淺談不同類型汽車轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)

張曉艷

摘要： 在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的21世紀(jì)，各行業(yè)競爭激烈，汽車已成為行業(yè)發(fā)展以及國民日常生活出行中必不可缺的工具。與此同時(shí)，隨著汽車生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展，汽車內(nèi)部的轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)配置也在不斷升級與優(yōu)化，這樣可以使汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更完善，轉(zhuǎn)向效果也得以提高。本文將舉例分析不同類型的汽車轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)論述其特點(diǎn)。

Abstract： In the 21st century of rapid economic development， the competition in various industries is fierce， and the automobile has become an indispensable tool in the development of the industry and the national daily life and travel.At the same time， with the development of the automobile production industry， the steering structure configuration of the car is also constantly upgraded and optimized， so that the automobile steering system can be more perfect and the steering effect can be improved.This paper will give an example analysis of different types of automobile steering structure， and systematically discuss its characteristics.

關(guān)鍵詞： 汽車;轉(zhuǎn)向器;結(jié)構(gòu);特點(diǎn)

Key words： car;steering gear;structure;features

中圖分類號(hào)：U463.23? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）23-0048-02

0? 引言

隨著汽車行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，產(chǎn)品質(zhì)量在不斷提升，汽車內(nèi)部組合機(jī)械部件結(jié)構(gòu)日趨多樣化，功能也更加完善。在汽車底盤系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)揮的作用至關(guān)重要，其核心部件是轉(zhuǎn)向器，主要功能是滿足汽車行駛的轉(zhuǎn)向需求，屬于直接部件，該部件也對駕駛員的操縱感受有著不可忽視的影響，轉(zhuǎn)向器會(huì)通過轉(zhuǎn)向盤完成轉(zhuǎn)向力矩的傳遞，緊接著，科學(xué)變換汽車的轉(zhuǎn)向角，實(shí)現(xiàn)減速與增矩，然后通過轉(zhuǎn)向拉桿機(jī)構(gòu)的輸出完成汽車的轉(zhuǎn)向。從基本類型來看，汽車轉(zhuǎn)向器大致分為兩大類：第一類，機(jī)械式類型轉(zhuǎn)向器;第二類，動(dòng)力式類型轉(zhuǎn)向器。其中，機(jī)械式類型轉(zhuǎn)向器又細(xì)分為齒輪齒條式類型汽車轉(zhuǎn)向器、循環(huán)球式類型汽車轉(zhuǎn)向器、蝸桿曲柄指銷式類型汽車轉(zhuǎn)向器;動(dòng)力式類型轉(zhuǎn)向器又名助力式類型轉(zhuǎn)向器，可分為汽車液壓式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動(dòng)汽車助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，不同類型的轉(zhuǎn)向器各有優(yōu)劣，在使用過程中應(yīng)注意揚(yáng)長避短。

1? 機(jī)械式類型轉(zhuǎn)向器

機(jī)械式類型轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)類型是純機(jī)械模式，一般情況下，在汽車轉(zhuǎn)向操縱過程中，只需要借助人力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，不必依靠外力的幫助。就目前而言，最常用的汽車機(jī)械式類型轉(zhuǎn)向器可以分為以下三種類型。

1.1 齒輪齒條式類型汽車轉(zhuǎn)向器

齒輪齒條式類型汽車轉(zhuǎn)向器的組合結(jié)構(gòu)非常簡單，其生產(chǎn)流程相對最簡便，這種轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)組合包括轉(zhuǎn)向器的外殼、調(diào)整螺釘、齒輪和齒條以及齒條的導(dǎo)塊。在齒條和調(diào)整螺釘之間，安置了一個(gè)彈簧，可以讓螺釘產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，從而給予齒條能夠沿著齒輪方向施展運(yùn)動(dòng)的力，使齒條可以和齒輪進(jìn)行非常牢固的接合，與此同時(shí)，齒條導(dǎo)塊和轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)齒條的移動(dòng)關(guān)系頗為密切。對于轉(zhuǎn)向器來說，其核心零件有三種：第一，齒條;第二，齒輪;第三，轉(zhuǎn)向器的外殼。從轉(zhuǎn)向器的外殼形狀來看，它是一個(gè)T字形，轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)的齒輪和轉(zhuǎn)向軸是一體化組織，而轉(zhuǎn)向的橫拉桿則是與齒條為一體化組織。

