汽车转向器和传动机构的结构和工作原理

    一、转向器的结构和工作原理

    转向器是转向系中的减速增力传动装置，其功用是增大由转向盘传到转向节的力矩，并改变力的传递方向。

    转向器的种类很多，按作用力的传递情况分为可逆式、不可逆式、极限可逆式三种，按转向器中传动副的结构形式分为齿轮齿条式、蜗杆曲柄指销式、循环球式和蜗杆滚轮式等几种。

    （一）齿轮齿条式转向器的结构和工作原理】

    如图2-12所示为齿轮齿条式转向器。它主要由转向壳体8、转向齿轮9、转向齿条5等组成。转向器通过转向壳体8的两端用固定的车身上。

    齿轮轴6通过轴承7、10垂直安装在壳体上，其上端通过花键与转向轴上的万向节相连，其下部是与轴制成一体的转向齿轮9，转向齿轮是转向器的主动件，与它相咬合的从动件转向齿条5水平布置，齿条背面装有压簧垫块4.在压簧3的作用下，压簧垫块4将转向齿条5压靠在转向齿轮9上，保持两者无间隙咬合。调整螺塞1可用于调整压簧的预紧力。压簧3不仅起消除咬合间隙的作用，而且还是一个弹性支承，可以吸收部分振动能量，缓和冲击。

    转向齿条5的中部[有的是齿条两端，如图2-21（b）所示]通过拉杆支架12与左右转向横拉杆11连接。转动转向盘时，转向齿轮9转动，与之相咬合的转向齿条9沿轴向移动，从而使转向横拉杆带动转向节13转动，使转向轮偏转，实现汽车转向。

    齿轮齿条式转向器结构简单，加工方便、传动效率高，操纵轻便，所以得到了广泛的应用，如天津夏利轿车、一汽捷达和高尔夫及上海桑塔纳轿车等。另外，南京依维柯轻型货车也采用了这种转向器。

    （二）蜗杆曲柄指销式转向器的结构和工作原理

    蜗杆指销式转向器的传动副是蜗杆和指销。按指销数目的不同，可分为单销式和爽销式两种。单销式与双销式在结构上基本一样。图2-22所示为东风EQ1090E型汽车所采用的双指销式转向器。

    蜗杆指销式转向器主要由转向蜗杆3、曲柄和指销13、转向摇臂轴11、壳体4、侧盖16及轴承组成。转向蜗杆3通过两个球轴承2和9支承在壳体4上，两轴承的预紧度用调整螺塞7调整，用锁紧螺母8锁紧。在转向蜗杆3的梯形断面螺旋槽中装有两个锥形指销13.指销13通过一个圆柱滚子轴承14支承在摇臂轴11内端的曲柄上。螺母15可调整圆柱滚子轴承14的松紧度。转向摇臂轴11通过粉末冶金衬套19和20支承在壳体4上。轴向位置及指销与蜗杆的咬合间隙由调整螺钉17确定。

    当汽车直线行驶时，两个指销分别与蜗杆的螺旋槽相咬合。汽车转向时，驾驶员通过转向盘带动转向蜗杆（主动件）转动，与其相咬合的指销（从动件）一边自转一边以曲柄为半径绕摇臂轴轴线在蜗杆的螺纹槽内做圆弧运动，从而带动曲柄，进而带动转向摇臂摆动，并通过转向传动机构使汽车转向轮偏转而实现汽车转向。

    （三）循环球式转向器的结构和工作原理

    循环球式转向器是目前国内外汽车应用最广泛的一种转向器。与其他形式的转型期相比，循环球式转向器在结构上的主要特点是有两级传动副。

    图2-23所示为解放CA1092型汽车的循环球-齿条齿扇式转向器。第一级传动副是转向螺杆12和转向螺母3，转向螺母3的下平面加工成齿条，与齿扇轴21内侧的齿扇相咬合，构成齿条和齿扇第二级传动副。显然，转向螺母3既是第一级传动副的从动件，也是第二级传动副的主动件。通过转向盘转动转向螺杆12时，转向螺母3不能随之转动，而只能沿杆轴向移动，并驱动齿扇轴（即摇臂轴）转动。

