用來改變或保持汽車行駛或倒退方向的一系列裝置稱為汽車轉向系統(steering system)。汽車轉向系統的功能就是按照駕駛員的意願控制汽車的行駛方向。汽車轉向系統對汽車的行駛安全至關重要,因此汽車轉向系統的零件都稱為保安件。汽車轉向系統和制動系統都是汽車安全必須要重視的兩個系統。

類型

     汽車轉向系統分為兩大類: 機械轉向系統和動力轉向系統。
     完全靠駕駛員手力操縱的轉向系統稱為機械轉向系統。
     借助動力來操縱的轉向系統稱為動力轉向系統。動力轉向系統又可分為液壓動力轉向系統和電動助力動力轉向系統。

     機械轉向系統

     機械轉向系以駕駛員的體力作為轉向能源,其中所有傳力件都是機械的。機械轉向系由轉向操縱機構、轉向器和轉向傳動機  轉向系統構三大部分組成。
轉向操縱機構轉向操縱機構由方向盤、轉向軸、轉向管柱等組成,它的作用是將駕駛員轉動轉向盤的操縱力傳給轉向器。
     轉向系統

  轉向器(也常稱為轉向機)是完成由旋轉運動到直線運動(或近似直線運動)的一組齒輪機構,同時也是轉向系中的減速傳動裝置。 目前較常用的有齒輪齒條式、迴圈球曲柄指銷式、蝸杆曲柄指銷式、迴圈球-齒條齒扇式、蝸杆滾輪式等。我們主要介紹前幾種。

  1)齒輪齒條式轉向器
  齒輪齒條式轉向器分兩端輸出式和中間(或單端)輸出式兩種。
  兩端輸出的齒輪齒條式轉向器如圖4所示,作為傳動副主動件的轉向齒輪軸11通過軸承12和13安裝在轉向器殼體5中,其上端通過花鍵與萬向節叉10和轉向軸連接。與轉向齒輪嚙合的轉向齒條4水準佈置,兩端通過球頭座3與轉向橫拉杆1相連。彈簧7通過壓塊9將齒條壓靠在齒輪上,保證無間隙嚙合。彈簧的預緊力可用調整螺塞6調整。當轉動轉向盤時,轉向器齒輪11轉動,使與之嚙合的齒條4沿軸向移動,從而使左右橫拉杆帶動轉向節左右轉動,使轉向車輪偏轉,從而實現汽車轉向。中間輸出的齒輪齒條式轉向器如圖5所示,其結構及工作原理與兩端輸出的齒輪齒條式轉向器基本相同,不同之處在於它在轉向齒條的中部用螺栓6與左右轉向橫拉杆7相連。在單端輸出的齒輪齒條式轉向器上,齒條的一端通過內外托架與轉向橫拉杆相連。

  2)迴圈球式轉向器
  迴圈球式轉向器是目前國內外應用最廣泛的結構型式之一, 一般有兩級傳動副,第一級是螺杆螺母傳動副,第二級是齒條齒扇傳動副。為了減少轉向螺杆轉向螺母之間的摩擦,二者的螺紋並不直接接觸,其間裝有多個鋼球,以實現滾動摩擦。轉向螺杆和螺母上都加工出斷面輪廓為兩段或三段不同心圓弧組成的近似半圓的螺旋槽。二者的螺旋槽
轉向系統轉向系統

      能配合形成近似圓形斷面的螺旋管狀通道。螺母側面有兩對通孔,可將鋼球從此孔塞入螺旋形通道內。轉向螺母外有兩根鋼球導管,每根導管的兩端分別插入轉向系統螺母側面的一對通孔中。導管內也裝滿了鋼球。這樣,兩根導管和螺母內的螺旋管狀通道組合成兩條各自獨立的封閉的鋼球"流道"。轉向螺杆轉動時,通過鋼球將力傳給轉向螺母,螺母即沿軸向移動。同時,在螺杆及螺母與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"。在轉向器工作時,兩列鋼球只是在各自的封閉流道內迴圈,不會脫出。

  3)蝸杆曲柄指銷式轉向器
  蝸杆曲柄指銷式轉向器的傳動副(以轉向蝸杆為主動件,其從動件是裝在搖臂軸曲柄端部的指銷。轉向蝸杆轉動時,與之嚙合的指銷即繞搖臂軸軸線沿圓弧運動,並帶動搖臂軸轉動。
轉向傳動機構轉向傳動機構的功用是將轉向器輸出的力和運動傳到轉向橋兩側的轉向節,使兩側轉向輪偏轉,且使二轉向輪偏轉角按一定關係變化,以保證汽車轉向時車輪與地面的相對滑動盡可能小。

