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场车转向系统

一、转向系概述
·转向系功用
车辆在行驶中要经常改变行驶方向。转向系的功用是;当左右转动方向盘时，通过转向联动机构带动转向轮，使车辆改变行驶方向。
·转向方式
场（厂）内机动车辆是通过转向轮（一般是后轮）偏转一定角度来实现的。对于一般车辆还有：偏转前轮转向方式；前后轮同时偏转转向方式；斜行转向方式；多桥转向方式；铰接车架转向方式；差速（滑移）转向方式等。
按照转向系能源的不同又可分为机械转向系（人力转向系）、助力转向系和全液压转向系等三种。

转向系组成
如图1.40所示，转向系由转向操纵机构（包括转向盘，转向轴，带万向节的转向传动轴等）、机械转向器和转向传动机构（包括转向摆臂，转向主拉杆，转向节臂，转向梯形臂和横拉杆等）三部分组成。
机械转向器是一减速增扭机构，用来解决转向阻力矩大而驾驶员体力小的矛盾。转向传动机构用来将转向器输出的力和运动传给两转向节，从而使两侧转向轮按一定关系进行偏转的机构。

图1.40　机械转向系示意图
1.转向盘；2.转向轴；3.转向万向节；4.转向传动轴；5.转向器；6.转向摇臂；7.转向主拉杆；8.转向节臂；9.左转向节；10.梯形臂；11.转向横拉杆；12.梯形臂；13.右转向节
导电银胶车辆转向时，要求所有车轮轴线都能相交于一点，此点叫做转向中心。这样才能保证各车轮在转向时均作纯滚动，以避免在车辆转向时轮胎与地面滑动而增大阻力和加快轮胎磨损。车辆转向时内转向轮偏转角应大于外转向轮偏转角。
转向轮偏转角理想关系靠合理选择转向梯形各几何参数来实现。但目前所有车辆的转向梯形只能使两轮偏转角的关系近似符合理想关系。

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二、转向器
·转向器的功用：
将方向盘上的操纵力加以放大，并改变动力传动方向，经转向垂臂传给转向传动机构。
正向传动：作用力从转向盘传到转向摇臂的过程。
逆向传动：转向摇臂将地面的冲击力传到转向盘的过程。
极限可逆式转向系：当地面冲击力很大时，冲击力才能传到转向盘上，即正效率远大于逆效率的转向器。

·转向器的传动可逆性
转向器还应有合适的传动可逆性，即不仅能用方向盘使车轮偏转；相反，车轮偏转又可带动方向盘转动，其目的在于使偏转的车轮具有自动回正的可能性，以及使驾驶员有“路感”。但若可逆性过高了，路面对偏转车轮的冲击力传到方向盘上的作用就会过大，发生“打手”现象，造成驾驶员容易疲劳。所以转向器应有一定的可逆性，当遇到较小的冲击力时，由转向器中的摩擦力抵消，而不传到方向盘。
·转向盘自由行程
转动转向盘消除传动副之间的间隙后，车轮才偏转，此时转向盘转过的角度为转向盘自由行程。
·转向器的种类
目前厂内机动车辆常用的转向器有循环球式、蜗杆曲柄指销式和球面蜗杆滚轮式三种。

（一）循环球式转向器
是目前最广泛使用的结构形式。有两级传动副，第一级为螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。
图1.41所示是循环球齿条齿扇式转向器。转向螺母的下平面上加工成齿条，与齿扇轴（即摇臂轴）14内端的齿扇部分啮合。可见转向螺母既是第一级传动副的从动件，也是第二级传动副（齿条齿扇传动副）的主动件（齿条）。通过转向盘和转向轴转动螺杆时，转向螺母不能转动，只能轴向移动，并驱使齿扇轴转动。

