汽车转向器的结构和工作原理

转向器俗称转向机，其作用是通过减速增大转向盘的转矩，并将转向盘的转动改变为转向摇臂的摆动或拉杆的直线运动，再通过转向传动机构，实现转向轮偏转。

图4-9 转向柱吸能时变化

转向器的传动效率指转向器的输入功率与输出功率的比值。功率由转向轴输入，转向摇臂输出的传动效率为转向器正效率。功率由转向摇臂输入，转向轴输出的传动效率为转向器逆效率。逆效率很高的转向器称为可逆式转向器；逆效率很低的转向器称为不可逆式转向器。逆效率略高于不可逆式的转向器称为极限可逆式转向器。

可逆式转向器可以将路面阻力完全反馈到转向盘，驾驶人路感好，可以实现转向盘的回正，但可能发生“打手”现象；不可逆式转向盘让驾驶人丧失路感，无法根据路面阻力调整转向盘，转向盘不会自动回正。极限可逆式转向器可以获得一定的路感，转向盘可自动回正。不可逆式转向器应用较少，现代汽车大部分采用可逆式转向器，部分越野汽车采用极限可逆式转向器。

按照啮合传动副的结构形式，转向器分为三类：齿轮齿条式转向器、循环球式转向器和蜗杆指销式转向器。齿轮齿条式转向器重量较轻，结构简单成本低，广泛应用于轿车。而循环球式转向器可靠性比较高，受轮胎反冲力的影响较小，广泛应用于客车及载货车。蜗杆指销式转向器目前使用较少，故不进行重点介绍。

图4-10 齿轮齿条式转向器示意图

1—转向减振器 2—齿条 3、4—拉杆 5—壳体 6—转向齿轮 7—安全联轴器 8—转向轴 9—转向盘

1.齿轮齿条式转向器

大部分前轮驱动的轿车中，齿轮齿条式转向系统已成为标准配置。齿轮齿条式转向系统与麦弗逊式悬架配合使用，可为横置发动机提供更大的空间。

如图4-10所示，齿轮齿条式转向器由齿条及与之相配合的齿轮（小齿轮）组成。汽车转向时，驾驶人转动转向盘和转向轴、安全联轴器等机构，由于小齿轮与齿条上的齿啮合，使得齿条在壳体内左右移动。同时使得转向传动机构中的其他杆件运动，并带动前轮偏转，使车轮转动。这个系统对于转向轻便性要求高的小轿车来说非常实用。它是一个直接的转向机构，具有更高的传动效率。

如图4-11所示，小齿轮是主动件，其直径较小、斜齿齿数不多，通过轴承支承在壳体上。壳体被固定在车架上，其内注入了适量的润滑油。齿轮齿条式转向器中齿条的常用部位在中间，为了避免齿轮磨损后出现颤动，必须布置一个弹性压块将齿条一直压靠在齿轮上。齿条背面的压块在压紧弹簧弹力作用下，将齿条压靠在齿轮上，在预紧弹力作用下保证无间隙啮合，并且可以吸收来自路面的部分冲击。弹簧的预紧力可用调整螺塞调整。齿条与小齿轮啮合，两端通常分别连接左、右横拉杆，再通过球头销与万向节臂连接，实现车轮偏转。

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图4-11 齿轮齿条式转向器

1—小齿轮 2—转向齿条 3—弹簧 4—调整螺栓 5—螺母 6—压块 7—防尘罩 8—油封 9—轴承 10—壳体

应用在不同车辆上的齿轮齿条式转向器，其传动比可能不相同。这里的传动比指由小齿轮圈数（转向盘的转动圈数）和齿条行程之比形成的传动比，传动比可通过齿条行程和相应的齿条齿数来改变。有些齿轮齿条式转向结构安装了减振器，可以减小前轮传来的冲击。

齿轮齿条式转向器的特点是齿数较少，质量小，结构简单紧凑；制造容易，成本低；转向灵敏，正、逆效率高；齿条布置于汽车横向，并作为转向横拉杆或其一部分。齿条直接由转向轴驱动，和转向盘转向轴端部的小齿轮啮合，不需要转向摇臂和直拉杆，因此转向运动响应性非常好。

2.循环球式转向器

循环球式转向器是一种常见的转向摇臂式机械转向器，如图4-12所示，在循环球式转向器壳体内有一个转向螺杆，转向螺杆有近似半圆形的螺纹槽。在转向螺杆上安装了一个转向螺母，螺母的内表面开有与螺杆相对应的近似半圆形螺纹槽，转向螺母可以随转向轴旋转而轴向移动。在转向螺杆和转向螺母之间的螺纹内有钢球，钢球是传动件，其被导流管封闭。钢球在螺杆、螺母形成的螺旋孔道和钢球导管内循环，钢球在孔道中滚动，从孔道的一端出来，经钢球导管再进入孔道的另一端。这样保证了螺杆和螺母之间的摩擦阻力很小。转向螺母的外侧带有啮合齿，一个齿扇又嵌接到啮合齿内，并随移动而扭转。转向摇臂轴也称齿扇轴，齿扇与通过转向拉杆转动车轮的转向摆臂轴固定连接。

图4-12 循环球式转向器

1—转向螺杆 2—转向螺母 3—钢球 4—钢球导管 5—上盖 6—调整螺钉 7—锁紧螺母 8—侧盖 9—支承轴承 10—齿扇 11—油封

循环球式转向器采用两级传动，第一级为螺杆螺母传动副，第二级为齿条齿扇传动副。工作时，转向螺杆带动钢球循环滚动（故名循环球式转向器），经钢球的作用使转向螺母沿轴向移动，随着螺母的前后移动，带动齿扇轴或者称转向摇臂轴摆动。齿扇轴直接与转向摇臂连接，后者控制着转向传动机构的运动。

通过调整螺钉改变摇臂轴轴向位置，齿扇沿摇臂轴改变齿厚，进而改变了齿扇轴和转向螺母的啮合间隙。可通过调整上盖内的调整螺母位置来调整转向螺杆的轴向间隙。

循环球式转向机构可以像齿轮齿条式转向机构一样装备液压转向助力。循环球式转向器因滚动摩擦取代了滑动摩擦，摩擦损失非常小，正传动效率高达90%～95%，故转向轻便省力，寿命长，工作平稳。但是逆效率高，容易“打手”。