【基本知识】
汽车在行驶中，经常需要改变行驶方向。并且当汽车直线行驶时，往往转向轮也会受到路面侧向干扰力的作用，自动偏转而改变行驶方向；此时，驾驶员需利用一套机构使转向轮向相反方向偏转，从而使汽车恢复原来的行驶方向。这一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构即称为汽车转向系统。
一、转向系统功用及分类
转向系统的功用：保证汽车按照驾驶员的需要改变行驶方向，而且还可以克服路面侧向干扰力使车轮自行产生的转向，恢复汽车原来的行驶方向。
转向系统可按转向能源的不同分为机械转向系统和动力转向系统两大类。
机械转向系统以驾驶员的体力（手力）作为转向能源，又称为人力转向系统，其中所有传力件都是机械的，结构如图2-2-1所示。
图2-1-1 机械转向系统
1—转向盘；2—安全转向柱；3—转向节；4—车轮；5—转向节臂；
动力转向系统是兼用驾驶员体力和发动机动力为转向能源的转向系统。在正常情况下，汽车转向所需能量，只有一小部分由驾驶员提供，而大部分是由发动机通过转向加力装置提供的。但在转向加力装置失效时，一般还应当能由驾驶员独力承担汽车转向任务。因此，动力转向系统是在机械转向系统的基础上加设一套转向加力装置而形成的，如图2-1-2所示。
图2-1-2 动力转向系统
1—转向盘；2—转向轴；3、13—梯形臂；4—转向节臂；5—转向控制阀；6—转向直拉杆；7—转向器摇臂；8—机械转向器；9—储液罐；10—转向油泵；11—转向动力缸；12—转向横拉杆
二、转向系统的基本组成及工作原理
汽车转向系统包括转向操纵机构、转向器和转向传动机构三个基本组成部分。转向操纵机构是驾驶员操纵转向器的工作机构，主要由转向盘、转向轴、转向柱等组成。转向器是将转向盘的转动变为转向摇臂的摆动或齿条轴的直线往复运动，并对转向操纵力进行放大的机构。转向器一般固定在汽车车架或车身上，转向操纵力通过转向器后一般还会改变传动方向。转向传动机构是将转向器输出的力和运动传给车轮（转向节），并使左右车轮按照一定关系进行偏转的机构。图2-1-3所示为机械转向系统工作示意。
图2-1-3 机械转向系统工作示意
1—右转向节；2—右梯形臂；3—转向横拉杆；4—左梯形臂；5—左转向节；6—转向节臂；7—转向直拉杆；8—转向摇臂；9—转向器；10—万向节；11—转向传动轴；12—转向轴；13—转向盘
汽车转向时，驾驶员转动转向盘，通过转向轴、万向节和转向传动轴，将转向力矩输入转向器，转向器中有1、2级传动副，经过转向器减速后的运动和增大后的力矩传递给转向摇臂，再通过转向直拉杆传给固定于左转向节上的转向节臂，使左转向节及装于其上的左转向轮绕主销偏转。同时，左梯形臂经过转向横拉杆和右梯形臂使右转向节及右转向轮绕主销同向偏转相应的角度。这其中，从转向盘到转向传动轴这一系列部件和零件属于转向操纵机构。转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂、梯形臂和转向横拉杆共同组成转向传动机构。梯形臂以及转向横拉杆和前轴构成转向梯形，其作用是在汽车转向时，使内、外转向轮按一定的规律进行偏转，实现汽车的转向。
世界上，包括我国在内的大多数国家都规定车辆靠右侧通行，相应地将转向盘置于驾驶室左侧，使驾驶员左方视野开阔，有利于安全会车。
三、转向中心与转弯半径
汽车在转弯时，要求各车轮相对于地面做纯滚动；如果有滑动的成分，车轮边滚边滑会导致转向行驶阻力增大，动力损耗和油耗增加，还会直接导致轮胎磨损加剧。
汽车转向时，内侧车轮和外侧车轮滚过的距离是不等的。对于一般汽车而言，后桥左右两侧的驱动轮由于差速器的作用，能够以不同的转速滚过不同的距离。但前桥左右两侧的转向轮要滚过不同的距离，保证车轮做纯滚动就要求所有车轮的轴线都相交于一点。如图2-1-4所示，交点O称为汽车的转向中心，这个转向中心随前轮转角的变化而变化，因此也称为瞬时转向中心。由图2-1-4可看出，汽车转向时内侧转向轮偏转角β大于外侧转向轮偏转角α。α与β的关系是：
图2-1-4 双轴汽车转向
式中 B——两侧主销中心距（可近似认为是转向轮轮距）；
L——汽车轴距。
这一关系是由转向梯形保证的。所有汽车转向梯形的设计实际上都只能保证在一定的车轮偏转角范围内，使两侧车轮偏转角大体上接近这个关系式。
从转向中心O到外侧转向轮与地面接触点的距离R称为汽车转弯半径。转弯半径越小，则汽车转向所需要的平面空间就越小，汽车的灵活性也就越好。当外侧转向轮偏转角达到最大值αmax时，转弯半径最小，这个最小值Rmin就是一辆汽车的最小转弯半径。
汽车内侧转向轮的最大偏转角一般为35°～42°。载货车的最小转弯半径一般为7～13m。
三轴或四轴汽车转向时，与上述情况类似。
对于只用前桥转向的三轴汽车，由于中桥和后桥车轮的轴线总是平行的，故不存在理想的转向中心。它是用一根与中、后轮轴线等距的假想平行线CD与前轮轴线交于O点，如图2-1-5（a）所示，转向时所有车轮均绕O点滚动。在这种情况下，只有前轮纯滚动，而中、后桥车轮在滚动的同时还伴有轻微的滑动。
对于用第一、第三桥转向的三轴汽车，如图2-1-5（b）所示，以中桥车轮轴线为基线，可分别求出第一、第三桥的转向梯形理论特性关系式（与双轴汽车相同）。若L1＝L2＝L/2，则汽车的转弯半径仅为同轴距的双轴汽车的转弯半径的一半。
