浅谈不同类型汽车转向器结构及其特点

张晓艳

摘要： 在经济飞速发展的21世纪，各行业竞争激烈，汽车已成为行业发展以及国民日常生活出行中必不可缺的工具。与此同时，随着汽车生产行业的发展，汽车内部的转向器结构配置也在不断升级与优化，这样可以使汽车转向系统更完善，转向效果也得以提高。本文将举例分析不同类型的汽车转向结构，系统论述其特点。

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.

关键词： 汽车;转向器;结构;特点

Key words： car;steering gear;structure;features

中图分类号：U463.23                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）23-0048-02

0  引言

随着汽车行业的持续发展，产品质量在不断提升，汽车内部组合机械部件结构日趋多样化，功能也更加完善。在汽车底盘系统中，转向系统发挥的作用至关重要，其核心部件是转向器，主要功能是满足汽车行驶的转向需求，属于直接部件，该部件也对驾驶员的操纵感受有着不可忽视的影响，转向器会通过转向盘完成转向力矩的传递，紧接着，科学变换汽车的转向角，实现减速与增矩，然后通过转向拉杆机构的输出完成汽车的转向。从基本类型来看，汽车转向器大致分为两大类：第一类，机械式类型转向器;第二类，动力式类型转向器。其中，机械式类型转向器又细分为齿轮齿条式类型汽车转向器、循环球式类型汽车转向器、蜗杆曲柄指销式类型汽车转向器;动力式类型转向器又名助力式类型转向器，可分为汽车液压式助力转向系统、电动汽车助力式转向系统，不同类型的转向器各有优劣，在使用过程中应注意扬长避短。

1  机械式类型转向器

机械式类型转向器的结构类型是纯机械模式，一般情况下，在汽车转向操纵过程中，只需要借助人力进行驱动，不必依靠外力的帮助。就目前而言，最常用的汽车机械式类型转向器可以分为以下三种类型。

1.1 齿轮齿条式类型汽车转向器

齿轮齿条式类型汽车转向器的组合结构非常简单，其生产流程相对最简便，这种转向器结构组合包括转向器的外壳、调整螺钉、齿轮和齿条以及齿条的导块。在齿条和调整螺钉之间，安置了一个弹簧，可以让螺钉产生旋转，从而给予齿条能够沿着齿轮方向施展运动的力，使齿条可以和齿轮进行非常牢固的接合，与此同时，齿条导块和转向结构齿条的移动关系颇为密切。对于转向器来说，其核心零件有三种：第一，齿条;第二，齿轮;第三，转向器的外壳。从转向器的外壳形状来看，它是一个T字形，转向器结构的齿轮和转向轴是一体化组织，而转向的横拉杆则是与齿条为一体化组织。

齿轮齿条式类型的汽车转向器有优点也有不足，其优点是小巧轻便，结构组合非常紧凑，产品的加工流程相对较为简单，生产成本比较低，产品的传动效率高，大约在90%。在使用过程中，随着时间的增长，齿轮和齿条之间必然会出现磨损现象，对此可以发挥转向器外壳的保护作用，运用弹簧和安置在转向器齿条后部的调整螺钉来制造压紧力，这样能够消除齿轮与齿条的间隙，也能够增加转向轮的转角，提升转向效果。然而，必须注意的是，这种转向器有不可忽视的缺点，其逆效率比较高，通常在60%到70%之间，一旦汽车所经过的路面处于不平整状态，汽车的转向轮就会和路面相产生强大的冲击力，这些冲击力大多会产生反冲现象，能再次传给转向盘，很容易导致驾驶员难以对汽车行驶方向进行准确控制，甚至会造成伤害与车祸。因此，大型车辆几乎不会安装这种类型的转向器，沙滩车和民用车等小型车辆可以使用齿轮齿条类型的转向器[1]。

1.2 循环球式类型汽车转向器

从组合结构来看，循环球式类型汽车转向器组合部件主要包括螺杆、螺母、转向器的外壳和大量的小钢球，这些小钢球通常被称为循环球，它们被安置在螺杆和螺母与之间的管路里（管路属于密闭状态）。其次，循环球式类型的汽车转向器转向螺杆和汽车转向轴属于一种连接关系。这种转向器的转动副共分为两级，一级组合包括转向螺杆和螺母，两者互相作用。另一级传动副则是由齿条与齿扇组合而成，在转向螺母的下平面内，有加工良好的齿条，齿扇和齿扇轴紧密结合为一体。在汽车转向过程中，小钢球会一直在管路内进行循环性滚动。循环球式类型的汽车转向器的优点是传动效率比较高，自动回正效果頗为良好，设备应用操作流程轻便，组合部件的磨损程度相对较小，使用寿命较长，在具体操作应用中，因为具有滚动摩擦的力量，所以能够进一步提升汽车的传动效率。其不足之处也不可忽视，因为这种转向器的组合结构比较复杂，转向助力的装置安装很不方便，还因为它有两级的传动副，所以会致使转向器的操纵感被削弱。其次，因为这种转向器的逆传动效率相对较高，很容易出现转向盘的抖动问题和摆振问题，在汽车转向过程中，不利于转向的稳定，如果行驶路面较为坎坷，或者是上下坡转换位置，就很容易出现“打手”问题，甚至会引发交通事故[2]。