齒輪齒條式類型的汽車轉(zhuǎn)向器有優(yōu)點(diǎn)也有不足，其優(yōu)點(diǎn)是小巧輕便，結(jié)構(gòu)組合非常緊湊，產(chǎn)品的加工流程相對較為簡單，生產(chǎn)成本比較低，產(chǎn)品的傳動(dòng)效率高，大約在90%。在使用過程中，隨著時(shí)間的增長，齒輪和齒條之間必然會(huì)出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，對此可以發(fā)揮轉(zhuǎn)向器外殼的保護(hù)作用，運(yùn)用彈簧和安置在轉(zhuǎn)向器齒條后部的調(diào)整螺釘來制造壓緊力，這樣能夠消除齒輪與齒條的間隙，也能夠增加轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角，提升轉(zhuǎn)向效果。然而，必須注意的是，這種轉(zhuǎn)向器有不可忽視的缺點(diǎn)，其逆效率比較高，通常在60%到70%之間，一旦汽車所經(jīng)過的路面處于不平整狀態(tài)，汽車的轉(zhuǎn)向輪就會(huì)和路面相產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力，這些沖擊力大多會(huì)產(chǎn)生反沖現(xiàn)象，能再次傳給轉(zhuǎn)向盤，很容易導(dǎo)致駕駛員難以對汽車行駛方向進(jìn)行準(zhǔn)確控制，甚至?xí)斐蓚εc車禍。因此，大型車輛幾乎不會(huì)安裝這種類型的轉(zhuǎn)向器，沙灘車和民用車等小型車輛可以使用齒輪齒條類型的轉(zhuǎn)向器[1]。

1.2 循環(huán)球式類型汽車轉(zhuǎn)向器

從組合結(jié)構(gòu)來看，循環(huán)球式類型汽車轉(zhuǎn)向器組合部件主要包括螺桿、螺母、轉(zhuǎn)向器的外殼和大量的小鋼球，這些小鋼球通常被稱為循環(huán)球，它們被安置在螺桿和螺母與之間的管路里（管路屬于密閉狀態(tài)）。其次，循環(huán)球式類型的汽車轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向螺桿和汽車轉(zhuǎn)向軸屬于一種連接關(guān)系。這種轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)動(dòng)副共分為兩級，一級組合包括轉(zhuǎn)向螺桿和螺母，兩者互相作用。另一級傳動(dòng)副則是由齒條與齒扇組合而成，在轉(zhuǎn)向螺母的下平面內(nèi)，有加工良好的齒條，齒扇和齒扇軸緊密結(jié)合為一體。在汽車轉(zhuǎn)向過程中，小鋼球會(huì)一直在管路內(nèi)進(jìn)行循環(huán)性滾動(dòng)。循環(huán)球式類型的汽車轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)效率比較高，自動(dòng)回正效果頗為良好，設(shè)備應(yīng)用操作流程輕便，組合部件的磨損程度相對較小，使用壽命較長，在具體操作應(yīng)用中，因?yàn)榫哂袧L動(dòng)摩擦的力量，所以能夠進(jìn)一步提升汽車的傳動(dòng)效率。其不足之處也不可忽視，因?yàn)檫@種轉(zhuǎn)向器的組合結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，轉(zhuǎn)向助力的裝置安裝很不方便，還因?yàn)樗袃杉壍膫鲃?dòng)副，所以會(huì)致使轉(zhuǎn)向器的操縱感被削弱。其次，因?yàn)檫@種轉(zhuǎn)向器的逆?zhèn)鲃?dòng)效率相對較高，很容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)向盤的抖動(dòng)問題和擺振問題，在汽車轉(zhuǎn)向過程中，不利于轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定，如果行駛路面較為坎坷，或者是上下坡轉(zhuǎn)換位置，就很容易出現(xiàn)“打手”問題，甚至?xí)l(fā)交通事故[2]。