    转向螺杆12支承在两个推力球轴承10上，推力球轴承10的预紧度可用调整垫片14调整。在转向螺杆12上松套着转向螺母3.为了减少它们之间的摩擦，两者的螺纹并不直接接触，其间装有许多钢球，以实现滚动摩擦。螺杆和螺母的螺纹都加工成截面近似为半圆形的螺旋槽，两者的槽相配合即形成截面近似为原型的螺旋管状通道。螺母侧面有两对通孔，可从此孔将钢球装入螺旋通道内。螺母外有两根钢球导管9，每根导管9的两端分别插入螺母侧面的一对通孔中。导管9内也装满钢球。这样，两根导管9和转向螺母3内的螺旋通道组合成两条各自独立封闭的钢球“流道”。当转动转向螺杆时，通过钢球将力传给转向螺母，使螺母沿杆轴向移动。同时，由于摩擦力的作用，所有钢球便在螺杆12和转向螺母3之间的螺旋通道内滚动。钢球在螺旋通道内绕行两周后，流出转向螺母3而进入导管9的一端，再由导管9的另一端流回转向螺母3内。故在转向器工作时，两列钢球只在各自的封闭流道内循环流动，而不会脱出。转向螺母3下平面上加工出的齿条是倾斜的，与之相咬合的是变齿厚齿扇。只要使齿扇轴21相对于齿条做轴向移动，便可调整两者的咬合间隙。调整螺钉18旋装在侧盖上。齿扇轴21靠近齿扇的端部切有T形槽，螺钉的圆柱形断头嵌入此切槽中，端头与T形槽的间隙用调整垫圈来调整。旋入螺钉，则齿条与齿扇的咬合间隙减小，旋出螺钉，则咬合间隙增大。调控好后用锁紧螺母19锁紧。转向器的第一级传动副（转向螺杆-转向螺母）因结构所限，不能进行咬合间隙的调整，零件磨损严重时，只能更换零件。

    循环球式转向器传动效率高（正效率最高可达90%~95%），故操纵轻便，转向结束后自动回正能力强，使用寿命长。但因其逆效率也很高，故容易将路面冲击传给转向盘而产生“打手”现象。不过，随着道路条件的改善，这个缺点并不明显。因此，循环球式转向器广泛用于各类汽车。

    （四）蜗杆滚轮式转向器的结构与工作原理

    如图2-24所示为蜗杆滚轮式转向器的结构图。转向器壳体固定在转向器支架上，壳体内装有传动副蜗杆3和滚轮9.它的中段制成内凹圆弧曲面蜗杆，两端有磨光的锥形面作为螺杆圆锥滚子轴承4的内圈。螺杆中间孔的下半段制有三角形的细齿花键，将具有相同花键的下转向轴5压入，并用扩孔的方法固接在一起。蜗杆两端用圆锥滚子轴承4支承在转向器壳体6内，下端装有轴承盖1，在轴承盖1与壳体6之间装有调整垫片2，用于调整蜗杆轴承的紧度。

    转向摇臂轴11中间的凹部上装有一个三齿滚轮9.用大锥角轴承8支承在滚轮轴10上。滚轮与转向摇臂轴合件装入壳体后，滚轮的中间齿与蜗杆正中间的齿槽咬合。转向摇臂轴11右端支撑在压入壳体的青铜衬套上，衬套的外端在壳体6上还装有自紧式油封，以防漏油。侧盖用螺钉固定在壳体上，用以支撑摇臂轴11的左端。螺母12拧紧在侧盖外螺纹上，并压紧卡圈和调整垫片7，使滚轮与蜗杆中部既保持无间隙咬合又使摇臂轴11不会窜动。