1.3 蜗杆曲柄指销式类型的汽车转向器

从组合结构来看，蜗杆曲柄指销式转向器的主要组合系统包括五种：第一，汽车的转向蜗杆。第二，汽车的侧盖。第三，汽车指销。第四，转向摇臂的曲柄。第五，转向器的壳体。在这种转向器的组合系统中，它的壳体处于固定状态，通常是被牢固地安置在转向器的安全支架上面，在该壳体的内部，配有相应的传动副装。在转向器驱动装置中，这种转向器的主动件是汽车的转向蜗杆，转向器结构系统呈现着梯形截面螺纹，转向蜗杆通常被支承于两个滚珠的轴承上（这两个轴承设置于转向器壳体的两边），轉向器的指销设置于摇臂曲柄的端部，它属于一种从动件。如果某一辆汽车配置的这种转向器，在行驶转向过程中，驾驶员会通过转向盘对转向蜗杆实施相应地带动，这样转向器会和它相啮合的汽车指销发生自转，与此同时，汽车转动的半径必然是曲柄，在汽车蜗杆的螺纹槽力，围绕着摇臂轴轴线开展圆弧运动，从而带动汽车的曲柄，让转向摇臂能够实施科学可控的摆动，进而使汽车能够实现安全转向。蜗杆曲柄指销式类型的汽车转向器的优点是指它会在完全滚动摩擦的作用下做好工作，操作非常简单、灵活，传动效率比较高，因为是它运用的是分段式转向轴，所以在整个车辆的布置工作以及维修保养中的应用更为便利，也有利于提高车辆行驶的安全性。据了解，和其他转向器应用相比，配置有这种转向器的车辆往往在行驶中所产生的逆转传动效率较低，因而，路面的冲击力不会过多传给汽车转向盘，有良好的稳定性。另外，这种转向器制造简单，便于维修。其缺点也不可忽视，因为和其他转向器相比，这种转向器属于大型设备，其体积比较大，所以会导致布置工作不是很方便。

2  动力式类型其次转向器

在动力式类型汽车转向器应用中，最常用的两种转向器是液压式类型汽车助力系统和电动式类型的汽车助力系统。

2.1 液压式类型助力转向系统

液压式类型助力转向系统组合包括六大核心部件：第一，油管。第二，形状为V形的车辆传动皮带。第三，车辆的液压泵。第四，汽车储油罐。第五，汽车压力流体控制阀。该系统的核心动力源是汽车发动机，其转向油泵主要是借助发动机来实现运行工作，转向控制阀在运作过程中必然会顺着控制油液的流动方向，同时，会结合油压参数为汽车的行驶提供相应的转向助力，以此产生良好的助力效果，减轻驾驶员的操作负担。液压式类型助力转向系统可分为两种：第一种，机械式液压类型助力转向系统;第二种，电控式液压类型助力转向系统。第二种系统是在第一种系统的基础结构上增设了液流分配阀、液压系统自动反应装置与智能化电控系统。从精密的组合结构来看，第二种系统主要部件有三种，分别是汽车的速度传感器、电磁阀以及动力转向ECU。在应用过程中，电控式液压类型助力转向系统会结合行驶车速对汽车转向盘上的助力进行科学调节。从总体上讲，机械式液压类型的汽车助力转向系统有显著的优点，也有不可忽视的缺点。在系统运行操作中，如果汽车处于中低速状态，该系统所产生的助力性能较为良好，也能够确保操纵的稳定性，然而，该系统所产生的助力效果往往处于固定状态，会导致方向盘运转过于敏感，一旦汽车在高速上行驶，就会降低驾驶员的路感效果，也会消耗更多发动机能量。电控式液压类型的助力转向系统能够克服机械式液压转向系统的一些不足，当汽车处于高速行驶状态，该系统会灵活调整助力作用，以此增强驾驶员的操纵力，改善驾驶员的路感，使汽车转向操纵更加轻便、灵活、安全，为高速行驶中的汽车转向提供了良好的稳定性。然而，这种系统组合机构复杂，属于精密装置，因此价格昂贵，会消耗大量的能量。对此，应根据车辆类型进行安全配置，小型车辆一般不适宜使用这种转向器，在配置过程中，应注意降低成本，落实节能理念。

2.2 电动助力式类型汽车转向系统

电动助力式类型汽车转向系统组合主要包括五种：第一，电动机;第二，车速传感器;第三，电子控制单元;第四，扭矩传感器;第五，减速机构。这种系统的核心组合部件是电子控制单元。从应用效果来看，电动助力式类型汽车转向系统的优点是依托智能化与自动化技术，能够有效减少油耗量，成本低，能够同时兼顾汽车转向，使操作运行更为轻便、安全、稳定，这种系统组合结构也非常紧凑、轻便，有完善的装配线，也便于维修。其不足之处体现在四个方面：第一，制造工艺复杂，生产成本高。第二，这种汽车转向系统提供的助力极为有限。第三，这种系统电子元件的稳定性功能和可靠性效果不如机械元件，如果遇到连续旋转区域，很容易使增压电机因为过热而出现停止运行问题。第四，缺乏路感信息[3]。对于这些不足之处，应尽量予以克服，根据汽车的大小规模和类型，选用合适的转向器，适当控制转向器部件的安全参数。

3  结束语

综上所述，汽车转向器主要包括机械式类型转向器和动力式类型转向器。前者又细分为齿轮齿条式类型汽车转向器、循环球式类型汽车转向器和蜗杆曲柄指销式类型汽车转向器;后者可分为汽车液压式助力转向系统和电动汽车助力式转向系统，这些转向器有优点也有不足，因而，在具体选用与操作中应注意发挥其优势，弥补不足，不断完善转向器结构设置方案。

参考文献：

[1]刘向丽.齿轮齿条转向器CAD与CAE仿真分析[J].智能城市，2019（17）：194-196.

[2]苗政，周伟东，邵宏亮.车辆机械转向系统的使用与维护[J].农业与技术，2009（2）：143-144.

[3]吴继详.考虑转向器运动副随机间隙的汽车前轮摆振系统动力学分析[D].合肥：合肥工业大学，2011.