转向器

减速传动装置

转向器是汽车转向系统中的重要组成部分,其主要作用是将来自转向盘的转向 力矩 和转向角进行适当的变换,再输出给转向拉杆机构,从而使汽车转向。转向器本质上是一种减速传动装置,其种类包括 齿轮 齿条 式、循环球式、 蜗杆 曲柄 指销式和动力转向器等。其中,齿轮齿条式转向器是最常见的类型,其结构简单,可靠性高,适用于大多数车型。循环球式转向器则具有转向灵活、转向力矩大等优点,适用于高速公路等需要高速转向的场合。蜗杆曲柄指销式转向器则适用于大型车辆,其结构复杂,但转向力矩大,可满足大型车辆的转向需求。动力转向器则是一种电动辅助转向装置,可提高转向的灵活性和舒适性。

设备简介

转向器的作用是把来自转向盘的转向 力矩 和转向角进行适当的变换(主要是减速增矩),再输出给转向拉杆机构,从而使汽车转向,所以转向器本质上就是减速传动装置,一般有1~2级减速传动副。

分类及优缺点

历史上曾出现过许多种形式的转向器,但是很多已经被淘汰。按照助力形式分类,转向器可以分为机械式(无助力)和动力式(有助力)。

机械式转向器 按照结构形式的不同,又可以分为 齿轮 齿条 式、循环球式、 蜗杆 曲柄 指销式、循环球曲柄指销式、蜗杆滚轮式等。常用的是齿轮齿条式、循环球式、蜗杆曲柄指销式。

齿轮齿条式转向器是一种最简单的转向器。它的优点是结构简单、紧凑, 刚度 大,成本低廉,转向灵敏,正、逆袭率都高,便于布置,而且特别适合于与烛式悬架和麦弗逊悬架配用,还可以直接带动横拉杆,简化转向传动机构。因此在轿车和微、轻型货车上得到广泛应用。

循环球式转向器正、逆袭率都很高,故操纵轻便,寿命长,工作稳定可靠;但是由于逆袭率很高,导致容易将路面冲击力传到方向盘上。

动力式转向器其实就是 机械式转向器 与转向加力装置组合到一起形成的。按传能介质的不同,动力转向器有气压式和液压式两种。其中的液压式动力转向器根据机械式转向器、转向 动力缸 和转向 控制阀 三者在转向装置中的布置和联接关系的不同,又可以分为整体式(机械式转向器、转向动力缸和转向控制阀三者设计为一体)、半整体式(把机械式转向器和转向控制阀设计在一起,转向动力缸独立)和分离式(机械式转向器独立,把转向控制阀和转向动力缸设计为一体)三种结构型式。

值得注意的是,装载质量特大的货车不宜采用气压动力转向器,因为 气压系统 的工作压力较低(一般不高于0.7MPa),用于重型汽车上时,其部件尺寸将过于庞大。液压动力转向器的工作压力可高达10MPa以上,故其部件尺寸很小。液压系统工作时无噪声,工作滞后时间短,而且能吸收来自不平路面的冲击。因此,液压动力转向器已在各类各级汽车上获得广泛应用。

结构与原理

齿轮 齿条 式转向器

它是一种最常见的转向器。其基本结构是一对相互啮合的小齿轮和齿条。 转向轴 带动小齿轮旋转时,齿条便做 直线运动 。有时,靠齿条来直接带动横拉杆,就可使转向轮转向,如图1所示。

为了衰减转向轮摆振,往往在带有齿轮齿条式转向器的转向系统中增设转向 减振器 。

循环球式转向器

循环球式转向器也是目前国内外汽车上较为流行的一种结构形式。循环球式转向器中一般有两级传动副,第一级是 螺杆 螺母 传动副,第二级是 齿轮 齿条 传动副或滑块 曲柄 销传动副,如下图所示。