1.3 蝸桿曲柄指銷式類型的汽車轉(zhuǎn)向器

從組合結(jié)構(gòu)來看，蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器的主要組合系統(tǒng)包括五種：第一，汽車的轉(zhuǎn)向蝸桿。第二，汽車的側(cè)蓋。第三，汽車指銷。第四，轉(zhuǎn)向搖臂的曲柄。第五，轉(zhuǎn)向器的殼體。在這種轉(zhuǎn)向器的組合系統(tǒng)中，它的殼體處于固定狀態(tài)，通常是被牢固地安置在轉(zhuǎn)向器的安全支架上面，在該殼體的內(nèi)部，配有相應(yīng)的傳動(dòng)副裝。在轉(zhuǎn)向器驅(qū)動(dòng)裝置中，這種轉(zhuǎn)向器的主動(dòng)件是汽車的轉(zhuǎn)向蝸桿，轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)系統(tǒng)呈現(xiàn)著梯形截面螺紋，轉(zhuǎn)向蝸桿通常被支承于兩個(gè)滾珠的軸承上（這兩個(gè)軸承設(shè)置于轉(zhuǎn)向器殼體的兩邊），轉(zhuǎn)向器的指銷設(shè)置于搖臂曲柄的端部，它屬于一種從動(dòng)件。如果某一輛汽車配置的這種轉(zhuǎn)向器，在行駛轉(zhuǎn)向過程中，駕駛員會(huì)通過轉(zhuǎn)向盤對轉(zhuǎn)向蝸桿實(shí)施相應(yīng)地帶動(dòng)，這樣轉(zhuǎn)向器會(huì)和它相嚙合的汽車指銷發(fā)生自轉(zhuǎn)，與此同時(shí)，汽車轉(zhuǎn)動(dòng)的半徑必然是曲柄，在汽車蝸桿的螺紋槽力，圍繞著搖臂軸軸線開展圓弧運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)汽車的曲柄，讓轉(zhuǎn)向搖臂能夠?qū)嵤┛茖W(xué)可控的擺動(dòng)，進(jìn)而使汽車能夠?qū)崿F(xiàn)安全轉(zhuǎn)向。蝸桿曲柄指銷式類型的汽車轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是指它會(huì)在完全滾動(dòng)摩擦的作用下做好工作，操作非常簡單、靈活，傳動(dòng)效率比較高，因?yàn)槭撬\(yùn)用的是分段式轉(zhuǎn)向軸，所以在整個(gè)車輛的布置工作以及維修保養(yǎng)中的應(yīng)用更為便利，也有利于提高車輛行駛的安全性。據(jù)了解，和其他轉(zhuǎn)向器應(yīng)用相比，配置有這種轉(zhuǎn)向器的車輛往往在行駛中所產(chǎn)生的逆轉(zhuǎn)傳動(dòng)效率較低，因而，路面的沖擊力不會(huì)過多傳給汽車轉(zhuǎn)向盤，有良好的穩(wěn)定性。另外，這種轉(zhuǎn)向器制造簡單，便于維修。其缺點(diǎn)也不可忽視，因?yàn)楹推渌D(zhuǎn)向器相比，這種轉(zhuǎn)向器屬于大型設(shè)備，其體積比較大，所以會(huì)導(dǎo)致布置工作不是很方便。

2? 動(dòng)力式類型其次轉(zhuǎn)向器

在動(dòng)力式類型汽車轉(zhuǎn)向器應(yīng)用中，最常用的兩種轉(zhuǎn)向器是液壓式類型汽車助力系統(tǒng)和電動(dòng)式類型的汽車助力系統(tǒng)。

