机械式偏转车轮转向系和液压动力转向系是轮式底盘转向系的两大基本类型。对于前者，由于其结构简单，且不同车辆所采用的机械式偏转车轮转向系的组成、原理和结构型式都大同小异。其重点和难点内容为几种常见转向器的构造与原理。对于后者，由于其形式多样，且不同形式的液压动力转向具体构造上有较大区别，故在此将不同形式的液压动力转向系（如整体式、联阀式、转阀式等）分别介绍分析，学习中应注意比较它们之间的区别和联系。

（一）机械式偏转车轮转向系

1.基本组成

机械式偏转车轮转向系，主要由转向盘、转向器及转向传动机构等组成。具体组成上视转向桥结构不同可能会有差异。如图4-21所示为车辆常用机械式转向系，组成包括转向盘通过转向轴和转向器相连。转向垂臂、转向纵拉杆、转向臂、转向节臂、转向横拉杆组成转向传动机构。其中转向节臂、转向横拉杆及前轴组成转向梯形机构。小型叉车常用机械式转向系，它有独特的构件——扇形板。由转向横拉杆、转向节臂、扇形板与转向桥体共同构成一个梯形，叫做转向梯形。转向轮偏转角的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在车轮的偏转角范围内，使两轮偏转角的关系近似符合理想关系式。

图4-21 小型叉车用机械转向系

从组成部分的功用上看，转向器是一个减速增矩机构，用来解决转向阻力矩大而驾驶人体力小的矛盾。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。

2.转向原理

当驾驶人转动转向盘进，通过转向轴带动转向器蜗杆转动，而和蜗杆啮合的齿扇则带动转向垂臂摆动，再经过转向纵拉杆和转向臂，使左转向节及左转向轮绕主销偏转，与此同时，左转向节臂通过转向横拉杆和右转向节臂，使右转向节及右转向轮绕主销向同一方向偏转，实现机械转向。

3.转向盘及转向轴

（1）转向盘

转向盘的中央有一轴套，用于连接转向轴，转向盘与转向轴的连接，一般采用单键连接或花键连接。工程机械的转向盘一般都是选用现有汽车采用的转向盘，转向盘的尺寸有标准规定。常用的转向盘外缘直径为ϕ425mm、ϕ480mm、ϕ500mm。转向盘的尺寸大小，直接影响到操纵的轻便性。故不同机械，根据需要采用了不同规格的转向盘。

为了使转向操纵灵敏，最好是转向盘一开始转动，转向轮便立即随之偏转。但是在实际上往往不可能做到这一点。一方面是由于转向器和转向传动机构中各传力零件之间存在着装配间隙，并且随着零件磨损该间隙逐渐增大；另一方面，转向系各零件受力而产生弹性变形，也将使转向轮开始运动时间较转向盘为晚。由于上述原因，转向时转向盘必须先空转一个角度，使所有传力零件之间的间隙消除，转向轮才开始偏转。转向盘的这一空转角度，称为转向盘的自由行程。适当的自由行程对于缓和冲击，使操纵柔和及避免驾驶人过度紧张是有利的，但也不能过大，过大将使操纵不灵，转向困难，并增加驾驶人的工作量。一般规定：转向盘从相当于机械直线行驶时的中间位置向任何方向的自由行程最好不超过10°～15°。当因零件磨损使自由行程超过25°～30°时，则必须进行调整。

（2）转向轴

转向轴通常是一根整的无缝钢管，一端和转向盘轴套相连，另一端与转向器的蜗杆或螺杆相连，有的机械为了便于整车布置和操纵方便，在转向轴上安装了万向节。

图4-22 转向器实物图

4.转向器

（1）转向器的功用

转向器实际是一个转向力矩的放大器和力传递方向的变换器。如图4-22所示为一种转向器的实物外观图。其功用是将驾驶人作用于转向盘上力的放大，经转向垂臂轴传递到转向传动机构，使机械转向。转向器放大力矩主要是通过具有一定传动比的传动副来实现。