图2-1-6所示为双前桥转向的四轴汽车转向示意。以第三、四两桥轴线之间的中间平行线为基线，可求出第一桥和第二桥的转向梯形理论特性关系式分别为：
图2-1-5 三轴汽车转向
cotα1＝cotβ1＋B1/L1
cotα2＝cotβ2＋B2/L2
显然，以上两个关系式也适用于图2-1-5（b）所示汽车。
图2-1-6 双前桥转向的四轴汽车转向
四、转向盘自由行程
汽车转向系统各连接零件之间和传动副之间，都存在装配间隙。当汽车直线行驶时，转动转向盘首先需要消除这些间隙并克服机件的弹性变形才能使车轮开始偏转，这时转向盘转过的角度称为转向盘自由行程。转向盘自由行程对于缓和路面冲击及避免驾驶员过度紧张是有利的。一般规定转向轮处于直线行驶，转向盘向左、向右的自由行程不超过15°。当零件磨损、转向盘自由行程大于规定值时，必须进行调整或换件。转向盘自由行程的大小主要是通过调整转向器传动副的啮合间隙和轴承间隙来实现的。因此，转向器一般都设有传动副啮合间隙和轴承间隙调整装置。
五、转向器
1.转向器的功用、分类及传动效率
转向器是转向系统中减速增扭的传动装置，其功用是增大由转向盘传到转向节的力，并改变力的传递方向。
现代汽车的转向器已逐渐成熟，按转向器中的传动副的结构形式，转向器可以分为齿轮齿条式、循环球式、蜗杆曲柄指销式、蜗杆滚轮式等。目前应用较广泛的有齿轮齿条式、循环球式。
转向器传动效率是指转向器输出功率与输入功率之比。当功率由转向盘输入，从转向摇臂输出时，所求得的传动效率称为正传动效率；反之，转向摇臂受到路面冲击而传到转向盘的传动效率则称为逆传动效率。
作用力很容易由转向盘经转向器传到转向摇臂，而转向摇臂所受的路面冲击也比较容易经转向器传到转向盘，这种转向器称为可逆式转向器。其正、逆传动效率都很高。可逆式转向器有利于汽车转向后转向轮自动回正，转向盘“路感”很强，但也容易将路面对车轮的冲击力传到转向盘，出现“打手”现象，所以主要应用于经常在良好路面行驶的车辆。
当作用力可以由转向盘很容易地经转向器传到转向摇臂，而转向摇臂受到的路面冲击只有在很大时，才能经转向器传到转向盘，即正传动效率远大于逆传动效率的转向器称为极限可逆式转向器。采用这种转向器时，驾驶员能有一定的“路感”，转向轮自动回正也可实现，而且路面冲击力只有在很大时，方能部分地传到转向盘，主要应用于中型以上的越野汽车、工矿用自卸汽车等。
逆传动效率很低的转向器是不可逆式转向器，这种转向器使驾驶员不能得到路面的反馈信息，没有“路感”，而且转向轮也不能自动回正，所以很少采用。
2.齿轮齿条式转向器
齿轮齿条式转向器分中间输出式和两端输出式两种，如图2-1-7（b）所示。
图2-1-7 齿轮齿条式转向器
（a）中间输出式；（b）两端输出式
1—调整螺塞；2—罩盖；3—压簧；4—压簧垫块；5—转向齿条；6—齿轮轴；7—球轴承；8—转向器壳体；9—转向齿轮；10—滚柱轴承；11—转向横拉杆；12—拉杆支架；13—转向节
齿轮齿条式转向器主要由转向器壳体、转向齿轮、转向齿条等组成。转向器通过转向器壳体的两端用螺栓固定在车身（车架）上。齿轮轴通过球轴承、滚柱轴承垂直安装在壳体中，其上端通过花键与转向轴上的万向节相连，其下部分是与轴制成一体的转向齿轮。转向齿轮是转向器的主动件，它与相啮合的从动件转向齿条水平布置，齿条背面装有压簧垫块。在压簧的作用下，压簧垫块将转向齿条压靠在转向齿轮上，保证二者无间隙啮合。调整螺塞可用来调整压簧的预紧力。压簧不仅起消除啮合间隙的作用，而且还是一个弹性支承，可以吸收部分振动能量，缓和冲击。转向齿条的中部[有的是齿条两端，如图2-1-7（b）所示]通过拉杆支架与左、右转向横拉杆连接。转动转向盘时，转向齿轮转动，与之相啮合的转向齿条沿轴向移动，从而使左、右转向横拉杆带动转向节转动，使转向轮偏转，实现汽车转向。
齿轮齿条式转向器结构简单；可靠性好，质量轻；传动效率高，由于齿轮齿条直接啮合，转向灵敏、操纵轻便；由于不需要转向摇臂和转向直拉杆，还使转向传动机构得以简化；齿轮齿条无间隙啮合且无须调整，也便于独立悬架的布置。所以在各类型汽车上的应用越来越多。
3.循环球式转向器
循环球式转向器是目前国内外应用最广泛的结构形式之一。与其他形式的转向器相比，循环球式转向器在结构上的主要特点是有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。
循环球—齿条齿扇式转向器如图2-1-8所示。它的第一级传动副是转向螺杆—转向螺母；转向螺母的下平面加工成齿条，与齿扇轴上的齿扇相啮合，构成齿条—齿扇第二级传动副。显然，转向螺母既是第一级传动副的从动件，也是第二级传动副的主动件。通过转向盘转动转向螺杆时，转向螺母不能随之转动，而只能沿螺杆移动，并驱使齿扇轴（即摇臂轴）转动。
转向螺杆支承在两个推力球轴承上，轴承的预紧度可用调整垫片调整。转向螺母的内径大于转向螺杆的外径，故能松套在螺杆上。为了减少它们之间的摩擦，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。转向螺杆和螺母都加工成断面轮廓近似半圆的螺旋槽，二者的螺旋槽能配合形成近似圆形断面的螺旋管状通道。转向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转向螺母侧面的一对通孔中，导管内也装满了钢球。这样，两根导管和转向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”。