  1)與非獨立懸架配用的轉向傳動機構
  與非獨立懸架配用的轉向傳動機構主要包括轉向搖臂2、轉向直拉杆3轉向節臂4和轉向梯形。在前橋僅為轉向橋的情況下,由轉向橫拉杆6和左、右梯形臂5組成的轉向梯形一般佈置在前橋之後,如圖所示。當轉向輪處於與汽車直線行駛相應的中立位置時,梯形臂5與橫拉杆6在與道路平行的平面(水平面)內的交角>90。
  在發動機位置較低或轉向橋兼充驅動橋的情況下,為避免運動干涉,往往將轉向梯形佈置在前橋之前,此時上述交角<90,如圖所示。若轉向搖臂不是在汽車縱向平面內前後擺動,而是在與道路平行的平面向左右搖動,則可將轉向直拉杆3橫置,並借球頭銷直接帶動轉向橫拉杆6,從而推使兩側梯形臂轉動。

      2)與獨立懸架配用的轉向傳動機構
  當轉向輪獨立懸掛時,每個轉向輪都需要相對於車架作獨立運動,因而轉向橋必須是斷開式的。與此相應,轉向傳動機構中的轉向梯形也必須是斷開式的。
轉向系統轉向系統

  3)轉向直拉杆
  轉向直拉杆的作用是將轉向搖臂傳來的力和運動傳給轉向梯形臂(或轉向節臂)。它所受的力既有拉力、也有壓力,因此直拉杆都是採用優質特種鋼材製造的,以保證工作可靠。直拉杆的典型結構如圖所示。在轉向輪偏轉或因懸架彈性變形而相對于車架跳動時,轉向直拉杆與轉向搖臂及轉向節臂的相對運動都是空間運動,為了不發生運動干涉,上述三者間的連接都採用球銷。

  4)轉向減振器
  隨著車速的提高,現代汽車的轉向輪有時會產生擺振(轉向輪繞主銷軸線往復擺動,甚至引起整車車身的振動),這不僅影響汽車的穩定性,而且還影響汽車的舒適性、加劇前輪輪胎的磨損。在轉向傳動機構中設置轉向減振器是克服轉向輪擺振的有效措施。轉向減振器的一端與車身(或前橋)鉸接,另一端與轉向直拉杆(或轉向器)鉸接。
動力轉向系統

使用機械轉向裝置可以實現汽車轉向,當轉向軸負荷較大時,僅靠駕駛員的體力作為轉向能源則難以順利轉向。動力轉向系統就是在機械轉向系統的基礎上加設一套轉向加力裝置而形成的。轉向加力裝置減輕了駕駛員操縱轉向盤的作用力。轉向能源來自駕駛員的體力和發動機(或電動機),其中發動機(或電動機)占主要部分,通過轉向加力裝置提供。正常情況下,駕駛員能輕鬆地控制轉向。但在轉向加力裝置失效時,就回到機械轉向系統狀態,一般來說還能由駕駛員獨立承擔汽車轉向任務。
液壓式動力轉向系統

  其中屬於轉向加力裝置的部件是:轉向液壓泵7、轉向油管8、轉向油罐6 以及位於整體式轉向器4 內部的轉向控制閥及轉向動力缸5 等。當駕駛員轉動轉向盤1 時,通過機械轉向器使轉向橫拉杆9 移動,並帶動轉向節臂,使轉向輪偏轉,從而改變汽車的行駛方向。與此同時,轉向器輸入軸還帶動轉向器內部的轉向控制閥轉動,使轉向動力缸產生液壓作用力,幫助駕駛員轉向操作。由於有轉向加力裝置的作用,駕駛員只需比採用機械轉向系統時小得多的轉向力矩,就能使轉向輪偏轉。
  優缺點:能耗較高,尤其時低速轉彎的時候,覺得方向比較沉,發動機也比較費力氣。又由於液壓泵的壓力很大,也比較容易損害助力系統。
電動助力動力轉向系統

  簡稱電動式EPS或EPS(Electronic Power Steering system)在機械轉向機構的基礎上,增加信號感測器、電子控制單元和轉向助力機構。
  電動式EPS 是利用電動機作為助力源,根據車速和轉向參數等因素,由電子控制單元完成助力控制,其原理可概括如下:當操縱轉向盤時,裝在轉向盤軸上的轉矩感測器不斷地測出轉向軸上的轉矩信號,該信號與車速信號同時輸入到電子控制單元。電控單元根據這些輸入信號,確定助力轉矩的大小和方向,即選定電動機的電流和轉動方向,調整轉向輔助動力的大小。電動機的轉矩由電磁離合器通過減速機構減速增矩後,加在汽車的轉向機構上,使之得到一個與汽車工況相適應的轉向作用力。
優缺:能耗低,靈敏,電子單元控制,節省發動機功率,助力發揮比較理想