2.1 液壓式類型助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

液壓式類型助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組合包括六大核心部件：第一，油管。第二，形狀為V形的車輛傳動(dòng)皮帶。第三，車輛的液壓泵。第四，汽車儲(chǔ)油罐。第五，汽車壓力流體控制閥。該系統(tǒng)的核心動(dòng)力源是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)向油泵主要是借助發(fā)動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)運(yùn)行工作，轉(zhuǎn)向控制閥在運(yùn)作過程中必然會(huì)順著控制油液的流動(dòng)方向，同時(shí)，會(huì)結(jié)合油壓參數(shù)為汽車的行駛提供相應(yīng)的轉(zhuǎn)向助力，以此產(chǎn)生良好的助力效果，減輕駕駛員的操作負(fù)擔(dān)。液壓式類型助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可分為兩種：第一種，機(jī)械式液壓類型助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng);第二種，電控式液壓類型助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。第二種系統(tǒng)是在第一種系統(tǒng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上增設(shè)了液流分配閥、液壓系統(tǒng)自動(dòng)反應(yīng)裝置與智能化電控系統(tǒng)。從精密的組合結(jié)構(gòu)來看，第二種系統(tǒng)主要部件有三種，分別是汽車的速度傳感器、電磁閥以及動(dòng)力轉(zhuǎn)向ECU。在應(yīng)用過程中，電控式液壓類型助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)會(huì)結(jié)合行駛車速對汽車轉(zhuǎn)向盤上的助力進(jìn)行科學(xué)調(diào)節(jié)。從總體上講，機(jī)械式液壓類型的汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有顯著的優(yōu)點(diǎn)，也有不可忽視的缺點(diǎn)。在系統(tǒng)運(yùn)行操作中，如果汽車處于中低速狀態(tài)，該系統(tǒng)所產(chǎn)生的助力性能較為良好，也能夠確保操縱的穩(wěn)定性，然而，該系統(tǒng)所產(chǎn)生的助力效果往往處于固定狀態(tài)，會(huì)導(dǎo)致方向盤運(yùn)轉(zhuǎn)過于敏感，一旦汽車在高速上行駛，就會(huì)降低駕駛員的路感效果，也會(huì)消耗更多發(fā)動(dòng)機(jī)能量。電控式液壓類型的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠克服機(jī)械式液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一些不足，當(dāng)汽車處于高速行駛狀態(tài)，該系統(tǒng)會(huì)靈活調(diào)整助力作用，以此增強(qiáng)駕駛員的操縱力，改善駕駛員的路感，使汽車轉(zhuǎn)向操縱更加輕便、靈活、安全，為高速行駛中的汽車轉(zhuǎn)向提供了良好的穩(wěn)定性。然而，這種系統(tǒng)組合機(jī)構(gòu)復(fù)雜，屬于精密裝置，因此價(jià)格昂貴，會(huì)消耗大量的能量。對此，應(yīng)根據(jù)車輛類型進(jìn)行安全配置，小型車輛一般不適宜使用這種轉(zhuǎn)向器，在配置過程中，應(yīng)注意降低成本，落實(shí)節(jié)能理念。

2.2 電動(dòng)助力式類型汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

電動(dòng)助力式類型汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組合主要包括五種：第一，電動(dòng)機(jī);第二，車速傳感器;第三，電子控制單元;第四，扭矩傳感器;第五，減速機(jī)構(gòu)。這種系統(tǒng)的核心組合部件是電子控制單元。從應(yīng)用效果來看，電動(dòng)助力式類型汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是依托智能化與自動(dòng)化技術(shù)，能夠有效減少油耗量，成本低，能夠同時(shí)兼顧汽車轉(zhuǎn)向，使操作運(yùn)行更為輕便、安全、穩(wěn)定，這種系統(tǒng)組合結(jié)構(gòu)也非常緊湊、輕便，有完善的裝配線，也便于維修。其不足之處體現(xiàn)在四個(gè)方面：第一，制造工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高。第二，這種汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供的助力極為有限。第三，這種系統(tǒng)電子元件的穩(wěn)定性功能和可靠性效果不如機(jī)械元件，如果遇到連續(xù)旋轉(zhuǎn)區(qū)域，很容易使增壓電機(jī)因?yàn)檫^熱而出現(xiàn)停止運(yùn)行問題。第四，缺乏路感信息[3]。對于這些不足之處，應(yīng)盡量予以克服，根據(jù)汽車的大小規(guī)模和類型，選用合適的轉(zhuǎn)向器，適當(dāng)控制轉(zhuǎn)向器部件的安全參數(shù)。

3? 結(jié)束語

綜上所述，汽車轉(zhuǎn)向器主要包括機(jī)械式類型轉(zhuǎn)向器和動(dòng)力式類型轉(zhuǎn)向器。前者又細(xì)分為齒輪齒條式類型汽車轉(zhuǎn)向器、循環(huán)球式類型汽車轉(zhuǎn)向器和蝸桿曲柄指銷式類型汽車轉(zhuǎn)向器;后者可分為汽車液壓式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動(dòng)汽車助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，這些轉(zhuǎn)向器有優(yōu)點(diǎn)也有不足，因而，在具體選用與操作中應(yīng)注意發(fā)揮其優(yōu)勢，彌補(bǔ)不足，不斷完善轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)設(shè)置方案。

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