图1.41　循环球式转向器
1.螺母；2.弹簧垫圈；3.转向螺母；4.垫片；5.底盖；6.壳体；7.导管卡子；8.通气塞和加油螺塞；9.导管；10.轴承；11、12.油封；13.滚针轴承；14.转向摇臂轴；15.滚针轴承；16.锁紧螺母；17.调整螺钉；18.调整垫片；19.侧盖；20.螺栓；21.调整垫片；22.钢球；23.转向螺杆

组合鞋架 ·转向传动
老化仪为减少转向螺杆和转向螺母之间的摩擦，二者的螺纹并不直接接触，其间装有许多钢球，以实现滚动摩擦。
转向螺杆转动时，通过钢球将力传给转向螺母，螺母即沿轴线移动。
转向螺母上的齿条是倾斜的，只要使齿扇轴（摇臂轴）相对于齿条作轴向移动，即能（用调整螺钉17）调整二者的啮合间隙。
·优缺点
循环球式转向器的正传动效率很高，故操纵轻便，寿命长，但其逆效率也很高，容易将路面冲击力传到转向盘。不过，对经常在好路面上行驶的车辆而言，这一缺点影响不大。

（二）蜗杆曲柄指销式转向器（如图1.42所示）
有单销和双销两种。
其传动副的主动件是蜗杆，从动件是装在曲柄轴上的指销。转向时，转向盘带动蜗杆转动，拨动嵌入蜗杆槽中的指销的锥形端头绕曲柄轴轴线作圆弧运动，并带动曲柄转动。

双指销式转向器在中间及其附近位置时，其两指销均与蜗杆啮合，故单个指销所受载荷较单指销式转向器的指销载荷为小，因而其工作寿命较长。
丙酮回收当摇臂轴转角相当大时，一个指销与蜗杆脱离啮合，另一仍保持啮合。
因此，双指销式的摇臂轴转角范围较单指销式为大。但双指销式结构较复杂，蜗杆的加工精度要求也较高。

（三）球面蜗杆滚轮式转向器
如图1.43，转向盘转动空心转向轴3并转动与轴3固定在一起的球面蜗杆1，滚轮绕轴承转动，同时沿着螺旋线滚动使转向器摇臂轴摆转，形成涡轮蜗杆传动。蜗杆与滚轮的接触点是偏心的，偏心距为e，调节转向器摇臂轴的轴向位置就改变了偏心距e，也就调节了蜗杆齿面与滚轮表面之间的间隙。一般要求滚轮在中间位置时，蜗杆与滚轮的啮合面之间无明显的间隙，但又不卡住。

图1.43　球面蜗杆滚轮式转向器
1.球面蜗杆；2.滚轮；3.转向轴；4.摇臂轴；5.壳体；6.壳盖；7.垫片；8.调整垫片；9.压盖

三、转向传动机构
转向器摇臂的摆转，经过纵拉杆、扇型转臂、横拉杆和梯形臂使车轮偏转。
车轮在地面上受到的各种冲击，将经过转向传动系统反过来传给转向器。
为了保证转向的工作可靠，必须特别注意防止转向传动机构各环节中零件松脱以及抵抗冲击载荷的作用。
由于转向传动机构是一套空间的传动连杆系统，因此须采用球铰连接。在球铰连接处应有保证磨损后能自动消除间隙的结构措施。

（一）转向摇臂的连接
转向器摇臂轴1与转向器摇臂2大都采用圆锥三角齿的花键3将两者牢固地连成一体（端部用螺母锁紧）。摇臂与纵拉杆相连的另一端一般做成锥孔。孔中装入球头销，它的锥面与锥孔配合，亦由螺母将其固紧。
为保证摇臂轴从中间位置向两边具有相同的摆动范围，常在转向器摇臂及其轴上刻有安装标记。