    二、转向传动机构的结构

    转向传动机构的功用是：将转向器输出的运动和动力传给转向桥两侧的转向节，使两侧转向轮偏转，并使两转向轮偏转按一定的关系变化，以保证汽车转向时车轮与地面的相对滑动尽可能小；吸收车轮传到转向盘的反冲力。

    转向传动机构主要由转向摇臂、转向直拉杆、转向节（包括转向节臂和梯形臂）、转向横拉杆等组成。

    （一）转向摇臂

    转向摇臂（也称转向垂臂）连着转向器和转向直拉杆。转向盘和转向器的运动传给转向摇臂，再由转向摇臂传给转向机构，使前轮转向。

    如图2-25所示为常见转向摇臂的结构形式。其大端具有三角形细齿花键锥形孔，用以与转向摇臂外端相连接，并用螺母固定；其小端带有球头销，以便与转向直拉杆做空间铰链连接。转向摇臂安装后从中间位置向两边摆动的角度应大致相等，故在把转向摇臂安装到摇臂轴上时，两者相应的角位置应正确。为此，在摇臂大孔外端和摇臂轴外端有装配标记，装配时应将标记对齐。

    （二）转向直拉杆

    转向直拉杆是连接转向摇臂和转向节臂的杆件。如图2-26所示为解放CA1092型汽车的转向直拉杆。

    直拉杆体3由两端扩大了的钢管制成。在扩大的端部力，装有由球头销2、球头座5、弹簧座7、压缩弹簧6和端部螺塞4等组成的球铰链。球头销2的锥形部分与转向摇臂连接，并用螺母固定；球头部分的两侧与两个球头座5配合，前球头座压靠在端部螺塞上，后球头座在压缩弹簧7的作用下压靠在球头座上，这样，两个球头座5就将球头紧紧夹持住。为保证球头与座的润滑，可从油嘴注入润滑脂。

    压缩弹簧6能自动消除因球头与座磨损而产生的间隙，并可缓和由转向轮经转向节臂球头销10传来的向前的冲击。弹簧座7的小端与球头座5之间留有不大的间隙，作为弹簧缓冲的余地，并可限制缓冲时弹簧的压缩量。此外，当弹簧折断时此间隙可保证球头销不致从管孔中脱出。端部螺塞4可以调整此间隙。为了使转向直拉杆在受到向前或向后的冲击力时，都有一个弹簧起缓冲作用，两端的压缩弹簧6应装在各自球头销的同一侧。

    （三）转向节臂和梯形臂

    解放CA1092型汽车的转向节臂和梯形臂如图2-27所示。转向直拉杆通过转向节臂与转向节相连。转向横拉杆两端经左、右梯形臂带锥形柱的一端与转向节锥形孔相配合，用键和锁紧螺母防止松动。臂的另一端带有锥形孔，与相应的拉杆球头销锥形柱相配合，同样用螺母紧固后插入开口销将螺母锁住。

    （四）转向横拉杆

    转向横拉杆是连接左右梯形臂的杆件。如图2-28所示为解放CA1092型汽车的转向横拉杆。它由横拉杆体2和旋装在两端的横拉杆接头1组成，两端的接头结构相同。其中球头销14的锥形部分与梯形臂相连。在横拉杆两端的接头上装有由球头销14等零件组成的球形铰链。球头销的球头部分被夹在上下球头座9内，上下球头用聚甲醛塑料制成，有良好的耐磨性。装配时，两球头座的凹凸部分相互嵌合。弹簧12通过弹簧座13压向球头座9，以保证球头销与球头座的紧密接触，并起缓冲作用。其预紧力由螺塞调整。

    横拉杆体2用钢管制成，两端通过螺纹与横拉杆接头旋装连接。横拉杆接头1的螺纹孔壁上的轴向切口具有弹性，旋装到横拉杆体2上后可用夹紧螺栓3夹紧。螺纹一端为左旋，另一端为右旋，因此在旋松夹紧螺栓3后，转动横拉杆体2，即可改变横拉杆的长度，从而调整前轮前束。

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