当转动转向螺杆时，通过钢球将力传给转向螺母，使转向螺母沿转向螺杆轴向移动。同时，在转向螺杆及转向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”。钢球在管状通道内绕行两周后，流出转向螺母而进入导管的一端，再由导管另一端流回螺旋管状通道。故在转向器工作时，两列钢球只是在各自的封闭流道内循环，而不致脱出。随着转向螺母沿转向螺杆轴向移动，其齿条便带动齿扇绕着转向摇臂轴作圆弧运动，从而使转向摇臂轴连同摇臂产生摆动，通过转向传动机构使转向轮偏转，实现汽车转向。
转向螺母下平面上加工出的齿条是倾斜的，与之相啮合的是变齿厚齿扇。只要使齿扇轴相对于齿条轴向移动，便可调整二者的啮合间隙。调整螺钉旋装在侧盖上。齿扇轴靠近齿扇的端部切有T形槽，调整螺钉的圆柱形端头嵌入此切槽中，端头与T形槽的间隙用调整垫圈来调整。旋入调整螺钉，则齿条与齿扇的啮合间隙减小；旋出调整螺钉则啮合间隙增大。调整好后用锁紧螺母锁紧。转向器的第一级传动副（转向螺杆—转向螺母）因结构所限，不能进行啮合间隙的调整，零件磨损严重时，只能更换。
图2-1-8 循环球一齿条齿扇式转向器
1—螺母；2—弹簧垫圈；3—转向螺母；4—转向器壳体密封垫圈；5—转向器壳体底盖；6—转向器壳体；7—导管夹；8—加油（通气）螺塞；9—钢球导管；10—球轴承；11、23—油封；12—转向螺杆；13—钢球；14—调整垫片；15—螺栓；16—调整垫圈；17—侧盖；18—调整螺钉；19—锁紧螺母；20、22—滚针轴承；21—齿扇轴（摇臂轴）
上述循环球—齿条齿扇式转向器的传动比是固定不变的，即转向盘在任何位置转动时它的传动比都是相同的。这种转向器的结构特点是它的齿条的齿顶面是一个平面，它的齿扇上的每个齿的节圆是相等的。有的汽车上使用的循环球—齿条齿扇式转向器的传动比是可变的，它的齿条的节圆（齿顶）面是一个鼓形弧面，如图2-1-9所示。
图2-1-9 变传动比循环球一齿条齿扇式转向器
（a）中间位置；（b）极限位置
从图2-1-9中可以看出，齿扇上的每一个齿的节圆半径是不等的，中央齿节圆半径小、两端齿节圆半径大。当转向盘或转向摇臂处于中间位置时（相当于汽车直行状态），转向器的传动比小，转向盘稍有转动，转向车轮就有明显反应，因此转向非常灵敏，这一点对经常在良好路面上高速行驶的汽车非常重要。当汽车要急转弯时（例如汽车要入库停车），随着车速的降低和转向盘转角的加大，转向器的传动比也加大，这样可以减轻转动方向盘的操纵力，使转向轻便。显然这种转向器很适合经常在城市和高速公路上行驶的轿车和小客车使用。
循环球式转向器的正传动效率很高（最高可达90%～95%），故操纵轻便，转向结束后自动回正能力强，使用寿命长。但其逆传动效率也很高，容易将路面的冲击力传给转向盘，产生“打手”现象。不过，随着道路条件的不断改善，对于较轻型的、前轴载重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，循环球式转向器广泛应用于各类汽车。
六、转向操纵机构
1.转向操纵机构的功用与组成
转向操纵机构的功用是产生转动转向器所必需的操纵力，并具有一定的调节和安全性能。
转向操纵机构要将驾驶员操纵转向盘的力传给转向器，同时为了驾驶员的舒适驾驶，还要可以进行调节，以满足不同驾驶员的需求；为了防止车辆撞击后对驾驶员的损伤，还要求其具有一定的安全保护装置。
汽车转向操纵机构一般由转向盘、转向柱管、上转向轴、转向传动轴等组成，如图2-1-10所示。
图2-1-10 转向操纵机构
1—转向盘；2—转向柱管；3—上转向轴；4—十字轴；5—转向传动轴；6—转向万向节滑动叉
2.安全式转向柱
为了保证驾驶员的安全，同时也为了更加舒适、可靠地操纵转向系统，现代汽车（特别是乘用车）通常在转向操纵机构上增设相应的安全及调节装置。这些装置主要反映在转向轴和转向柱管的结构上。为了叙述方便，将转向轴和转向柱管统称为转向柱。
根据安全式转向柱结构，转向操纵机构可分为可分离式安全转向操纵机构和缓冲吸能式转向操纵机构。
（1）可分离式安全转向操纵机构。
有很多轿车的转向操纵机构采用了可分离式安全转向操纵机构，图2-1-11所示是上海桑塔纳轿车可分离式安全转向操纵机构。
图2-1-11 上海桑塔纳轿车可分离式安全转向操纵机构
1—下转向轴；2—上转向轴；3—转向柱管；4—可折叠安全元件；5—转向盘；6—凸缘；7—驱动销；8—半月形凸缘盘
图2-1-11（a）所示为转向操纵机构的正常工作位置。此类转向操纵机构的转向轴分为上下两段，用安全联轴节连接，上转向轴下部弯曲并在端面上焊接有半月形凸缘盘，盘上装有两个驱动销，与下转向轴上端凸缘压装尼龙衬套和橡胶圈的孔相配合，形成安全联轴节。一旦发生撞车事故，驾驶员因惯性而以胸部扑向转向盘时，迫使转向柱管压缩位于转向柱上方的可折叠安全元件而向下移动，使两个驱动销迅速从下转向轴凸缘的孔中退出，从而形成缓冲以减少对驾驶员的伤害。图2-1-11（b）所示为转向盘受撞击时，安全元件被折叠、压缩，同时与安全联轴节脱开使转向柱产生轴向移动的情形。
