循环球式转向器概述

循环球式转向器概述

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1 转向器概述

转向器总成是汽车行驶系统中的重要安全部件，其质量好坏对汽车直线行驶的稳定性和操纵稳定性都有直接影响[1]。

转向器一般固定在汽车车架或车身上，是转向系统中的减速机构，它一般由1~2级传动副组成，其结构有多种形式[2]。

转向器的功用有：将转向力的放大；将方向盘的转矩变为转向摇臂的前后摆动[3]。

对转向器的要求：转向灵敏，故转向器的减速比不可太大，一般轿车转向器的减速比为12~21[4]；有较高的传动效率；增大由方向盘传到转向节的力并改变力的传递方向，获得所要求的摆动速度和角度；有一定的可逆性，即从转向轮自动回正和传递适当路感这两个因素综合考虑[5]。

2 机械式转向器分类

按转向器结构形式可分为齿轮齿条式、蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、循环球曲柄指销式、蜗杆滚轮式等[6]。

按其作用力的传递情况可分为可逆式、不可逆式、极限可逆式三种[7]。转向器的逆效率表示转向器的可逆性[8]。可逆式转向器正、逆传动效率都高，有利于转向后转向轮的自动回正，但也容易出现“打手”现象。不可逆式转向器转向器零件易损坏，且没有“路感”。极限可逆式转向器有一定的路感，转向轮自动回正也能实现，“打手”现象不太明显。驾驶员作用在商用车转向盘的切向力在一定条件下不超过250N[9]。经常在良好路面上行驶的汽车多用可逆式转向器[10]。

3 循环球式转向器的特点及应用

正传动效率很高，故操作轻便，工作平稳可靠，使用寿命长。但其逆效率也高，易将路面冲击力传到转向盘。不过对于轻型的、前轴轴载质量不大而又经常在良好路面上行驶的汽车而言，这一缺点影响不大。因此，循环球式转向器在各类各级汽车上，特别是商用车和越野车上获得了广泛的应用[13]。

4 循环球式转向器的组成

1.万向节叉

2.转向齿轮轴

3.调整螺母

4.向心球轴承

5.滚针轴承

6.固定螺栓

7.转向横拉杆

8.转向器壳体

9.防尘套10.转向齿条11.调整螺塞12.锁紧螺母13.压紧弹簧14.压块[14]。

循环球式转向器是目前国内外应用最广泛的结构型式之一，有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。

为了减少转向螺杆转向螺母之间的摩擦，二者的螺纹并不直接接触，其间装有多个钢球，以实现滚动摩擦。转向螺杆和螺母上都加工出断面轮廓为两段或三段不同心圆弧组成的近似半圆的螺旋槽。二者的螺旋槽能配合形成近似圆形断面的螺旋管状通道。

螺母侧面有两对通孔，可将钢球从此孔塞入螺旋形通道内。转向螺母外有两根钢球导管，每根导管的两端分别插入螺母侧面的一对通孔中。导管内也装满了钢球。这样，两根导管和螺母内的螺旋管状通道组合成两条各自独立的封闭的钢球"流道"。

转向螺杆转动时，通过钢球将力传给转向螺母，螺母即沿轴向移动。同时，在螺杆及螺母与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"。在转向器工作时，两列钢球只是在各自的封闭流道内循环，不会脱出。

5循环球式转向器的工作原理

循环球式转向器是由齿轮机构将来自转向盘的旋转力进行减速，使转向盘的旋转运动变为涡轮蜗杆的旋转运动，滚珠螺杆和螺母夹着钢球啮合，因而滚珠螺杆的旋转运动变为直线运动，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。循环球式转向器的原理相当于利用了螺母与螺栓在旋转过程中产生的相对移动，而在螺纹与螺纹之间夹入了钢球以减小阻力，所有钢球在一个首尾相连的封闭的螺旋曲线内循环滚动。

