转向系统的结构和工作原理

一、转向系统的功用及组成

1.转向系统的含义

转向系统是一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，在汽车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系，即称为转向系统。

2.转向系统的功用

转向系统的功用：保证汽车能按驾驶人的意志而进行转向行驶。

3.转向系统的分类

转向系统根据其转向能源的不同，可以分为机械转向系和动力转向系。根据助力能源形式的不同又可以分为液压助力、气压助力和电动机助力三种类型。其中液压助力转向系统应用较为普遍，以下重点介绍其类型及典型零部件。国内多数汽车起重机专用底盘的转向系统主要采用机械液压助力动力转向系统。

图2-38 动力转向系统的组成

二、动力转向系统的组成

动力转向系统一般由四个部分组成（图2-38）：转向操纵机构，包含转向盘、转向管柱总成，即转向机以上部分；转向器，为循环球式加液压内助力转向器；转向传动机构，包含转向垂臂、转向拉杆、转向摇臂、梯形臂等；转向加力（液压助力）装置，包含转向泵、油罐、助力缸、油管等。

1.转向操纵机构

转向盘到转向器之间的所有零部件总称为转向操纵机构。

（1）转向盘 转向盘由轮缘、轮辐和轮毂组成。转向盘轮毂的细牙内花键与转向轴连接，转向盘上都装有喇叭按钮。

（2）转向轴、转向管柱、万向传动轴构成 转向轴是连接转向盘和万向传动轴再连接转向器的传动件，转向管柱固定在车身上，转向轴从转向管柱中穿过，支承在管柱内的轴承和衬套上。万向传动轴可进行长度调节，有利于装配，还起到汽车受冲击时对转向盘的缓冲保护。

2.转向器

图2-39是转向器基本结构图，转向器通过蜗杆副带动扇形齿摆动实现线性运动，液压助力通过转向控制阀，分配液压油至上下腔实现液压助力。通过上下腔可外接助力缸。

图2-39 转向器基本结构图

3.转向传动机构

从转向器到转向轮之间的所有传动杆件总称为转向传动机构。转向传动机构的功用是将转向器输出的力和运动传到转向桥两侧的万向节，使转向轮偏转，并使两转向轮偏转角按一定关系变化，以保证汽车转向时车轮与地面的相对滑动尽可能小。

（1）转向摇臂 转向器通过转向摇臂与转向直拉杆相连。转向摇臂的大端用带锥度的三角形齿形花键与转向器中摇臂轴的外端连接，小端通过球头销与转向直拉杆做空间铰链连接，如图2-40所示。

图2-40 转向摇臂

（2）转向直拉杆 转向直拉杆是转向摇臂与转向节臂之间的传动杆件，具有传力和缓冲作用。在转向轮偏转且因悬架弹性变形而相对于车架跳动时，转向直拉杆与转向摇臂及转向节臂的相对运动都是空间运动，为了不发生运动干涉，三者之间的连接件都是球形铰链，如图2-41所示。

图2-41 转向直拉杆

（3）转向臂 转向臂是由于转向桥距转向器较远，或因车架等部件限制条件而设计的中间过渡支承，它可增强转向杆系的强度，同时根据转向拉杆安装位置变化，满足车轮的不同转向角度，如图2-42所示。

（4）转向横拉杆 转向横拉杆是转向梯形机构的底边，由横拉杆体和旋装在两端的横拉杆接头组成。其特点是长度可调，通过调整横拉杆的长度可以调整前轮前束，如图2-43所示。

图2-42 转向臂

图2-43 转向横拉杆

三、转向液压系统

1.转向液压系统工作原理（图2-44）

（1）直线行驶 转向盘不动，阀在中位，泵卸荷；液压缸油路闭锁，处于平衡状态，不起助力作用。

（2）左转向 转向盘左转，阀在左位，泵工作，缸活塞右移，车轮左转，实现助力转向。

（3）右转向 转向盘右转，阀在右位，车轮右转，实现助力转向。

（4）放松转向盘 阀恢复中间位置，助力作用消失。

2.转向加力（液压助力）装置

转向加力装置是将发动机输出的部分机械能转化为压力能（或电能），并在驾驶人控制下，对转向传动机构或转向器中某一传动件施加辅助作用力，使转向轮偏摆，以实现汽车转向的一系列装置。采用动力转向系统可以减轻驾驶人的转向操纵力。