（2）转向器的分类

通常可据其传动可逆性及传动副结构型式来分类。

1）根据传动可逆性，分为不可逆式、极限可逆式和可逆式三种。

①不可逆式即转向器蜗杆螺旋线的螺旋角小于摩擦角。作用力只能由转向盘传给转向垂臂，而转向垂臂不能将路面的冲击传给转向盘。即逆传动效率等于零，所以叫做不可逆式。不可逆式转向器，要承受路面的冲击载荷，零件易于损坏，而且不能保证车轮自动回正，驾驶人也无路感，因此很少采用。

②极限可逆式即螺旋角略大于摩擦角。作勇力可容易地由转向盘传到转向垂臂，而转向垂臂所受到的路面冲击，只有在很大时，才能传到转向盘。即正传动的效率远远大于逆传动效率，所以叫做极限可逆式。极限可逆式转向器，较小的路面冲击力，由转向器承受，较大的冲击力，又可以部分地传给转向盘，这既不会造成转向机件的突然过载，又可使转向轮具有自动回正的能力，给驾驶人以路感，因而被广泛采用。

③可逆式即螺旋角大于摩擦角。作用力能由转向盘容易地传到转向垂臂，而路面的冲击力也能由转向垂臂较容易地传给转向盘。即逆传动的效率也很高，所以叫做可逆式。可逆式转向器，不但有极限可逆式的特点，而且由于逆传动效率高，转向轮可以自动回正，驾驶人具有良好的路感，故提高了行驶的安全性。但其缺点是路面的冲击力大部分都传到转向盘上，容易发生打手现象，也易引起驾驶人的疲劳。可逆式转向器近年来也得到了较广泛的应用。

2）根据传动副的结构型式分为球面蜗杆滚轮式、蜗杆曲柄销式、循环球式。目前工程机械上常用的转向器有球面蜗杆滚轮极限可逆式转向器、蜗杆曲柄销销极限可逆式转向器、循环球可逆式转向器。

（3）球面蜗杆滚轮极限可逆式转向器的原理与结构

1）组成：主要由球面蜗杆、滚轮、滚轮架、转向器壳体等组成（图4-23）。

图4-23 球面蜗杆滚轮式转向器的组成及构造

2）优点：啮合接触应力小、寿命长、工作可靠、调整方便等。通过合理地选择蜗杆、蜗轮的螺旋角β（一般常选β略大于摩擦角ρ），可获得较好的可逆性和较高的传动效率（一般可达70%～80%），故在工程机械及汽车上仍有较多的应用。

3）结构：图4-24为球面蜗杆滚轮极限可逆式转向器结构剖视图。球面蜗杆与空心的转向轴焊在一起，蜗杆的两端通过锥形滚柱轴承支承在壳体的座孔中，壳体底部通过螺钉固定有端盖，在端盖与壳体之间装有调整垫片，且通过增减垫片可调整轴承间隙。垂臂轴通过滚针轴承支承在转向器壳体和侧盖上。垂臂轴的一端伸出壳体外和转向垂臂相连接，侧盖上装有调整螺钉和固定螺母，其端部伸入垂臂轴端部内孔中，并用挡圈和卡簧限位。旋入或旋出调整螺钉，可调整滚轮与蜗杆的啮合间隙。转向轴与衬套间的润滑是通过拧在套管上的黄油嘴注油润滑。解放系列载重汽车如CA141等型也是采用蜗杆滚轮式转向器，该型汽车转向器是水平安装的，且采用前翻式驾驶室，故转向操纵机构传动部分采用了万向节传动轴。

4）原理：当转向盘带动球面蜗杆转动时，滚轮就绕滚轮轴自转，并同时沿着蜗杆的螺旋滚动，从而带动滚轮架及转向垂臂轴使转向垂臂摆动，通过转向传动机构使转向轮偏转。

（4）蜗杆曲柄销极限可逆式转向器的原理与结构

蜗杆曲柄销转向器的主动件为转向蜗杆，与蜗杆相啮合传递转向动力的从动件是装在摇臂轴曲柄端部的曲柄销（又称指销），故而得名蜗杆曲柄销式转向器。

图4-24 球面蜗杆滚轮极限可逆式转向器结构剖视图

1）分类及特点：这种转向器分单销式和双销式两种，而销子又可分为固定销和旋转销。单销式与双销式在的区别在于双销式结构能保证曲柄销转到两端位置时，总有一个销能与蜗杆啮合，较之单销式有更大的转角，并避免因曲柄销在转到极限位置脱出蜗杆而使转向失灵。另外，双销式在中间啮合位置及其附近时，两曲柄销均与蜗杆啮合，故双销工作时所承受载荷比单销式要小，使用寿命长。旋转销与固定销的区别在于：旋转销工作时，使曲柄销与蜗杆间的摩擦状况由固定销的滑动摩擦变成了滚动摩擦，故降低了摩擦损失，提高了传动效率。工程机械和载货汽车多用旋转双销式转向器，如PY160平路机及EQ1090汽车等。