一汽红旗、奥迪乘用车的转向操纵机构与此类似，如图2-1-12所示，只是无可折叠的安全元件。
图2-1-12 一汽红旗、奥迪乘用车的转向操纵机构
1—驱动销；2—转向器；3—下转向轴；4—上转向轴；5—转向盘
（2）缓冲吸能式转向操纵机构。
缓冲吸能式转向操纵机构从结构上能使转向轴和转向柱管在受到冲击后，轴向收缩并吸收冲击能量，从而有效地缓和转向盘对驾驶员的冲击，减轻其所受伤害的程度。汽车撞车时，首先车身被撞坏（第一次碰撞），转向操纵机构被后推，从而挤压驾驶员，使其受到伤害；接着，随着汽车速度的降低，驾驶员在惯性力的作用下前冲，再次与转向操纵机构接触（第二次碰撞）而受到伤害。缓冲吸能式转向操纵机构对这两次冲击都具有吸收能量、减轻驾驶员受伤害程度的作用。
1）网格状柱管变形式。这种转向操纵机构的转向轴分为上下两段，如图2-1-13（a）所示。上转向轴套装在下转向轴的内孔中，两者通过塑料销结合在一起（也有采用细花键结合的），并传递转向力矩。塑料销的传力能力受到严格限制，它既能可靠地传递转向力矩，又能在受到冲击时被剪断，起到安全销的作用。
图2-1-13 网状管柱变形式
1—塑料销；2—上转向轴；3—下转向轴；4—凸缘盘；5—下托架；6—转向柱管；7—塑料安全销；8—上托架
这种转向操纵机构的转向柱管的部分管壁制成了网格状，使其在受到压缩时很容易轴向变形，并消耗一定的变形能量，如图2-1-13（b）所示。另外，车身上固定柱管的上托架也是通过两个塑料安全销与柱管连接的。当这两个安全销被剪断后，整个柱管就能前后自由移动。当发生第一次碰撞时，其一，塑料销被剪断，上转向轴将沿下转向轴的内孔滑动伸缩；其二，转向柱管上的网格部分被压缩而变形。这两个过程都会消耗一部分冲击能量，从而阻止了转向柱管整体向上移动，避免了转向盘对驾驶员的挤压伤害。第二次碰撞时，固定转向柱管的塑料安全销被剪断，使转向柱管和转向轴的上端能自由移动。同时，当转向柱管受到来自上端的冲击力后，会再次被轴向压缩变形并消耗冲击能量。这样，由转向系统引起的对驾驶员的冲击和伤害被大大降低了。
2）钢球滚压变形式。这是一种用钢球连接的分开式转向柱，如图2-1-14所示。
如图2-1-14（a）所示，转向轴分为上转向轴和套在轴上的下转向轴两部分，二者用塑料销钉连成一体。转向柱管也分为上转向柱管和下转向柱管两部分，上、下转向柱管之间装有钢球，下转向柱管的外径与上转向柱管的内径之间的间隙比钢球直径稍小。上、下转向柱管连同柱管托架通过特制橡胶垫固定在车身上，橡胶垫则利用塑料销钉与托架连接。
图2-1-14 钢球滚压变形式
1—转向器总成；2—挠性联轴节；3、13—转向柱管；4、14—上转向柱管；5—车身；6、10—橡胶垫；7、11—转向柱管托架；8—转向盘；9、16—上转向轴；12、17—塑料销钉；15—下转向轴；18—钢球
当发生第一次碰撞时，将连接上、下转向轴的塑料销钉切断，下转向轴便套在上转向轴内向上滑动，如图2-1-14（b）所示。在这一过程中，上转向轴和上转向柱管的空间位置没有因冲击而上移，故可使驾驶员免受伤害。第二次碰撞时，则连接橡胶垫与柱管托架的塑料销钉被切断，托架脱离橡胶垫，即上转向轴和上转向柱管连同转向盘、托架一起，相对于下转向轴和下转向柱管向下滑动，从而减缓了对驾驶员胸部的冲击。在上述两次冲击过程中，上、下转向柱管之间均产生相对滑动。因为钢球的直径稍大于上、下柱管之间隙，所以滑动中带有对钢球的挤压，冲击能量就在这种边滑动边挤压的过程中被吸收。日本丰田汽车的一些车型采用这种装置。
3）波纹管变形吸能式。如图2-1-15（a）所示，波纹管变形吸能式转向操纵机构的转向轴和转向柱管都分成两段，上转向管柱和下转向管柱之间通过细齿花键结合并传递转向力矩，同时它们两者之间可以进行轴向伸缩滑动。在下转向轴的外边装有波纹管，它在受到冲击时能轴向收缩变形并消耗冲击能量。下转向管柱的上端套在上转向柱管里面，但两者不直接连接，而是通过柱管压圈和限位块分别对它们进行定位。
图2-1-15 波纹管变形吸能式
1—下转向轴；2—限位块；3—上转向轴；4—上转向柱管；5—细齿花键；6—波纹管；7—下转向柱管
当汽车撞车时，下转向柱管向上移动，在第一次碰撞力的作用下限位块首先被剪断并消耗能量，在此同时转向柱管和转向轴都作轴向收缩。在受到第二次碰撞时，上转向轴下移，压缩波纹管使之收缩变形并消耗冲击能量，如图2-1-15（b）所示。
3.可调节式转向柱
驾驶员不同的驾驶姿势和身材对转向盘的最佳操纵位置有不同的要求，而且，转向盘的这一位置往往会与驾驶员进、出汽车的方便性发生矛盾。为此，一些汽车装设了可调节式转向柱，使驾驶员可以在一定的范围内调节转向盘位置。
转向柱调节的形式分为倾斜角度调节和轴向位置调节两种。图2-1-16所示为倾斜角度调整机构。转向柱管的上段和下段分别通过倾斜调节支架和下托架与车身相连，而且转向柱管由倾斜调节支架夹持并固定。倾斜调节用锁紧螺栓穿过调节支架上的长孔和转向柱管，螺栓的左端为左旋螺纹，调整手柄即拧在该螺纹上。当向下扳动手柄时，锁紧螺栓的螺纹放松，转向柱管即可以下托架上的枢轴为中心在装有螺栓的支架长孔范围内上下移动。确定了转向柱管的合适位置后，向上扳动调整手柄，从而将转向柱管定位。
图2-1-16 倾斜角度调整机构
