一文解讀汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

我們開車在路上行駛的時候，不可能是一條筆直的大道直達目的地，中間必然要轉(zhuǎn)彎、掉頭等改變車輛的行駛方向。那么是什么裝置使汽車能轉(zhuǎn)彎、掉頭呢？這就是汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，今天我們就來說說它。

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

在汽車上用來改變汽車行駛方向的專設(shè)機構(gòu)的總稱為

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功用

保證汽車能按駕駛員的意愿進行直線或轉(zhuǎn)向行駛。

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型

機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成：

轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)

兩側(cè)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系

不知道大家有沒有注意到，汽車在轉(zhuǎn)向時，兩個轉(zhuǎn)向輪的偏轉(zhuǎn)角度并不是一樣的，這是為什么呢？它們又有什么樣的關(guān)系呢？

汽車轉(zhuǎn)向行駛時，為了避免車輪相對地面滑動而產(chǎn)生附加阻力，減輕輪胎磨損，要求轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能保證所有車輪均作純滾動，即所有車輪軸線的延長線都要相交于一點。

下圖中就是汽車轉(zhuǎn)向時轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角度的關(guān)系圖：

其中α、β分別是內(nèi)外側(cè)轉(zhuǎn)向輪的偏轉(zhuǎn)角，B是兩側(cè)主銷軸線與地面相交點之間的距離；L是汽車軸距。它們之間具有如下關(guān)系：

cotα=cotβ+B/L

這就是兩側(cè)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角之間的理想關(guān)系式。它是由轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式?jīng)Q定的。

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動比

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳動比參數(shù)主要有轉(zhuǎn)向器角傳動比、轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)角傳動比、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動比、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力傳動比幾個參數(shù)值，這個數(shù)值越大，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對駕駛員操縱力的放大倍數(shù)越大，轉(zhuǎn)向就越輕，但轉(zhuǎn)向靈敏度會下降。

轉(zhuǎn)向盤的自由行程

我們在轉(zhuǎn)動方向盤時，會感覺到一段空行程，這種轉(zhuǎn)向盤在空轉(zhuǎn)階段的角行程稱為轉(zhuǎn)向盤的自由行程。

轉(zhuǎn)向盤的自由行程有利于緩和路面沖擊，避免駕駛員過度緊張，但不宜過大，否則將使轉(zhuǎn)向靈敏性能下降。一般方向盤自由行程不大于10度或方向盤圓周弧長0~15mm。

機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源，所有傳遞力的構(gòu)件都是機械的，主要由轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)三大部分組成。當(dāng)前輪為獨立懸架時，機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成及布置與紅旗CA7220型轎車相似。

當(dāng)前輪為非獨立懸架時，機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成及布置如下圖所示。由于轉(zhuǎn)向盤距離轉(zhuǎn)向器較遠，二者之間用萬向節(jié)和傳動軸構(gòu)成的萬向傳動裝置相連。

動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是兼用駕駛員體力和發(fā)動機（或電動機）的動力作為轉(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，又稱為助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加設(shè)一套轉(zhuǎn)向助力裝置而形成的。我們常見的助力轉(zhuǎn)向有機械液壓助力、電子液壓助力、電動助力三種。

轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)

轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向器之間的所有零部件總稱為轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)。

1．轉(zhuǎn)向盤又稱方向盤，是由轉(zhuǎn)向盤由輪緣、輪輻和輪轂組成。轉(zhuǎn)向盤輪轂的細牙內(nèi)花鍵與轉(zhuǎn)向軸連接。現(xiàn)代汽車的轉(zhuǎn)向盤非常復(fù)雜，裝有喇叭按鈕、安全氣囊等。在多功能方向盤上還集中安裝了音響操縱按鈕、定速巡航按鈕、換擋撥片等裝置。

2．轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向柱管及其吸能裝置

轉(zhuǎn)向軸是連接轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向器的傳動件，轉(zhuǎn)向柱管固定在車身上，轉(zhuǎn)向軸從轉(zhuǎn)向柱管中穿過，支承在柱管內(nèi)的軸承和襯套上。

轉(zhuǎn)向器

汽車轉(zhuǎn)向器又名轉(zhuǎn)向機、方向機，它是汽車轉(zhuǎn)向系中最重要的部件。它的作用是：增大轉(zhuǎn)向盤傳到轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的力和改變力的傳遞方向。