2）结构与原理：这种转向器主要由蜗杆、曲柄、曲柄销、转向器壳体等组成（图4-25）。1992年生产的PY160平路机即采用这种蜗杆-双旋转销式转向器。东风EQ140、EQ1090汽车转向器，其结构原理与PY160平路机转向器基本相同。1992年以后生产的PY160B型平路机前轮转向改为转阀式全液压转向器。

转向时，转向盘带着蜗杆转动，使曲柄销在自转的同时，绕着与曲柄制成一体的转垂臂轴的轴线作圆弧运动，从而使转向垂臂轴传动，再通过转向传动机构使机械转向。

（5）循环球可逆式转向器

循环球式转向器是在螺杆螺母式转向器的基础上发展而来的。其重要改进之处是在螺杆螺母之间加装循环钢球，使螺杆螺母之间旋转时的滑动摩擦变为滚动摩擦，减小了摩擦阻力及零件磨损，提高了传动效率及使用寿命。虽然其发展历史不长，却得到了广泛应用。如ZL50装载机、BJ2020及CA1090汽车等均采用此种转向器。

1）基本组成：该转向器主要由螺杆、螺母、钢球、齿扇、转向器壳体等组成，如图4-26所示。

图4-25 蜗杆旋转双曲柄销式转向器的构造

图4-26 循环球转向器的结构

2）结构特点及原理。循环球式转向器的传动副有两对，一对是螺杆、螺母；另一对是齿条、齿扇。由图4-26可见，螺杆及螺母的螺纹槽断面是由半径大于钢球的两段圆弧组成的，这称为多圆弧滚道槽，当螺杆-钢球-螺母运动时，钢球就从一头滚到另一头，倘若螺母上没有必要的环流导管，钢球将从一头滚出来直至全部滚完，那时螺杆、螺母相分离。装上环流导管后，滚出螺母的钢球沿环流导管送回到流入端，如此循环。钢球在槽内的流动往往采用多环路方案，每个环路中的钢球数一般不宜超过60个，如BJ212转向器两列共64颗钢球。为提高传动副的疲劳强度和使用寿命，滚道表面需精磨很高精度，硬度在64HRC左右。将经过精密测量的螺杆、螺母及钢球分组，装配时用选配法以保证该传动副的配合要求，从而使其间隙不致过大。该转向器的第二组传动副是齿条——齿扇。即在螺母的一个侧面上做成等厚的齿条，它和与转向器摇臂轴做成一体的变齿厚齿扇相啮合。此处采用变齿厚齿，目的是便于实现齿扇与其齿条啮合间隙的调整。

螺杆通过两端的滚柱轴承支承在壳体上，轴承间隙可通过端盖与壳体间的垫片进行调整。螺母内径略大于螺杆外径，在螺杆和螺母上都加工出断面为近似半圆形的螺旋槽，两槽相配合形成近似圆形断面的螺旋形滚道。螺母侧面制有圆孔，钢球由此孔装入滚道。两根钢球导管装在螺母上，每根导管的两端分别插入螺母侧面的圆孔内，导管内也装满钢球。这样，两根导管和螺母内的螺旋形滚道组成两条各自独立封闭的钢球“流道”。

3）工作情形：当转动转向盘时，转向轴带动螺杆转动，通过钢球将力传给螺母，螺母就产生轴向移动，并通过齿条带动齿扇及与齿扇制成一体的转向垂臂轴转动，经转向传动机构使机械转向。与此同时，由于摩擦力的作用，所有钢球便在螺杆与螺母之间滚动，形成“球流”。钢球在螺母内绕行两周后，流出螺母而进入导管，再由导管流回螺母球道始端。故工作时，两列钢球只是在自封闭流道内循环，而不会脱出。

