你是否曾好奇转动方向盘时会发生什么？通常有多种转向机构，比如循环球式和动力转向系统。齿轮齿条式也是你可能听说过的一种转向系统。
齿轮齿条转向系统由小齿轮（圆形齿轮）和齿条（直线齿轮）组成。该系统将旋转运动转换为直线运动。与大型卡车、SUV及其他重型车辆上常见的循环球式转向不同，大多数轿车、小型卡车和SUV都配备了齿轮齿条转向系统。
齿轮齿条的历史
齿轮齿条转向在美国汽车史上相对较新，但并非新概念。首个齿轮齿条变速箱由宝马在1930年代开发，但首次在美国销售的是1951年的MG，而首次用于美国车型生产的是1974年的福特Mustang II和Pinto。AMC从1975年开始在Pacer上使用齿轮齿条，而通用和克莱斯勒则从1980年代初的X-body和K-car开始使用。
美国制造商认为齿轮齿条是合理的，因为它已被欧洲和亚洲汽车制造商使用多年，且其设计比循环球式转向变速箱更简单，因此制造成本更低。齿轮齿条转向比传统变速箱轻得多，意味着燃油效率更高。齿轮齿条设计不需要连杆臂、中间连杆、横拉杆套筒和转向摇臂。除此之外，还有减轻重量的优势。齿轮齿条可以安装在横置变速箱附近，便于集成到前轮驱动系统中。变速箱的比率也可以根据轴距以及操控性和选项集进行调整。齿轮齿条变速箱还为驾驶员提供了更扎实的方向盘手感。
齿轮齿条系统不仅用于汽车和小型卡车的转向，还用于许多其他目的。齿轮齿条系统不仅用于帮助火车爬陡坡，还用于改善制动控制，尤其是在雪和冰的条件下。它们是大多数楼梯升降机的标准功能。齿轮齿条机构经常通过液压或电力驱动。
Arthur Ernest Bishop在1970年代发明了可变齿条。他的可变齿条与标准小齿轮结合使用，以改善车辆的操控性。
齿轮齿条的比率
从一端锁死到另一端，大多数汽车需要将方向盘完全转动3到4圈（从最右到最左）。转向比率表示需要转动方向盘多少才能使车轮转动一定距离。高比率表示需要更多转动方向盘才能使车轮转动一定量，低比率表示转向响应更快。
一些车辆使用可变比率转向。这种齿轮齿条转向系统的中心部分每厘米的齿数（齿距）与两端不同。因此，当方向盘向锁死位置转动时，灵敏度比靠近中心位置时更高，从而改善了汽车的操控性。
齿轮齿条转向系统主要有两种类型：
- 端部取力 – 横拉杆通过内横拉杆连接到转向齿条的端部。
- 中心取力 – 用螺栓将横拉杆固定在转向齿条的中心。
系统工作原理
齿轮齿条转向通过将方向盘的旋转运动通过齿轮系统转换为转动车轮所需的直线运动来工作。齿轮系封装在金属管内。管的两端有开口，用于将齿条连接到横拉杆。小齿轮连接到转向轴上，因此当转动方向盘时，齿轮旋转并移动齿条。横拉杆连接到横拉杆端头，后者固定在转向节上。
齿轮齿条齿轮组有两个目的：
- 将方向盘的旋转运动转换为转动车辆车轮所需的直线运动
- 提供减速，使通过方向盘转动车轮更容易
问题迹象
齿轮齿条基本上是一种齿轮机构，因此会随时间磨损并发生故障。就像您车上几乎所有其他部件一样。以下是一些维护提示认为应注意的迹象：
过度间隙或松动转向
操作方向盘时，它应该感觉“紧”，也就是说，当转动方向盘时，您可以感觉到前轮在转动。如果齿轮齿条出现故障，您可能会注意到方向盘开始松动，或者方向盘有过度间隙。通常感觉转动方向盘时车辆的响应迟缓。车辆控制也会感觉更困难，在高速时可能飘忽不定。
有时您可能还会感觉到死点，即转动方向盘时，前轮不会转动，直到转到特定角度。这是因为齿轮齿条没有完全啮合，意味着转动方向盘时齿条实际上没有移动。
转向时异响
转动方向盘时，车辆也可能发出咔嗒声。磨损的齿轮齿条可能润滑不足，相互碰撞产生摩擦，从而发出声音。
请注意，这些声音可能来自横拉杆或悬挂的其他部件。区别在于，如果声音来自故障的齿轮齿条，几乎每次转动方向盘时都会听到声音。而悬挂组件发出的咔嗒声通常只在过坎或急转弯时出现。
动力转向液泄漏
如果您的车辆配备液压动力转向，齿轮齿条故障可能导致动力转向液开始泄漏。如果车下有红色液体水洼，可能是动力转向泄漏或变速箱液泄漏。请检查泄漏来源以确认是动力转向液还是变速箱液。
请注意，动力转向泄漏可能由故障的动力转向泵、损坏的储液罐或泄漏的软管引起。您的齿轮齿条可能不是首要原因。此外，如果您的车辆配备电动动力转向，则不会出现此问题，因为电动动力转向不需要液体来操作。
更换成本
齿轮齿条的更换成本，取决于汽车的品牌和型号，包括人工费在内，在1,000美元到1,900美元之间。齿轮齿条本身通常花费700美元到1,500美元，人工费最高可达400美元。例如，2015年丰田卡罗拉的齿轮齿条为717美元，加上400美元人工费，维修账单总额为1,117美元。
当然，这些是粗略估计，我们取的是范围上限。您车辆的齿轮齿条更换可能比我们的估计便宜。不用说，豪华或高性能车辆可能成本更高。好消息是，齿轮齿条通常相当耐用。它们通常能持续约10万英里，并且可以轻松超过这个里程。例如，我的三菱帕杰罗Sport已经行驶了12万英里，转向系统没有任何问题。
对于如此昂贵的更换工作，您可能想知道是否真的值得。在给机械师开绿灯之前，明智的做法是检查您车辆在二手车市场上的销售价值。如果您的车辆价值仍然远高于维修费用，那么可以说这笔费用是值得的。
例如，如果更换齿轮齿条需要1,200美元，但您的车仍然能卖到约10,000美元，那么维修工作真的很值得。但是，如果您的车辆销售价值只有约3,000美元，那就不值得了。这几乎是您车辆价值的一半！在这种情况下，可能最好直接卖掉车辆。
另一个选择是将您的车辆报废。您可以将其送到废车场，或交给按金属价值付费的报废公司。或者，您可以拆解车辆并单独出售零件和配件。后一种选择耗时，但可能从车辆中获得更多钱。归根结底，如果您的车辆市场价值与维修费用相差无几，请不要进行维修。
结论
总结来说，齿轮齿条是您车辆转向系统的核心。齿条是直线齿轮，连接到最终与前轮连接的横拉杆。另一方面，小齿轮是圆形齿轮，位于齿条上方，通过转向柱连接到方向盘。
齿轮齿条能持续约10万英里。但它们可能会磨损，开始故障时会出现明显症状。一些症状包括转动方向盘时的咔嗒声、动力转向液泄漏以及有大量间隙的松动方向盘。这显然使转向和车辆控制更加困难。因此，您不应驾驶装有故障齿轮齿条的车辆，因为它可能导致严重事故。