图2-44 转向液压系统工作原理

汽车起重机专用底盘中采用的是常流式液压助力转向系统，其特点是转向泵始终处于工作状态，但液压助力系统不工作时，基本处于空转状态。

3.转向泵

中小吨位产品底盘转向泵通常由叶片泵和溢流阀组合在一起，如图2-45所示，转向泵有一个吸油口、一个压油口、一个泄油口。泵按发动机怠速时满足转向用流量设计，当发动机加速运转时，该泵提供的液体会远远超过实际的需要，加装溢流阀就是为了满足发动机高速运转时的需要。

大吨位汽车起重机采用多桥转向，转向助力缸较多，标准的转向泵排量不能满足要求时，常采用大排量齿轮泵和限流阀配套使用。(www.xing528.com)

图2-45 转向泵

4.转向油罐

转向油罐用来存储转向液压系统用油，下部设有吸油口、回油口各一，内有滤网，上部设有油标尺、透气盖，如图2-46所示。

图2-46 转向油罐

四、液压常流转阀式转向系统基本工作原理

图2-47所示为液压常流转阀式转向系统工作原理。

1.液压常流转阀式转向系统基本组成

液压常流转阀式转向系统主要由转向泵、动力转向器、转向油灌、油管等组成。转阀集成在动力转向器内（如图2-48中箭头）。动力转向泵内集成了流量控制阀及压力控制阀。转向泵借助发动机的动力，产生高压油，转动转向盘可带动转阀动作，高压油进入动力转向器的上腔或下腔，推动活塞向上腔或向下腔运动，活塞上加工有齿条，齿条与转向臂轴上的齿扇相配合，带动转向臂轴旋转，将力传给转向传动机构。

图2-47 液压常流转阀式转向系统工作原理

图2-48 转阀工作原理

2.转阀工作原理

1）汽车直线行驶。当汽车直线行驶时，转阀处于中间位置，来自转向泵的工作油液向阀套的2个进油口同时进油，油液通过预开隙进入阀芯的凹槽，再通过阀芯的回油孔进入阀芯与扭力杆间空腔，再经过阀套的回油孔通过回油管流回转向油罐，形成油路循环。另一回路是转向泵压入阀套的油经过预开隙进入阀套左右两侧的出油孔，其中一路进入转向器上腔，另一路进入转向器的下腔。由于转向器上下腔均进油，且油压相等，更由于油路连通回油管道而不能建立高压，因此动力转向器不起助力作用。

2）汽车左转弯。当汽车左转弯时，转向盘带动转向轴转动并带动扭力杆，扭力杆端头与阀芯用销连接，因而带动阀芯转动一个角度，这时阀套的进油口一侧的预开隙被关闭，另一侧的预开隙开度打开，液压油经扭力杆与螺杆轴的间隙，通过孔和螺杆轴与活塞的间隙通到转向器下腔，活塞向上移动，也就是说转向臂轴顺时针旋转，带动转向垂臂前摆，起到助力作用，汽车向左转弯。活塞上腔的油液被压出，通过阀套与阀芯间间隙流回转向油罐。

3）汽车右转弯。当汽车右转弯时，转向盘带动转向轴转动并带动扭力杆，扭力杆端头与阀芯用销连接，因而带动阀芯转动一个角度，这时阀套的进油口一侧的预开隙被关闭，另一侧的预开隙开度打开，液压油通过阀套与阀芯间间隙压入上腔，活塞向下移动，也就是说转向臂轴逆时针转，带动转向垂臂后摆，起到助力作用，汽车向右转弯。活塞下腔的油液通过螺杆轴与活塞的间隙和孔，再通过阀芯与扭力杆间空腔进入回油孔，流回转向油罐。

4）当转向盘停在某一位置不再继续转向时，阀芯在液力和扭力杆的作用下，沿转向盘转动方向旋转一个角度，使其与阀套相对角位移量减小，上、下腔油压差减小，但仍有一定的助力作用。此时的助力转矩与车轮的回正力矩相平衡，使车轮维持在某一转向位置上。