5.转向传动机构

（1）转向传动机构的功用

1）传递动力。把转向器放大了的力矩传递给转向车轮，迫使车轮偏转达到转向的目的。(www.daowen.com)

2）缓冲吸振。承受转向轮在不平的道路上行驶所造成的振动和冲击，并把这一冲击传给转向器。并能自动消除磨损后造成的间隙。

（2）转向传动机构的组成

机械式转向传动机构一般由转向垂臂、转向纵拉杆、转向节臂及转向横拉杆等组成。由于左右两转向节臂、横拉杆及前桥横梁在装配上构成一个梯形，故称为转向梯形机构。

图4-27 转向垂臂结构

（3）主要组成部件的结构

1）转向垂臂和转向垂臂轴。两者之间一般都采用花键联接，并用螺母紧固（图4-27）。转向垂臂与纵拉杆相连的一端，一般做成锥孔。孔中装入球头销，并用螺母将其固定紧。为了保证转向垂臂从中间位置向两边具有相同的摆动范围，一般在转向垂臂和垂臂轴上刻有安装标记。

2）转向纵拉杆。其两端通过球头销分别和转向垂臂及转向臂相连。因转向时，转向垂臂、纵拉杆、转向臂的相对运动不在一个平面内，故它们之间的连接都采用球铰，以防产生运动干涉。纵拉杆主要由球头销、球头碗、弹簧、弹簧座、螺塞及拉杆体等组成。因纵拉杆在转向传动中，不仅受拉且受压，故多用钢管制造并尽量制成直线形。纵拉杆的两端直径略为扩大，球头销伸入两端扩大部分的管腔内的两个球头碗中，球头碗在螺塞和弹簧的作用下与球头部靠紧。弹簧一端顶在弹簧座上，另一端顶在球头碗上。螺塞通过螺纹拧在拉杆的端部，并用开口销加以固定。为防尘，用橡胶片或油毡盖住球铰孔口。球头、球碗、拉杆上装有黄油嘴。纵拉杆两端的结构和安装方法基本相同，只是弹簧的位置装在靠螺塞一边，在工作中，弹簧保证了当球头销和球头碗磨损后自动消除间隙，并缓和了由道路经转向轮传来的冲击和振动。当前球头销受车轮传来的冲击力向前时，球头销通过球碗、螺塞和纵拉杆体将冲击力传到后弹簧，后弹簧即起缓冲作用，减轻对转向器的冲击载荷。而当前球头销传到纵拉杆的冲击力向后时，则由前弹簧起缓冲作用。转动螺塞可调节弹簧的预紧力。最大预紧力则由弹簧座加以限制，弹簧座可限制弹簧过载并可防止弹簧折断后球头从管孔中脱出。

3）转向节臂。通常和转向节制为一体，有的则采用螺栓装配式，使转向节臂可从转向节上分解下来。转向节臂外端通过锥孔和纵拉杆球头销相连。

4）左右转向臂，又称转向梯形臂。其一端通过螺钉固定在转向节上（有些机械的转向节臂直接和转向节成一体）。另一端制有锥形孔，并通过此孔和横拉杆的球头销相连接。

图4-28 转向横拉杆杆身和球铰接头

5）转向横拉杆。一般由杆身和球铰接头组成，如图4-28所示。转向横拉杆杆身由钢管制成，两端分别制有旋向相反的螺纹。两个接头拧在两端螺纹上，接头的螺孔部分均制有一道轴向切口，并用夹紧螺栓紧固。球头销的锥形部通过螺母和转向节臂连接固定，球头部伸入接头空腔内，并夹装在上下球头碗之间。新解放汽车用球头碗采用耐磨性很好的聚甲醛制成。转向横拉杆头部的一般结构形状如图4-29所示。装配时上、下两个球头碗抱紧球头，对解放系列汽车来讲，球头碗的凸凹齿槽部分互相嵌合，并用弹簧使上、下两球碗与球头实现无间隙铰配，弹簧的预紧力则由调整螺塞来调整，调好后螺塞用限位销限位。为防止尘土进入，接头上部装有防尘罩。调整前束时，可拧松接头上的夹紧螺栓，通过旋转接头来改变拉杆长度以调整车轮的前束值。有些机械为使前束值调整整得比较精确，将横拉杆两端接头的螺距制成不等，一端螺距大，另一端螺距小，调整时可先旋转某一端的接头。如果旋转一圈就超过而退回一圈又达不到要求时，可旋转另一端的接头进行配合调整。