在汽车中直观的表示如下

循环球式转向器有一个蜗杆。您可以将此转向器想像为两部分。第一部分是带有螺纹孔的金属块。此金属块外围有切入的轮齿，这些轮齿与驱动转向摇臂的齿轮相结合（参见上图）。方向盘连接在类似螺栓的螺杆上，螺杆则插在金属块的孔内。转动方向盘时，它便会转动螺栓。由于螺栓与金属块之间相对固定，因此旋转时，它不会像普通螺栓那样钻入金属块中，而是带动金属块旋转，进而驱动转动车轮的齿轮。

6 转向器的发展趋势

自汽车发明100多年来,转向器发展经历了从最初的机械式转向器逐步发展到液压助力式转向器、电控液压助力式转向器、电动助力式转向器的过程.有业

内专家介绍,将来有可能向线控转向系统和主动前轮转向系统发展[15]。

循环球式转向器和齿轮齿条式转向器，已成为当今世界汽车上主要的两种转向器，而蜗轮、蜗杆式转向器和蜗杆肖式转向器，正在逐步被淘汰或保留较小的地位。

“变速比和高刚性”是目前世界上生产的转向器结构的方向。转向系统的速比特性是决定汽车转向轻便性、操纵稳定性和机动性的重要因素之一。选择速比时除了要考虑具体车型特点外,还必须考虑两种基本工况,即高速直线行驶和低速大转角行驶。不同的工况和不同的使用性能对速比特性互相矛盾的要求是等速比转向器所不能满足的。因此,近年来变速比转向器应运而生,得到迅速发展[16]。

专业化生产已成为一种趋势，只有走这条道路，才能使产品质量高、产量大、成本低，在市场上有竞争力。循环球式转向器在国外实现了专业化生产，同时以专业厂为主、大力进行试验和研究，大大提高了产品的产量和质量。

动力转向是发展方向。动力转向系统的应用日益广泛，不仅在重型汽车上必须装备，在高级轿车上应用的也较多，在中型汽车上的应用也逐渐推广。主要是从减轻驾驶员疲劳，提高操纵轻便性和稳定性出发；次要是从减小因在高速行驶中前轮突然爆胎而造成的事故出发。动力转向有3种形式：整体式、半分置式及联阀式动力转向结构。从发展趋势上看，国外整体式转向器发展较快，而整体式转向器中转阀结构是目前发展的方向[17]。

参考文献：

[1]刘继承.机械式转向器总成试验方法对比分析[J].世界汽车，1995,(6): 6~7

[2]陈波.汽车构造[M].北京：北京理工大学出版社，2011.108~117

[3]刘增禄.陆战机动平台概论[M].北京：国防工业出版社，2006.36~42

[4]金国栋.汽车构造.2版.[M].北京：机械工业出版社，2009.86~87

[5]韩靖玉，金景海，侯占峰.汽车构造[M].北京：中国水利水电出版社，2009.226~229

[6]刘涛，赵立军，赵桂范.汽车设计[M].北京：北京大学出版社，2008.280~290

[7]王树凤，张俊友.汽车概论[M].北京：电子工业出版社，2010.285~293

[8]过学迅，邓亚东.汽车设计[M].北京：人民交通出版社，2005.182~188

[9]欧阳爱国，徐衡，卜永丽.汽车技术实训基础篇[M].北京：北京理工大

学出版社，2007.199~207

[10]曹永堂.汽车底盘维修[M].北京：人民交通出版社，1999.230~237

[11] 王望予.汽车设计.4版.[M].北京：机械工业出版社，2005.220~224

[12]林家让.汽车构造底盘篇[M].北京：电子工业出版社，2004.122~132

[13]赵学敏，王玉东.汽车底盘构造与维修[M].北京：国防工业出版社，2003.243~235

[14]林幕义，张福生.车辆底盘构造与设计[M].北京：冶金工业出版社，2007.123~125

[15]编辑部.转向系统发展趋于电子智能化[J].汽车零部件，2011, (8): 12~13

[16]包志超，张运生.变速比转向器及其发展[J].世界汽车，1981,(4):11~12

[17]信息部.中国汽车转向器技术趋势分析[DB/OL].