1—枢轴；2—转向柱管；3—长孔；4—调整手柄；5—锁紧螺栓；6—下托架；7—倾斜调节支架
图2-1-17（a）所示的是一种轴向位置调节机构。转向轴分为上下两段，二者通过花键连接。上转向轴由调节螺栓通过楔状限位块夹紧定位。调节螺栓的一端拧有调节手柄。当需要调整转向轴的轴向位置时，先向下推调节手柄，使限位块松开，再轴向移动转向盘，调到合适的位置后，向上拉调节手柄，将上转向轴锁紧定位，如图2-1-17（b）所示。
图2-1-17 轴向位置调节机构
1—下转向轴；2—上转向轴；3—调节手柄；4—调节螺栓；5—楔状限位块
七、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给转向轮，使两侧转向轮偏转角按一定关系变化，以实现汽车顺利转向。
转向传动机构的组成因转向器的结构形式、安装位置和悬架类型而异。转向传动机构按照悬架的分类可分为与非独立悬架配用的转向传动机构、与独立悬架配用的转向传动机构两大类。
1.与非独立悬架配用的转向传动机构
与非独立悬架配用的转向传动机构如图2-1-18所示，它一般由转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂、两个转向梯形臂和转向横拉杆等组成。各杆件之间都采用球形铰链连接，并设有防止松动、缓冲吸振、自动消除磨损后的间隙等的结构。
当前桥仅为转向桥时，由左、右梯形臂和转向横拉杆组成的转向梯形一般布置在前桥之后，如图2-1-18（a）所示，称为后置式；这种布置简单方便，且后置的转向横拉杆有前面的车桥做保护，可避免直接与路面障碍物相碰撞而损坏。当发动机位置较低或前桥为转向驱动桥时，往往将转向梯形臂布置在前桥之前，如图2-1-18（b）所示，称为前置式。若转向摇臂不是在汽车纵向平面内前后摆动，而是在与路面平行的平面内左右摆动（如北京BJ2020N型汽车），则可将转向直拉杆横向布置，并借球头销直接带动转向横拉杆，从而推动左右梯形臂转动，如图2-1-18（c）所示。
图2-1-18 与非独立悬架配用的转向传动机构
1—转向器；2—转向摇臂；3—转向直拉杆；4—转向节臂；5—转向梯形臂；6—转向横拉杆
（1）转向摇臂。转向摇臂的作用是把转向器输出的力和运动传给转向直拉杆和转向横拉杆，进而推动转向轮偏转。转向摇臂的典型结构如图2-1-19所示，它多采用中碳钢经锻造和机械加工制成。其大端具有锥形的三角形细花键孔，用以与转向摇臂轴外端连接，并用螺母固定。其小端用锥形孔与球头销柄部连接，也用螺母固定，球头再与转向直拉杆作空间铰链连接。转向摇臂安装后从中间位置到两边的摆角范围应大致相同，故在向转向摇臂轴上安装时，二者的安装记号应对正。为此，常在摇臂大孔外端面上和摇臂轴的外端面上各刻有短线，或是在二者的花键部分上都少铣一个齿作为装配标记，装配时应将标记对齐。
图2-1-19 转向摇臂
1—转向摇臂轴；2—转向摇臂；3—球头销
（2）转向直拉杆。转向直拉杆的作用是将转向摇臂传来的力和运动传给转向梯形臂或转向节臂。它所受的力既有拉力、又有压力，因此转向直拉杆都是采用优质特种钢制造的，以保证工作可靠。图2-1-20为常见汽车的转向直拉杆。在转向轮偏转或因悬架弹性变形而相对于车架跳动时，转向直拉杆、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，三者之间的连接都采用球头销。
图2-1-20 转向直拉杆
1—端部螺塞；2—球头座；3—压缩弹簧；4—弹簧座；5、8—油嘴；6—座塞；7—直拉杆体；9—转向节臂球头销；10—油封垫；11—油封垫护套；12—转向摇臂；13—球头销
直拉杆体由两端扩大的钢管制成，在扩大的端部里，装有由球头销、球头座、弹簧座、压缩弹簧和端部螺塞等组成的球铰链。球头销的锥形部分与转向摇臂连接，并用螺母固定；其球头部分的两侧与两个球头座配合，前球头座靠在端部螺塞上，后球头座在弹簧的作用下压靠在球头上，这样，两个球头座就将球头紧紧夹持住。为保证球头与座的润滑，可从油嘴注入润滑脂。拆装时供球头出入的直拉杆体上的孔口用油封垫的护套盖住，以防止润滑脂流出和污物侵入。
压缩弹簧随时补偿球头及球头座的磨损，保证二者间无间隙，并可缓和经车轮和转向节传来的路面冲击。弹簧预紧力可用端部螺塞调节，调好后用开口销固定住螺塞的位置。当球头销作用在内球头座上的冲击力超过压缩弹簧预紧力时，弹簧便进一步变形而吸收冲击能量。弹簧变形增量受到弹簧座自由端的限制，这样可以防止弹簧过载超载，并保证在弹簧折断的情况下球头销不致从管腔中脱出。直拉杆体后方（图中为右端）可以嵌装转向节臂球头销。这一端的压缩弹簧也装在球头座后方（图中为右方）。这样，两个压缩弹簧可分别在沿轴线的不同方向上起缓冲作用。自球头销传来的向后的冲击力由前压缩弹簧承受，当球头销受到向前的冲击力时，冲击力即依次经前球头座、前端部螺塞、直拉杆体和后端部螺塞传给后压缩弹簧。
（3）转向横拉杆。转向横拉杆是联系左、右梯形臂并使其协调工作的连接杆。它在汽车行驶过程中反复承受拉力和压力，因此多采用高强度冷拉钢管制造。
图2-1-21（a）所示的转向横拉杆，横拉杆体用钢管制成，其两端切有螺纹，一端为右旋，一端为左旋，与横拉杆接头旋装连接。两端接头结构相同，如图2-1-21（b）所示。接头的螺纹孔壁上开有轴向切口，故具有弹性，旋装到杆体上后可用螺栓夹紧。旋松夹紧螺栓以后，转动横拉杆体，可改变转向横拉杆的总长度，从而调整转向轮前束。