（二）液压动力铰接转向系统

1.系统概述

分置式是指转向器、转向控制阀、液压动力缸三者分开布置的转向形式。分置式在整体结构布置及转向器、液压缸选型等方面具有较大灵活性、独立性和优越性。但三者完全独立分开的形式并不很多，常见的是将液压缸独立出去，而将控制阀安装在转向器上。这种方案又常称做半分置式液压动力转向，如柳州ZL40型、厦门ZL40型、厦门ZL50型装载机等均采用这种形式。柳州ZL40转向系采用主、辅双泵相结合的组合式供油液压系统，油路通过流量转换阀的配合进行工作；厦门ZL40、ZL50转向系则采用单泵供油的液压系统，油路通过恒流阀的配合进行工作。这是两者的主要不同。

图4-29 转向横拉杆头部一般结构

2.基本组成

（1）厦门ZL40、ZL50转向系的基本组成

该转向系由转向盘、转向器及随动阀、转向液压缸、反馈杆、转向泵及恒流阀等组成（图4-30）。

（2）柳州ZL40转向系的基本组成

柳州ZL40装载机转向系主要由转向盘、转向器及随动阀、转向液压缸、反馈杆、转向主泵、转向辅泵及流量转换阀、溢流阀等组成，如图4-31所示。

图4-30 厦门ZL40（50）转向液压系统

3.转向基本原理

不转向时，转向盘不动，随动阀处于中间位置，液压泵泵出的压力油经随动阀直接流回油箱。转向时，转动转向盘使随动阀进入工作位置，液压泵出来的压力油，经随动阀进入转向液压缸的不同工作腔，推活塞杆伸出或缩回，使两转向液压缸相对铰接点产生相反方向的力矩，驱动前后车架相对偏转而使机械转向。

4.各组成部分的构造与原理

厦门ZL40、ZL50型装载机转向液压系统中所用的液压缸、反馈杆、转向器及随动阀的结构与柳州ZL40转向系中所用的基本相同。不同的部分主要是单转向泵和主、辅双泵的不同，及恒流阀和流量转换阀的不同。

（1）液压缸

转向液压缸如图4-32所示，为双作用式，缸径ϕ100mm，活塞行程345mm。缸体的端部与前车架铰接，活塞杆的伸出端与后车架铰接。两个转向液压缸结构相同，主要由缸体、缸盖、活塞、活塞杆、密封圈等组成。

（2）反馈杆

反馈杆的作用是将车架的偏转角传给转向器，使随动阀随动，消除信号误差。它主要由摇臂、十字轴总成、弹簧筒、弹簧、螺杆、螺母、接头等组成（图4-33）。摇臂和扇形齿轮轴连接，接头和前车架铰接。弹簧装在弹簧筒内，并套装在螺杆上，通过螺杆右端的弹簧座、螺母和开口销固定限位。螺杆的左端通过螺纹和接头连接。反馈杆的长度可通过拧转接头调整，正常尺寸如图4-33所示为51cm。

图4-31 柳州ZL-40转向液压系统示意图

图4-32 转向液压缸的结构

（3）转向器及随动阀

1）结构。转向器及随动阀的结构如图4-34所示。转向器为循环球式，主要包括螺杆、螺母、齿条、扇形齿轮及循环钢球等；随动阀主要包括阀体、阀杆、定中弹簧、柱塞、推力轴承等。螺杆通过两个滚针轴承支承在壳体上，上端通过转向轴与转向盘连接，下端套装有随阀杆。螺母通过钢球和螺杆啮合，螺母外缘一侧制成齿条并扇形齿轮啮合，扇形齿轮与垂臂轴制成一体，钢球装在螺杆与螺母组成的螺旋形槽内。