为了减少转向螺杆和转向螺母之间的摩擦,两者之间的 螺纹 被沿 螺旋 槽滚动的许多钢球取代,以实现 滑动摩擦 变为滚动摩擦。

转向螺杆转动时,通过钢球将力传给螺母,螺母即沿轴线移动,螺母再与 扇形 齿轮啮合, 直线运动 再次变为旋转运动,使连杆臂摇动,连杆臂再使连动拉杆和横拉杆做直线运动,改变车轮的方向。同时,在螺杆与螺母两者和钢球间的 摩擦力 偶作用下,所有钢球便在螺旋管状通道内滚动,形成“球流”。

蜗杆 曲柄 指销式转向器

蜗杆曲柄指销式转向器的传动副以转向蜗杆3为主动件,其从动件是装在摇臂轴1曲柄端部的指销2。转向蜗杆转动时,与之啮合的指销即绕 摇臂 轴轴线沿圆弧运动,并带动摇臂转动。再通过转向传动机构使转向轮偏转。

液压式整体动力转向器

目前,国产轿车上几乎毫无例外的采用了转阀式的整体动力转向器。为 捷达 轿车上采用的带整体式的动力转向器的转向加力装置示意图。 齿轮 齿条 式机械转向器、转向 动力缸 和 控制阀 设计成一体,组成整体式动力转向器。

转向动力缸 活塞 与机械转向器制成一体。活塞将转向动力缸分成左右两腔。转向控制阀组装在机械转向器的下端, 转向轴 转动控制转向控制阀的工作状态,其转向控制阀为 滑阀 或转阀。

叶轮泵由 发动机 驱动,转向控制阀装在 转向柱 下端,齿条右端装有动力缸,缸分成两个工作压力室。 储油罐 通过吸管连接叶轮泵,通过 回油管 连接控制阀。压力管从控制阀通往叶轮泵。

不转向时,控制阀保持开启状态, 动力缸 活塞两边的工作腔与低压回油管相通而不起作用。叶轮泵输出的油液经 控制阀 流回储油罐。因转向压力和流量限制阀的节流阻力很小,故叶轮泵输出油的压力也很低,叶轮泵实际上处于空转状态。

转向时,驾驶员转动转向盘,带动 转向轴 和 齿轮 ,使分配阀处于与某一转弯方向相应的工作位置时,转向动力缸中相应的工作腔与回油 管路 断开,与叶轮泵输出管路相通,另一腔仍通回油管路。地面转向阻力经横拉杆传到制有 齿条 的 活塞杆 上,形成比转向控制阀节流阻力高得多的管路阻力。于是叶轮泵输出压力急剧升高。高压液体通过 控制阀 进入 动力缸 活塞 的一边,推动活塞,进而推动齿条起加力作用。

转向角度愈大,转向力愈大,活塞移动行程就愈长,产生的压力也就愈高,由此产生的转向加力也愈大。转向盘停止转动时,控制阀随即回复到中间位置,使动力缸停止工作,也就是具有随动作用。

性能测试

测试设备

转向器性能试验台,可对齿条 齿轮 式(左置和右置)转向器进行比例负荷试验、正逆转试验、阀特性试验、噪音试验(总成噪音和阀噪音)、内部泄露(总成内泄和阀内泄)等相关综合性能试验。 测量精度 可达0.5%(F·S)。

测试项目

QC/T29096-92《汽车转向器总成台架试验方法》规定的 空气动力汽车 转向器汽车动力转向器的试验方法。转向器试验主要包括性能试验和可靠性试验,其中性能试验主要验证的是转向器的基本性能的好坏,可靠性试验主要是验证转向器在使用一段时间后的疲劳性能。

转向器性能试验包括转向器圈数、空载转动 力矩 、自由间隙、功能试验、转向力特性、内泄漏、外泄露、回正能力和转向器灵敏性。转向器可靠性试验主要包括疲劳试验、磨损试验、强制转向试验、逆向超载试验和超压试验。

参考资料

  1. 转向器是什么意思 转向器是什么意思 2024-09-25
  2. 全面解读汽车转向系 auto.qq.com 2016-06-23
  3. 转向器的类型有哪些?它们的工作原理有何不同? 和讯汽车 2024-09-25