常用的有齒輪齒條式、蝸桿曲柄銷式和循環(huán)球式。

1）齒輪齒條轉(zhuǎn)向器：

它是一種最常見的轉(zhuǎn)向器。其基本結(jié)構(gòu)是一對相互嚙合的小齒輪和齒條。轉(zhuǎn)向軸帶動小齒輪旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向。所以，這是一種最簡單的轉(zhuǎn)向器。

它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，轉(zhuǎn)向靈敏，體積小，可以直接帶動橫拉桿。適合與麥弗遜式獨立懸架配用，常用于轎車、微型貨車和輕型貨車。

2）蝸桿曲柄銷式轉(zhuǎn)向器：

它是以蝸桿為主動件，曲柄銷為從動件的轉(zhuǎn)向器。蝸桿具有梯形螺紋，手指狀的錐形指銷用軸承支承在曲柄上，曲柄與轉(zhuǎn)向搖臂軸制成一體。轉(zhuǎn)向時，通過轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動蝸桿、嵌于蝸桿螺旋槽中的錐形指銷一邊自轉(zhuǎn)，一邊繞轉(zhuǎn)向搖臂軸做圓弧運動，從而帶動曲柄和轉(zhuǎn)向垂臂擺動，再通過轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。這種轉(zhuǎn)向器通常用于轉(zhuǎn)向力較大的載貨汽車上。

3）循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器：

主要結(jié)構(gòu)是由殼體、側(cè)蓋、上蓋、下蓋、循環(huán)球螺桿、齒條螺母、轉(zhuǎn)閥閥芯、扇齒軸組成。其中有兩對傳動副：一對是螺桿、螺母，另一對是齒條、齒扇或扇齒軸。在螺桿和齒條螺母之間裝有可循環(huán)滾動的鋼球，使滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，從而提高了傳動效率。這種轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點是，操縱輕便，磨損小，壽命長。缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，轉(zhuǎn)向靈敏度不如齒輪齒條式。

轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)

從轉(zhuǎn)向器到轉(zhuǎn)向輪之間的所有傳動桿件總稱為轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)。轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的功用是將轉(zhuǎn)向器輸出的力和運動傳到轉(zhuǎn)向橋兩側(cè)的轉(zhuǎn)向節(jié)，使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，并使兩轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角按一定關(guān)系變化，以保證汽車轉(zhuǎn)向時車輪與地面的相對滑動盡可能小。

與非獨立懸架配用的轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)

1．轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的組成轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)由轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向直拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂和轉(zhuǎn)向梯形等零部件共同組成，其中轉(zhuǎn)向梯形由梯形臂、轉(zhuǎn)向橫拉桿和前梁共同構(gòu)成。

2．轉(zhuǎn)向搖臂循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器和蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器通過轉(zhuǎn)向搖臂與轉(zhuǎn)向直拉桿相連。轉(zhuǎn)向搖臂的大端用錐形三角細花鍵與轉(zhuǎn)向器中搖臂軸的外端連接，小端通過球頭銷與轉(zhuǎn)向直拉桿作空間鉸鏈連接。

3．轉(zhuǎn)向直拉桿轉(zhuǎn)向直拉桿是轉(zhuǎn)向搖臂與轉(zhuǎn)向節(jié)臂之間的傳動桿件，具有傳力和緩沖作用。在轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)且因懸架彈性變形而相對于車架跳動時，轉(zhuǎn)向直拉桿與轉(zhuǎn)向搖臂及轉(zhuǎn)向節(jié)臂的相對運動都是空間運動，為了不發(fā)生運動干涉，三者之間的連接件都是球形鉸鏈。

4．轉(zhuǎn)向橫拉桿轉(zhuǎn)向橫拉桿是轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)的底邊，由橫拉桿體和旋裝在兩端的橫拉桿接頭組成。其特點是長度可調(diào)，通過調(diào)整橫拉桿的長度，可以調(diào)整前輪前束。

與獨立懸架配用的轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)當(dāng)轉(zhuǎn)向輪采用獨立懸架時，為了滿足轉(zhuǎn)向輪獨立運動的需要，轉(zhuǎn)向橋是斷開式的，轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)中的轉(zhuǎn)向梯形也必須斷開。與獨立懸架配用的多數(shù)是齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)向器布置在車身上，轉(zhuǎn)向橫拉桿通過球頭銷與齒條及轉(zhuǎn)向節(jié)臂相連。

當(dāng)采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器時，轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的桿件較多，如下圖所示。