汽车底盘机械转向系结构简介

    一、机械转向系的组成和工作过程

    （一）机械转向系的组成

    机械转向系由操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成，如图2-1所示为其一般布置情况示意图。

    （二）机械转向系工作过程

    汽车转向时，驾驶员转动转向盘1，通过转向轴2、转向万向节3和转向传动轴4，将转向力矩输入转向器5.从转向盘1到转向传动轴4之前这一系列部件构成转向操纵机构。转向器5中有1~2级咬合传动副，具有减速增力作用。经转向器5减速后的运动和增大后的力矩传到转向摇臂6，再通过转向直拉杆7传给固定于左转向节9上的转向节臂8，使左转向节9及装于其上的左转向车轮绕主销偏转。左、右梯形臂10和12的一端分别固定在左、右转向节9和13上，另一端则与转向横拉杆11作球铰链连接。当左转向节9偏转时，经左梯形臂10、转向横拉杆11和右梯形臂12的传递，右转向节13及装于其上的右转向车轮随之绕主销同向偏转相应的角度。转向摇臂6，转向直拉杆7，转向节臂8，左、右梯形臂10、12和转向横拉杆11总称为转向传动机构。左、右梯形臂10、12以及转向横拉杆11和前轴构成转向梯形，其作用是汽车转向时，使内、外转向轮按一定的规律进行偏转。

    二、转向操纵机构的构造与工作原理

    转向操纵机构一般由转向盘、转向轴、转向柱管、万向节及转向传动轴等组成。它的主要作用是操纵转向器和转向传动机构，使转向轮偏转。

    为了保证驾驶员的安全，同时也为了更加舒适、可靠地操纵转向系，现代汽车（特别是轿车）通常在转向操纵机构上增设相应的安全、调节装置。这些装置主要反映在转向轴和转向柱管的结构上。有些转向系考虑了悬架变形的影响，在转向操纵机构中增加了一个挠性万向节。还有些转向系，由于总体布置的要求，转向盘与转向器的轴向相交成一定的角度，采用了万向传动装置。

    （一）转向盘的结构

    转向盘的结构如图2-2所示，它主要由轮毂3、轮辐2和转圈1等组成。

    汽车喇叭开关一般装在转向盘上，可以随转向盘相对于车身转动，而与喇叭连接的导线固定在车身和转向管柱上，不能旋转。因此，与喇叭连接的导线必须与转向盘的旋转部分进行电气连接。目前，大多数汽车在转向盘上都装有集电环（如图2-3）。

    由于这种集电环是机械接触，长时间使用会触电磨损而影响导电性，从而发生喇叭不响的现象，尤其是引起电动安全气囊在汽车发生碰撞时不能正常工作。为此，现在装备安全气囊的汽车采用电缆盘（如图2-4）。电缆盘将导线卷入盘内，在转向盘范围内，导线靠卷筒自由伸缩。采用这种机构后，可利用无机械接触的导线与转向盘的电气装置连接，可靠性大大提高。

    在整体转向系中，各传动件之间必然存在着装配间隙，而且这些间隙将随着零件的磨损而增大。在转向盘转动过程的开始阶段，驾驶员对转向盘所施加的转动力矩很小，只是用来克服转向系内部的摩擦，使各传动件运动到其间的间隙完全消除，故可以认为这一阶段是转向盘空转阶段。

    转向盘为消除间隙、克服弹性变形所空转过的角度称为转向盘自由行程。转向盘自由行程对于缓和路面冲击、避免驾驶员过渡紧张造成汽车跑偏是有利的，但过大的自由行程会影响转向灵敏性。一般规定，转向盘从直行中间位置向任一方向的自由行程不应超过10°~15°。

    （二）转向盘柱的结构

    转向盘柱包括转向轴和转向柱管。由转向轴将转向盘的旋转运动传递到转向器上，转向轴通过轴承支承于转向柱管，转向柱管则固定在车身上。转向轴的顶端制成锥形并有细齿，与转向盘内孔的锥形配合，并用一个螺母将转向盘锁紧并固定在转向轴上。为了可靠、安全、舒适地操纵转向系，现代新型汽车常在转向盘柱上增设能量吸收机构、斜度调整机构、伸缩转向机构、转向锁止机构等结构。

    1.可分离式安全转向盘柱

    此类转向操纵机构的转向管柱分为上下两段，当发生撞车时，上下两段相互分离式相互滑动，从而有效地防止转向盘对驾驶员的伤害。但这种转向操纵机构本身不含有吸能装置。

    图2-5所示为奥迪轿车的转向操纵机构。正常行驶时，上、下转向轴2和3通过销钉5配合来传递转向力矩。当撞车时，上、下转向轴及时分开，避免了转向盘随车身后移，从而保证了驾驶员的安全。桑塔纳轿车、红旗轿车的转向操纵机构与此类似。

    2.钢球滚压变形式转向盘柱

    能量吸收式转向盘柱分为球式、封入雾状硅橡胶式、咬合式、波纹管式四种，使用较多的是球式。球式能量吸收装置主要由转向轴、钢球套筒、上下柱管、塑料销、钢球等组成（如图2-6）。

    转向轴分上轴和下轴，由塑料销连接。塑料套筒内装满钢球，挤压在上柱管和下柱管之间，这些钢球为四段两组。上面的钢球与下面的钢球交错排列，以转向盘柱在脱开时不在同一道槽内滚动（如图2-7）。