图4-33 反馈杆的结构

随动阀阀体用螺钉固定在转向器壳体上，上中下阀体通过螺杆连接固定在一起，阀体上有和转向液压缸两腔、液压泵、油箱相通的四个通孔。阀体内圆有七道油环槽。从上往下数，槽一、槽四、槽七经暗油道相通后通油箱，槽二、槽六通转向液压缸，槽三、槽五通液压泵。阀杆是中空的，套装在螺杆下端的延长部上。阀杆的上端通过挡板、推力轴随顶在螺杆的凸肩上并靠其限位，下端则由锁紧螺母压紧的挡板，推力轴承固定限位。阀杆在阀体内上下各有2mm的轴向移动量，最大移动量由两端的挡板和推力轴承限位，其中间位置是靠弹簧将柱塞压紧在阀体的定位端面上并与两挡板刚好接触来保证。为防止转向器内的齿轮油和随动阀内的液压油互相窜通，在上阀体上的内圆装有密封圈，将随动阀与转向器的两腔分开。因而转向器的滚针轴承、钢球、螺母、扇形齿轮轴是用齿轮油润滑，而随动阀中的推力轴承、柱塞则通过液压油润滑。

图4-34 转向器及随动阀的构造

2）工作原理。a.直线行驶：转向盘不动，阀杆在定中弹簧和柱塞的作用下处于中间位置，从转向泵来的压力油经过槽三、槽五进入槽四，尔后流回油箱。槽二、槽六被阀杆凸肩封闭，既不和高压油槽三、槽五相通，又不和回油槽一、槽七相通，因此转向液压缸两腔均处于封闭状态，装载机直线行驶，此时的油路途径如图4-35所示。b.转向行驶：转动转向盘时，由于螺母经齿扇及轴、反馈杆与前车架相连，而此时因阀杆在中间位置，转向液压缸油路未接通，故前车架不动，螺母也不动，转动转向盘就迫使螺杆和阀杆一起沿轴向移动。如向右转动转向盘，螺杆和阀杆便一起向下移动，通过上挡板压柱塞克服弹簧的张力，且至挡板碰到阀体上定位端面为止。此时，槽三和槽二相通，槽六和槽七相通，液压泵来的压力油进入槽三、槽二并经油管分别进入右转向液压缸小腔和右转向液压缸大腔，使右转向液压缸两销轴距离缩短，左转向液压缸两销轴距离伸长，以及前后车架相对偏转，进而机械便向右转弯。此时两液压缸另一腔的油液经油管、槽六、槽七流回油箱。车架偏转后，由于反馈杆向后移动，通过摇臂使扇形齿轮带动螺杆、螺母和阀杆上升，直至阀杆重新回到中间位置，将转向液压缸的进油和回油通路切断，这时车架停止相对偏转。只有继续转动转向盘，再次将油路接通，车架才能继续偏转，可见这里的负反馈联系是靠反馈杆、扇形齿轮、螺母等实现的。向左转动转向盘，油路和方向与上述相反，工作原理相同。为保证阀杆在中间位置时转向液压缸封闭得更好，使前后车架不能相对转动并且具有一定的刚性，因此阀杆凸肩两侧都具有一定长度的覆盖量。只有当阀杆移动距离大于覆盖量（又称死区）后，随动阀才能开始起作用。它较之没有覆盖量的随动阀在操纵时灵敏度要差一些，即前后车架的转动，总是比转向盘的转动要滞后一段很短的时间，转向盘停止转动一段时间后，前后车架的相对转动才能停止。

图4-35 随动阀油路示意图

（4）液压泵

在发动机转速变化时，为了保持液压转向系的流量稳定，在其转向系中设有两个液压泵，转向泵为CBG2050齿轮泵，工作压力12MPa（95kgf/cm²）；辅助泵和工作主泵为双联齿轮泵，工作压力150kgf/cm²。转向泵专门向转向系统供油，辅助泵在发动机转速很低时只向转向系统供油，中等转速时同时向转向系统和工作装置两个系统供油，转速很高时只向工作装置液压系统供油。这种布置形式有如下优点：

1）在发动机全部转速范围内，内转向系统的流量相对稳定，转向速度近于恒定。

2）全部液压泵的总输出流量比通常的要小，提高了转向性能又减少了发热。

3）可用较小和更经济的液压泵，总功率比非组合式小，故改善了整机性能。