制閥流回儲油罐。因轉向壓力和流量限制閥的節流阻力很小，故葉輪泵輸出油的壓力也很低，葉輪泵實際上處於空轉狀態。

轉向時，駕駛員轉動轉向盤，帶動轉向軸和齒輪，使分配閥處於與某一轉彎方向相應的工作位置時，轉向動力缸中相應的工作腔與回油管路斷開，與葉輪泵輸出管路相通，另一腔仍通回油管路。地面轉向阻力經橫拉桿傳到制有齒條的活塞桿上，形成比轉向控制閥節流阻力高得多的管路阻力。於是葉輪泵輸出壓力急劇升高。高壓液體通過控制閥進入動力缸活塞的一邊，推動活塞，進而推動齒條起加力作用。

轉向角度愈大，轉向力愈大，活塞移動行程就愈長，產生的壓力也就愈高，由此產生的轉向加力也愈大。轉向盤停止轉動時，控制閥隨即回復到中間位置，使動力缸停止工作，也就是具有隨動作用。

轉向器性能測試

測試設備

轉向器性能試驗台（如下圖所示），可對齒條齒輪式（左置和右置）轉向器進行比例負荷試驗、正逆轉試驗、閥特性試驗、噪音試驗（總成噪音和閥噪音）、內部泄露（總成內泄和閥內泄）等相關綜合性能試驗。測量精度可達0.5%（F·S）。

圖5 轉向器性能試驗台

測試項目

QC/T29096-92《汽車轉向器總成台架試驗方法》規定的汽車動力轉向器汽車動力轉向器的試驗方法。轉向器試驗主要包括性能試驗和可靠性試驗，其中性能試驗主要驗證的是轉向器的基本性能的好壞，可靠性試驗主要是驗證轉向器在使用一段時間後的疲勞性能。

轉向器性能試驗包括轉向器圈數、空載轉動力矩、自由間隙、功能試驗、轉向力特性、內泄漏、外泄露、回正能力和轉向器靈敏性。轉向器可靠性試驗主要包括疲勞試驗、磨損試驗、強制轉向試驗、逆向超載試驗和超壓試驗。