在横拉杆两端的接头上都装有球头销等零件组成的球形铰链。球头销的球头部分被夹在上、下球头座内，球头座用聚甲醛制成，有较好的耐磨性。球头座的形状如图2-1-21（c）所示。装配时，上、下球头座凹凸部分互相嵌合。弹簧通过弹簧座压向球头座，以保证两球头座与球头的紧密接触，在球头和球头座磨损时能自动消除间隙，同时还起缓冲作用。弹簧的预紧力由螺塞调整。球铰上部有防尘罩，以防止尘土侵入。球头销的尾部锥形柱与转向梯形臂连接，并用螺母固定、开口销锁紧。
图2-1-21 转向横拉杆
1—限位销；2—球头座；3—防尘罩；4—防尘垫；5—螺母；6—开口销；7—夹紧螺栓；8—横拉杆体；9、11—横拉杆接头；10—球头销；12—弹簧座；13—弹簧；14—螺塞
（4）转向节臂和梯形臂。转向节臂和梯形臂如图2-1-22所示，转向横拉杆通过转向节臂与转向节相连。转向横拉杆两端经左、右梯形臂与转向节相连。转向节臂和梯形臂带锥形柱的一端与转向节锥形孔相配合，用键防止螺母松动。臂的另一端带有锥形孔，与相应的拉杆球头销锥形柱相配合，同样用螺母紧固后插入开口销锁住。
（5）转向减振器。随着汽车车速的提高，现代汽车的转向轮有时会产生摆振，即转向轮绕主销轴线往复摆动，进而引起整车车身的振动。这不仅影响汽车行驶的稳定性，还影响汽车的舒适性，加剧前轮轮胎的磨损。在转向传动机构中设置转向减振器是克服转向轮摆振的有效措施。
转向减振器的一端与车身或前桥铰接，另一端与转向直拉杆或转向器铰接，如图2-1-23所示，其结构和工作原理类似于悬架减振器，这里不再赘述。
2.与独立悬架配用的转向传动机构
当转向轮采用独立悬架时，由于每个转向轮都需要相对于车架（或车身）做独立运动，所以转向桥也必须是断开式的。相应地，转向传动机构中的转向梯形也必须是断开式的。图2-1-24为几种与独立悬架配用的转向传动机构示意图。其中图2-1-24（a）、图2-1-24（b）所示机构与循环球式转向器配用，图2-1-24（c）、图2-1-24（d）所示机构与齿轮齿条式转向器配用。
图2-1-22 转向节臂和梯形臂
1—左转向梯形臂；2—转向节；3—锁紧螺母；4—开口销；5—转向节臂；6—键
图2-1-23 转向减振器
1—连接环衬套；2—连接环橡胶套；3—橡胶储油缸；4—压缩阀总成；5—活塞总成；6—油缸；7—导向座；8—油封；9—挡圈；10—轴头及连接环总成
图2-1-25所示的红旗CA7560型轿车的转向传动机构即采用了图2-1-24（a）所示的结构方案。摇杆前端固定于车架横梁中部，后端借球头销与转向直拉杆和左、右转向横拉杆连接。转向直拉杆外端与转向摇臂球头销相连。左、右转向横拉杆外端也用球头销分别与左、右梯形臂铰接，故能随同侧车轮相对于车架和摇杆在横向平面内上下摆动。转向直拉杆仅在外端有球头座，故有必要在两球头座背面各设一个压缩弹簧，分别吸收由左、右横拉杆传来的两个方向上的路面冲击，并自动消除球头与座之间的间隙。
采用齿轮齿条式转向器时，相应的转向传动机构形式如图2-1-24（c）、图2-1-24（d）所示。若齿轮齿条式转向器为两端输出式（如捷达和卡罗拉轿车），转向器齿条本身就是转向传动机构的一部分，转向横拉杆的内端通过球头销与转向齿条铰接，外端通过螺纹与连接转向节的球头销总成相连。图2-1-26所示为与两端输出的齿轮齿条式转向器配用的转向横拉杆。当需要调整前束时，松开锁紧螺母，转动横拉杆体，达到合理的前束值时，再将锁紧螺母锁死。
图2-1-24 与独立悬架配用的转向传动机构
1—转向摇臂；2—转向直拉杆；3—左转向横拉杆；4—右转向横拉杆；5—左梯形臂；6—右梯形臂；7—摇杆；8—悬架左摆臂；9—悬架右摆臂；10—齿轮齿条式转向器
图2-1-25 红旗CA7560型轿车转向传动机构
1—转向摇臂球头销；2—转向直拉杆；3—左转向横拉杆；4—右转向横拉杆；5—左梯形臂；6—右梯形臂；7—摇杆
图2-1-26 与两端输出的齿轮齿条式转向器配用的转向横拉杆
1—堵盖；2—球头销；3—球头销座；4—横拉杆体；5—锁紧螺母；6—横拉杆接头总成；7—防尘套
图2-1-27所示是与中间输出的齿轮齿条式转向器配用的转向传动机构。桑塔纳轿车、红旗CA7220型轿车采用的就是这种转向传动机构。横拉杆的内端通过内、外托架和螺栓与转向器齿条的一端相连，外端通过球头销与转向节铰接。由于横拉杆体不能绕自身轴线转动，为调整前束，在横拉杆体与球头销之间装有双头调节螺栓，螺栓两端的螺纹旋向相反，并各旋装一个锁紧螺母。当需要调整前束时，先拧松两端的锁紧螺母，然后转动调节螺栓，达到合理的前束值时，再将锁紧螺母锁死。
图2-1-27 与中间输出的齿轮齿条式转向器配用的转向传动机构
1—转向器壳体；2—内托架；3—调节螺栓；4—球头销总成；5—锁紧螺母；6—横拉杆体；7—螺栓；8—外托架；9—横拉杆总成
八、转向系统基本检查与维护
1.转向盘自由行程检查
汽车每行驶12000km左右，应检查转向盘的自由行程，检查方法是：
①起动发动机（机械转向系统无须起动发动机）。
②转动转向盘，使前轮处于直线行驶位置。
③轻轻转动转向盘，在转向轮就要开始转动时（或感觉到阻力时），使用直尺测量转向盘外缘的转动量，一般为15～20mm，如图2-1-28所示。