轉向系統常見故障
方向跑偏轉向系
轉向系統轉向系統

      方向跑偏表現為:在行駛中,感到汽車自動偏向一邊,必須把方向盤用勁把住,才能保持正直的行駛方向。其原因是:左右輪胎氣壓不等;個別制動蹄片刮摩制動轂,或一邊車輪輪殼軸承過緊;個別鋼板彈簧折斷,兩邊鋼板彈力不均;前軸或車架彎曲;前輪定位失准或兩邊軸距不等;轉向節主銷與襯套間隙左右不一,或橫拉杆兩邊球頭鬆緊調整不一;貨車貨物裝載不均。
方向擺頭

  方向擺頭表現為:汽車在行駛中,感到兩前輪左右搖擺,方向盤難以掌握。其原因是:橫直拉杆球頭調整過松(彈簧折斷或調整間隙過大);轉向盤自由行程過大;轉向器滾輪與蝸杆嚙合間隙過大;蝸杆上下軸承間隙過大;轉向節主銷與襯套的間隙過大;前輪輪殼軸承裝配過松,或前輪輪輞失圓擺差過大;前輪定位失准。
轉彎時轉向沉重

  轉向沉重表現為:讓行駛的汽車轉彎時,轉動方向盤,感到沉重吃力。其原因是:蝸杆的上下軸調整得過緊或軸承損壞;蝸輪和蝸杆嚙合過緊,轉向器的轉向搖臂軸與襯套無間隙;轉向軸彎曲或管柱凹癟,互相刮碰;方向盤碰、磨管柱;轉向節上的推力軸承缺油或損壞;轉向節主銷與襯套裝配過緊或缺潤滑油;轉向節拉杆(直拉杆)螺塞旋得太緊,或拉杆接頭缺油;橫拉杆球頭調整過緊,或拉頭缺油;輪胎氣壓不足;前軸或車架彎曲,前輪定位失准。
轉彎時轉向不足
轉向系統轉向系統

      轉彎時轉向不足表現為:在汽車轉彎時的轉動量不夠。其原因是:轉向搖臂裝在搖臂軸上的位置不當;轉向角限位螺栓調整過長;前軸前後竄動;迴圈球或轉向器扇形齒與蝸杆盒裝配位置不妥。
前輪最大偏轉角的調整

  前輪最大偏轉角(轉向角)的大小,影響到汽車轉彎時的轉向半徑(亦稱通過半徑),偏轉角越大,轉向半徑越小,汽車的機動性越強。

  前輪最大偏轉角是通過前橋上的限位螺絲進行調整的。其方法是:將前橋頂起,轉動方向盤,使前輪偏轉至與相碰物(翼子板、橫拉杆、車架等)相距8~10mm,轉動限位螺絲,將車輪限止到此位置,此時的輪胎著地軌跡中心線與輪胎在直線行駛時的著地軌跡中心線之間的夾角為最大偏轉角。各種車型的最大偏轉角和最小轉向半徑不盡相同,調整前要參照汽車的使用說明書。

轉向系統養護
 

     現代原中高級轎車和重型汽車普遍採用動力轉向系統,不僅大大改善了汽車操縱輕便性,還提高了汽車行駛安全性。動力轉向系統是在機械轉向系的基礎上加設一套依靠發動機輸出動力的轉向加力裝置而形成的。目前轎車普遍採用齒輪條式動力轉向機構。這種轉向器結構簡單、操縱靈敏性高、轉向操縱輕便,而且由於轉向器完全封閉的,平時不需檢查調整。
動力轉向系統的養護主要是:
 

     定期檢查儲液缺罐內動力轉向液液面高度

  熱態時(約66℃,用手摸感覺燙手),其液面高度必須在HOT(熱)和COLD(冷)標記之間。如果是冷態(約為21℃),則液面高度必須在ADD(加)和CLOD(冷)標記之間。如果液面高度不符合要求,必須加注DEXRON2型動力轉向液(液力傳動油)。
動力轉向系的清洗、換油與保護

  動力轉向系的清洗、換油與保護應在有動力轉向換油的設備的汽車養護中心進行,使用專用設備,用動力轉向系統強力清洗劑首先換出動力轉向系統中的舊油,然後用清洗劑清洗動力轉向系統,最後用新油(加動力轉向保護劑)再次換出動力轉向清洗劑,直至換油結束。動力轉向系的清洗、換油與保護作業通常應行駛5萬km進行一次。這樣能確保動力轉向系工作更安全更可靠,避免出現早期損壞,延長使用壽命。

 

參考資料:台灣汽車百科 轉向系統

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