    断开式套管固定架通过两个封壳和螺栓锁紧在仪表板杆系统上，封壳则利用四个塑料销安装在套管固定架上（如图2-8）。

    球式能量吸引装置工作过程如下：当汽车发生碰撞时，转向器对转向轴施加激烈的轴向冲击力，冲击（一次冲击）将转向轴上的塑料销剪断，下主销向上滑，套上上主轴（如图2-9），以防止转向盘移动伤害驾驶员。一次冲击后，如果驾驶员的身体撞击转向盘（二次冲击）时，断开式套管固定架脱离封壳，将封壳的塑料销切断，转向盘柱下陷。当转向盘柱下陷时，钢球便会滚动，然后由于下柱管的内径较小，限制钢球自由滚动，钢球将柱管部件向外推出。

    在这种情形下，它们之间所产生的阻力有助于吸收碰撞发生的冲击（如图2-10）。

    3.网状管柱变形式转向盘柱

    这种转向操纵机构的转向轴分为上下两段（如图2-11）。

    上转向轴2套装在下转向轴（管）3的内孔中，两者通过塑料销1接合在一起（也有采用细齿花键接合的），并传递转向力矩。塑料销的传力能力受严格限制，它既能可靠地传递转向力矩，又能在受到冲击时被剪断，因此，它起安全销的作用。

    这种转向操纵装置的转向柱管6的部分管壁制成网格状，这种网格状管柱在受到压缩时很容易产生轴向变形，并消耗一定的变性能量；另外，车身上固定管柱的上托架8也是通过两个塑料安全销7与管柱连接的，当这两个安全销被剪断后，整个管柱就能前后自由移动。

    当汽车遇到障碍物撞车时，转向器对转向轴产生一个向上的推力，转向轴在受到这个推力（第一次冲击力）的作用时，连接上下转向轴之间的塑料销1被剪断，上转向轴2将沿下转向轴3的内孔滑动伸缩。与此同时，转向管柱上的网格部分也被轴向压缩而变形。在此过程中，塑料销被剪断和转向管柱上的网格被压缩变形都会消耗一部分冲击能量，从而阻止了转向柱管整体向上移动，避免了转向盘对驾驶员的挤压伤害，为驾驶员保留一定的生存空间。

    在第一次冲击过后，驾驶员会在惯性力的作用下向前冲（第二次冲击）并压在转向盘上，这时固定转向管柱的塑料安全销7会被剪断，并使转向管柱和转向轴上端能自由移动。同时，当转向管受到来自上端的冲击力后，会再次被轴向压缩变形并消耗冲击能量。这样，由转向系引起的对驾驶员的冲击和伤害被大大降低了。

    4.波纹管变形吸能式转向盘柱

    这种转向操纵机构的结构如图2-12所示。它的转向轴和转向柱管都分成两段，上转向轴3和下转向轴1之间通过细齿花键5接合并传递转向力矩，同时它们两者之间可以做轴向伸缩滑动。在下转向轴1的外边装有波纹管6，它在受到冲击时能轴向收缩变形并消耗冲击能量。下转向柱管7的上端套在上转向柱管4里面，但两者不直接连接，而是通过主管压圈和限位块2分别对它们进行定位。

    当汽车发生碰撞时，下转向柱管7向上移动，在第一次冲击力的作用下，限位块2首先被剪断并消耗能量，与此同时转向柱管和转向轴都做轴向收缩。当受到第二次冲击时，上转向轴3下移，压缩波纹管6使之收缩变形并消耗冲击能量。

    5.斜度可调式转向操纵机构

    斜度可调式转向盘柱机构是为适应各种驾驶姿势而设置的，驾驶员可以自由选择转向盘位置。斜度调整机构依照倾斜铰接点的位置可份为下铰接点型和上铰接点型两种。上铰接点型的斜度调整机构又可分为带斜度记忆型机构和不带斜度记忆型机构。

    （1）下铰接点型斜度调整机构

    下铰接点型斜度调整机构如图2-13所示。它由倾斜杠杆1、枢轴2、万向节3等组成。倾斜枢轴2安装在万向节3内，一端与转向轴相连。

    斜度调整机构的工作情况如下：

    需改变转向盘角度或高度时，将倾斜杠杆向下拉，解开斜度调整机构（锁紧螺母和螺栓）转向盘柱，即从断开式套管固定架上解开，能够上下移动。转向盘的位置调整完毕后，向上推倾斜杠杆，使转向盘柱断开式套管固定架上（如图2-14）。

    （2）上铰接点型斜度调整机构

    上铰接点型斜度调整机构如图2-15所示。它主要由倾斜杠杆、枢轴、枢轴螺栓、拉力弹簧、倾斜转向支架、棘轮等部件组成。在上铰接点型斜度调整机构内，主轴通过万向节连接到转向盘柱断开式套管固定架上。

    由于转向柱管是断开式套管固定架，因此转向柱固定在车身上，而转向盘上的固定架、轴以及转向盘，则安装在倾斜转向支架上。断开式套管固定架和倾斜转向支架由两个螺栓连接在一起，这些螺栓可以使倾斜转向支架（包括转向盘）上下倾斜，同时在两个固定架之间装有拉力弹簧，在倾斜转向支架上锁时，防止转向盘向下倾斜（如图2-16）。棘爪锁紧在倾斜杠杆上，并在销锁上装配了一个滚柱（如图2-17）。

    当滚柱受到倾斜杠杆回位弹簧的作用，顶住棘爪的背面时，棘爪与棘轮遍牢牢地咬合在一起。当倾斜杠杆被提起时，滚柱脱离棘爪，棘爪分离销在杠杆导孔内滑动，棘爪和棘轮即分开（如图2-18）。调整倾斜的位置后，当放开倾斜杠杆时，滚柱受到弹簧拉力的作用回到原来位置上，再次顶住棘爪使棘爪和棘轮咬合。

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