图2-1-28 方向盘自由行程的测量
④如果不符合要求，应该检查转向器间隙、调整转向球头销等。
2.转向盘转动阻力检查
转向盘转动阻力的检查可以用经验法。用右手拇指和食指捏住方向盘外边缘，轻轻地向顺时针和逆时针两个方向转动，如果转动不吃力，说明阻力正常。
也可以用弹簧秤勾住方向盘辐和外边缘交合点处进行测量，如图2-1-29所示。
机动车在平坦、硬实、干燥和清洁的水泥或沥青道路上行驶以10km/h的速度在5s之内沿螺旋线从直线行驶过渡到外圆直径为25m车辆通道圆行驶，施加于方向盘外缘的最大切向力应小于等于245N。
图2-1-29 用弹簧秤测量方向盘转动阻力
3.转向传动机构的检查
（1）目视检查。目视检查转向传动机构是否弯曲、损坏，防尘罩是否有裂纹或破损。
（2）松动、摆动检查。用手摇晃转向传动机构，检查是否松动或摆动。
（3）转向横拉杆的检查。检查横拉杆是否弯曲，必要时校正。检查调整螺栓有无乱纹现象。
转向横拉杆球头销的检查如图2-1-30所示，检查转向横拉杆内、外球接头（球头销）的转动力矩和摆动力，用弹簧秤检查内、外球头销的摆动力分别应为5.9～51N和6.9～64.7N。用扭力扳手检查转向横拉杆外球头销的轴向间隙应力，转动力矩应在0.3～4.0N·m。若达不到要求，则应更换球头销。
图2-1-30 转向横拉杆球头销的检查
1—外球头销；2—内球头销；3—弹簧秤；4—扭力扳手
4.转向器润滑油、润滑脂渗漏的检查
目视检查转向器、转向传动机构球笼，是否漏油，润滑脂是否有渗漏。
九、转向器的拆检与调整
（一）齿轮齿条式转向器的拆检与调整
齿轮齿条式转向器结构简单、可靠性好，转向结构几乎完全封闭，因此维修工作量少，也便于独立悬架的布置；转向齿条和转向齿轮直接啮合，无须中间传动，所以，操纵灵敏性好。同时，转向齿条的节距由齿条端头起至齿条中心由大变小，转向齿轮与转向齿条的啮合深度逐渐变大，在方向盘转动量相同的条件下，齿条的移动距离在靠近齿条端头要比靠近齿条中心部位稍短些，从而使转向力变化微小，使转向器转矩传递性能好，转向非常轻便，转向器的这种传动比称为“可变传动比”，如图2-1-31所示。目前，轿车已经广泛采用可变传动比的齿轮齿条式转向器，如图2-1-32所示。
图2-1-31 转向角与转向力的关系
“虚线”——固定传动比；“实线”——可变传动比。
图2-1-32 齿轮齿条式转向器
1—转向齿条；2—齿条导块；3—转向器壳体；4—衬套；5—齿条端头；6、10—横拉杆；7—齿条防尘罩；8—箍带；9—转向齿轮
1.转向器的拆卸
拆卸分解时，应先在转向齿条端头与横拉杆连接处打上安装标记；然后，拆卸转向齿条端头，但不能碰伤转向齿条的外表面；拆下转向齿条导块组件后，拉住转向齿条，使齿对准转向齿轮，再拆卸转向齿轮；最后抽出转向齿条。
注意：抽出转向齿条时，不能让转向齿条转动，防止碰伤齿面。
2.主要零件的检修
①零件出现裂纹应更换。
②横拉杆、齿条在总成修理时应进行隐伤检验。
③转向齿条的直线度误差不得大于0.30mm。
④齿面上无疲劳剥落及严重的磨损，其转向角与转向力的关系应符合图2-1-31所示，若出现左右大转角转向沉重又无法调整时应更换。
⑤更换转向齿轮轴承。
3.转向器的装配与调整
齿轮齿条式机械转向器的装配如图2-1-33所示。
（1）安装转向齿轮。
①将上轴承和下轴承压在转向齿轮轴颈上，轴承内座圈与齿端之间应装好隔圈。
②把油封压入调整螺塞。
③将转向齿轮与轴承一块压入齿条壳体。
④装上调整螺塞及油封，并调整转向齿轮轴承紧度。手感应无轴向窜动，转动自如，转向齿轮的转动力矩符合原厂规定，一般约为1.5N·m。
⑤按原厂规定扭矩紧固锁紧螺母，并装好防尘罩。
（2）装入转向齿条。
（3）安装齿条衬套，转向齿条与衬套的配合间隙不得大于0.15mm。
图2-1-33 齿轮齿条式机械转向器的装配
1—防尘罩；2—锁紧螺母；3—油封；4—调整螺塞；5—上轴承；6—转向齿轮；7—下轴承；8—夹子；9—齿条防尘罩；10—箍带；11—齿条壳体；12—横拉杆；13—转向齿条；14—垫圈；15—齿条端头；16—固定环；17—防尘罩；18—夹子；19—减振器支架；20—防尘套护圈；21—防尘罩；22—箍带；23—齿条衬套；24—转向减振器；25—螺母；26—调整螺塞；27—导块压紧弹簧；28—隔环；29—齿条导块
（4）装入转向齿条导块、隔环、导块压紧弹簧、调整螺塞及锁紧螺母。
（5）调整转向齿条与转向齿轮的啮合间隙，也称为转向齿条的预紧力调整。其调整机构如图2-1-34所示。因结构的差异，调整方法也有所不同。但常见的有两类：一是通过改变转向齿条导块与盖之间的垫片厚度来调整转向齿条与转向齿轮轮齿的啮合深度，完成预紧力的调整；二是用盖上的调整螺塞改变转向齿条导块与弹簧座之间的间隙值，完成啮合深度，即预紧力的调整。
图2-1-34 预紧力调整机构
1—转向器壳体；2—导块；3—盖；4—导块压紧弹簧；5—固定螺母x—盖与壳体之间的间隙，调整预紧力时不装弹簧和调整垫片
图2-1-34所示的结构形式，其预紧力的调整步骤是：先不装导块压紧弹簧以及壳体与盖之间的垫片，进行x值的调整，使转向齿轮轴上的转动力矩为1～2N·m；然后用厚薄规测量x值；第三步在x值上加0.05～0.13mm，此值就是应加垫片的总厚度。