5）在转向过程中，如果转向盘转动速度也加快，阀套与阀芯的相对角位移量也大，上、下腔的油压差也相应加大，前轮偏转的速度也加快，如转向盘转动得慢，前轮偏转得也慢，或转向盘转在某一位置不变，对应着前轮也在某一位置上不变。此即称“渐进随动作用”。

6）如果驾驶人放松转向盘，阀芯回到中间位置，失去了助力作用，转向轮在回正力矩的作用下自动回位。

7）一旦液压助力装置失效，该动力转向器即变为机械转向器。此时转向盘转动，带动阀芯转动，阀芯下端边缘有缺口，转过一定角度后，带动螺杆轴转动，而活塞上加工有螺纹槽，通过钢球与螺杆轴形成运动副，实现纯机械转向操作。

五、转向及车轮定位调整

转向系统与车轮定位调整是一个系统性的调整，调整得好坏直接影响驾驶人对车辆操纵的安全性、舒适性。

1.转向系统调整的要求

1）转向盘转动应灵活、操纵轻便、无阻滞现象。车轮转到极限位置时，不得与其他部件有干涉现象。

2）转向轮转向后应有自动回正能力，以保持稳定地直线行驶。

3）转向盘的最大自由转动量从中间位置向左、右各不得超过15°。

4）在平坦、硬实、干燥和清洁的道路上行驶，其转向盘不得有摆动、路感不灵或其他异常现象。

5）万向节、转向节臂、转向横、直拉杆及球头销应无裂纹和损伤，并且球头销不得松旷，横、直拉杆不得拼焊。

6）当转向助力器失效后，应有转向盘控制底盘转向的能力。

7）最小转弯直径（前轮轨迹中心）小于24m。

2.调整前的检查

1）支起液压支腿，轮胎离地，怠速状态下。

2）左右转动转向盘，转向盘转动灵活、操纵轻便、无阻滞现象。转至极限位置时转向摇臂不得与转向器支架、第一横梁、软管及其他部件干涉。

3）转向摇臂、转向横拉杆、转向直拉杆、桥上拉力杆等球头销连接处不得松旷，球头销螺母应锁固完好。

4）转向液压系统转向助力正常、无渗漏。如发现有松旷现象和不合格的装配部位，应及时整改，符合技术要求后，进入下一工步的调整。

3.转向系统调整（在JOSAM车桥定位检测仪辅助下调整）

（1）前束调整 根据定位检测仪显示数据，按前束值8～12mm标准判定，如超出范围，可调整横拉杆长度，逐一进行调整、修正。其他参数调整在车辆落下工况进行。以一桥为基准调整每个车轮，即一桥调整完成后，一桥在中位定位工况下，调整其他各转向桥。

（2）一桥转向角调整 一桥左右轮胎在直行状态下，向左转转向盘至极限位置，一桥左侧轮胎转角不小于42°±1°，再向右转转向盘至极限位置，一桥右侧轮胎转角不小于42°±1°，如两边转角不均，可通过调整转向器与一桥连接拉杆长短进行修正，使得两侧轮胎转角接近相等。

（3）其他转向桥转向角调整 一桥调整完毕后，转动转向盘，将一桥定位在直行方向锁定状态下，通过调整各转向拉杆，依次调整其他转向桥至直行方向，如图2-49所示。

（4）转向盘辐条调整 转向轮在直行方向上，转向盘辐条应左右对称，不遮挡各仪表视线。调整可通过取下转向盘，再将转向盘按需要角度重新安装；或通过转向器上部连接花键传动轴取下，转动转向盘至需要角度，再将连接花键传动轴重新连接安装。转向及车轮定位调整无论采用何种操作手段，应达到各车桥轴线与车架纵轴线垂直（推进角为0°），同时在车辆直行状态，同一车轴上左右轮胎角度状态应对称。

4.转向系统检查

调整完成后，应对所有车桥推力杆、转向拉杆上抱箍检查、紧固，保证系统行驶安全、可靠。所有推力杆、转向拉杆检查完毕后，对已调整的各转向角度进行复验合格后，方可结束工作。

图2-49 转向系统调整