（二）纵拉杆
如图1.45，纵拉杆在转向传动中不仅受拉，而且受压。常用钢管制成，并尽量避免做成弯曲的形状。
纵拉杆一端经球头销2及螺母1和转向器摇臂连接，另一端由球头销和扇形转臂（单梯形时与转向节臂）相连。弹簧6压在里面的支承块上，这样的球铰接点可保证即使球头销或支承块磨损时亦不存在间隙，并可缓和由车轮传到转向器上的冲击。纵拉杆两端弹簧的压紧方向相对，不论受到拉或压的冲击都能起到缓冲作用。

图1.45　纵拉杆构造图
1.螺母；2.球头销；3.油毡；4.螺塞；5.支承块；6.弹簧；7.限制块；8.油嘴

（三）转向梯形机构
图1.46所示为车辆常用的连杆机构。扇形转臂1其实是一多臂杠杆。它由纵拉杆2通过其球头销3推动或拉动，扇形转臂上另两个球头销4与横拉杆5、6相连；当扇形转臂摆动时，推或拉动横拉杆带动梯形臂7、8使左右车轮偏转。
扇形转臂与球头销固定的地方大都做成锥孔，以便球头销的锥轴能紧固地与转臂连成一体，并能装拆方便。

1.扇形转臂；2.纵拉杆；3、4.球头销；5、6横拉杆；7、8.梯形臂
图1.46　转向连杆系统组成图

（四）横拉杆
横拉杆是转向连杆系统中可调节长度的杆件，这样便于在安装时能保证规定的直线行驶方向。一般横拉杆是由两端的球头销接头1和端部有螺纹的管子2等组成，如图1.47所示。管子的端部旋入接头1的内螺纹中，并用夹紧螺钉3固定。横拉杆上的螺纹一端是右旋，另一端是左旋。因此转动管子2便可改变横拉杆的长度。
在旋松夹紧螺栓以后，转动横拉杆体，可改变横拉杆的总长度，来调节前轮前束。
横拉杆与球头销配合的支撑块也有补偿磨损的措施。这种补偿接头间隙的构造，能保证横拉杆经调整后具有一定的长度，这样组成的转向连杆系统不会因冲击而改变尺寸。

图1.47　横拉杆构造图
1.接头；2.管子；3.夹紧螺钉

四、动力转向基本组成和工作原理
车辆工作时转向频繁，转弯半径小，有时需原地转向。为减轻驾驶员劳动强度，吨位大的车辆多采用动力转向、液力助力转向或全液压转向。采用动力转向系统，操作人员只需极小的操纵力和一般速度来操纵控制元件，而快速克服转向阻力矩的能量则由动力装置来提供。这就使作业时操作的繁重程度大为改善，进一步提高生产率，提高了行驶的安全性。

（一）液压助力转向
液压助力转向是在机械转向的基础上，在纵拉杆处加装转向助力器，如图1.48所示
转动转向盘1时，转向摇臂3一方面通过球铰链带动转向纵拉杆9，一方面带动转向控制阀中的滑阀，使转向动力缸在液压作用下与转向摇臂共同对转向纵拉杆施力。虚拟机管理系统
在助力转向系统中，驾驶员转动方向盘的力，只是用来克服阀心运动的摩擦力和回位弹簧力。车轮的转向阻力则由油泵供给的压力油克服。

图1.48　液压转向助力器布置示意图
1.转向盘；2.机械转向器；3.转向摇臂转向控制器；4.接头；
5.转向控制器；6.转向动力缸；7.进油管路；8.回油管路；
9.纵拉杆；10.控制器与动力缸后腔通油管

（二）全液压转向
全液压转向装置与液压助力转向装置不同之处是以全液压转向器取代了机械转向器和纵拉杆等机械元件，且用高压油管将全液压转向器和转向油缸连通。
主要优点：操纵方便，安装容易，重量轻，体积小，易于总体布置。
缺点：如果出现故障，虽摆线泵可作手泵使用，但转向非常沉重，甚至难以转向。
全液压转向器按配油阀的结构形式，可分为摆线转阀式和摆线滑阀式。

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