结构有弹簧座时，先旋转盖上的调整螺塞，使弹簧座与导块接触，再将调整螺塞旋出30°～60°，检查转向齿轮轴的转动力矩。如此重复操作，直至转向齿轮的转动力矩符合原厂规定，最后紧固锁紧螺母。
（6）安装垫圈和齿条端头时，应特别注意齿条端头和齿条必须连接紧固、锁止可靠。
（7）安装横拉杆和横拉端头，并按原厂规定检查调整左、右横拉杆的长度，以保证转向轮前束正确；另外，横拉杆端头球销的夹角应符合原厂规定；调整合格后，必须按原厂规定的扭矩紧固并锁止横拉杆夹子。
（二）循环球式转向器的检修与调整
1.循环球式转向器主要零件的检修
（1）转向器壳体的检修。
①壳体、侧盖产生裂纹应更换，二者结合平面的平面度公差为0.10mm。
②修整壳体变形。壳体变形的特点是摇臂轴轴承孔的公共轴线对于转向螺杆两轴承孔公共轴线的垂直度误差逾限（公差为0.04～0.06mm），两轴线的轴心距变大（公差为0.10mm）。壳体变形不但会引起转向沉重的故障，同时减少了转向器传动副传动间隙可调整的次数，缩短了转向器的使用寿命。修整变形时，先修整结合平面，然后更换摇臂轴衬套，图2-1-35所示为在镗模上镗削摇臂轴衬套，利用镗模校正两衬套的同轴度（公差为0.01mm）和两轴线的垂直度与轴心距。
图2-1-35 摇臂轴衬套镗削
1—转向器壳体；2—定位模具；3—镗轴；4—动力头；5—联轴器；6—镗轴支承；7—摇臂轴衬套
摇臂轴衬套镗削后与摇臂的配合间隙较原厂规定值的增大量不得大于0.005mm，与使用的滚针轴承的配合间隙不得大于0.10mm。汽车二级维护时应检查摇臂轴与衬套的配合间隙，使用限度：轿车为0.15mm，载货汽车为0.20mm。如配合间隙逾限，应更换衬套，衬套与承孔的过盈配合为0.110～0.051mm。
（2）转向螺杆与转向螺母的检修。
①转向螺杆与转向螺母的钢球滚道无疲劳磨损、划痕等耗损，钢球与滚道的配合间隙不得大于0.10mm。检验钢球与滚道配合间隙的方法有两种：一种方法是把转向螺母夹持固定后，把转向螺杆旋转到一端止点，然后检验转向螺杆另一端的摆动量，其摆动量不得大于0.10mm，转向螺杆的轴向窜动量也不得大于0.10mm。另一种方法是将转向螺杆和转向螺母配合副清洗干净后，把转向螺杆垂直提起，如转向螺母在重力作用下，能平稳地旋转下落，说明配合副的传动间隙合格。若无其他损耗，传动副组件一般不进行拆检。
②总成修理时，应检查转向螺杆的隐伤，若产生隐伤、滚道疲劳剥落、三角键有台阶形磨损或扭曲，应更换。
③转向螺杆的支承轴颈若产生疲劳磨损，会引起明显的方向盘沉重、转向迟钝，可按原厂的规定进行锥角磨削修整轴颈，然后刷镀修复。实践证明，其使用耐久性可达100000km以上。
（3）摇臂轴的检修。
①总成大修时，必须进行隐伤检验，如有裂纹应更换，不许焊修。
②轴端花键出现台阶形磨损、扭曲变形，应更换。
③支承轴颈磨损逾限，但无其他耗损可进行刷镀修复或喷焊修复。
2.循环球式转向器的装配与调整
（1）安装转向螺杆组件。转向螺杆组件在维修时一般不拆散。若拆散重新组装时，先平稳地逐个装入钢球。在装钢球的过程中，转向螺杆和转向螺母不要相对运动。必要时，只能稍许转动转向螺母或用塑料棒将钢球轻轻冲进滚道内，然后给装满钢球的导管口涂压润滑脂防止钢球脱出，并用导管卡将导管固定在转向螺母上。所装钢球的直径和数量必须符合原厂规定。
（2）装入钢球后，转向螺母的轴向窜动量不得大于0.10mm。
（3）将轴承内圈压在转向螺杆的轴颈上。
（4）组装摇臂轴。
①检查用于转向螺母与齿扇啮合间隙的调整螺钉的轴向间隙，此间隙若大于0.12mm，在调整螺钉与摇臂上的承孔端面间加止推垫片调整。
②摇臂轴承预润滑之后，将摇臂装入壳体内，并按顺序装入止推垫片、调整螺钉、垫圈、弹簧挡圈。
（5）安装转向器下盖、上盖。图2-1-36为循环球式转向器的装配示意。
图2-1-36 循环球式转向器的装配
1—下盖；2—调整垫片；3、5—轴承；4—上盖调整垫片；6—上盖；7—螺杆油封；8—转向螺杆；9—摇臂轴油封；10—转向螺母；11—侧盖；12—调整螺钉；13—孔用弹簧挡圈；14—止推垫片；15—摇臂
①把轴承装入下盖承孔中。
②安装调整垫片和下盖，从壳体孔中放入转向螺杆组件，安装下盖。装下盖之前在结合平面上涂以密封胶。
③把轴承外圈和转向螺杆油封压入上盖，并装入上盖调整垫片和上盖。
④通过增减下盖调整垫片或用下盖上的调整螺塞调整转向螺杆的轴承预紧度。然后检查方向盘的转向力矩，一般为0.6～0.9N·m。
（6）安装转向器侧盖。
①给摇臂轴油封涂密封胶后，将油封唇口向内，均匀地压入壳体上的承孔内。
②将转向螺母移至中间位置（转向器总圈数的1/2），使扇形齿的中间齿与转向螺母的中间齿相啮合，装入摇臂轴组件。
③侧盖密封垫涂以密封胶，安装、紧固。
（7）调整转向器转向间隙。
①使转向器的传动副处于中间位置（直行位置）。
②通过调整螺钉，调整转向器传动副的啮合间隙，在直行位置上应无间隙啮合。
③中间位置上，转向器转动力矩应为1.5～2.0N·m。转向器转动力矩调整合格后，按规定转矩锁紧调整螺钉。
（8）安装摇臂时，应注意摇臂与摇臂轴二者的装配记号对正，应特别注意摇臂固定螺栓应确实做到紧固、锁止可靠。
（9）按原厂规定加注润滑油。
（10）有条件时，应检查转向器反驱动力矩（转向轴处于空载状态时，使摇臂轴转动的力矩）。转向器的反驱动力矩应符合原厂规定。