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1、上海工程技术大学毕业设计（论文） 乘用车方向盘动态强度试验装置的设计各专业完整优秀毕业论文设计图纸摘 要近年来，随着我国国民经济的飞速发展，汽车工业逐渐成为我国的支柱产业之一，在我国的经济发展中的作用越来越重要。转向盘是汽车转向系统的主要部件之一，转向盘质量和性能的好坏直接影响到整车的操纵性、稳定性和安全性，是直接关系到车辆性能的关键部件。设计方向盘动态强度试验装置可以模拟汽车转向时不同工况下的载荷，测试方向盘在某些极限工况下的受力变形情况。通过模拟转向工况，对其进行动态强度试验，预知一些极限工况下的结果，是研究方向盘可靠性的有效途径。对现有试验装置的设计改进可以达到提高工作效率，降低试验成本
2、的目的，设计出能进行更逼真模拟的试验装置。方向盘骨架动态强度检验有两种基本试验载荷要求，即扭转力试验和支撑力试验。这两种试验分别检验方向盘在驾驶员在正常或非正常操作条件下的承载耐久强度。在试验中载荷导入基本要求是通过方向盘骨架外圈截面中心按规定方向和大小施加力。在设计试验装置时要保证万向节使力始终通过方向盘上的固定点，保证试验的精确度。在试验中需设计一种采用十字式万向节传动原理的传力装置，方向盘置于传力装置中心，保证它受力准确。关键词：方向盘，传力装置，试验台。While with vehicle steering wheel dynamic structural testinginstall
3、ment designABSTRACTFly to develop soon along with the our country national economy in recent years, the car industry becomes gradually our country of pay one of the pillar industries, the function that is in the our country of the economy the development is more and more important. Changing directio
4、n the dish is one of the main partses that the car changes direction system, the quality which changes direction dish quality and function influences the whole car to manipulate sex, stability and safety directly, is the key parts which relates to vehicle function directly.When designing a steer dev
5、ice dynamic state strength experiment the device can imitate a car to change direction under different work condition of carry a lotus, test steer device at the some extreme limit workses under condition of is transformed a circumstance by dint. Change direction work condition through an emulation,
6、as to its carry on dynamic state strength to experiment, predict some extreme limit works under condition of result is the valid path which studies the steer device credibility. Can attain exaltation work efficiency to the design improvement of existing on trial device, lower experiment the purpose
7、of with cost, designing can carry on the on trial device of more lifelike emulation.The dynamic state strength of the steer device framework examination have two kinds of basic experiment carry a lotus request, then turn round dint to experiment with prop up dint experiment. This is two kinds of exp
8、eriment respectively examination steer device at pilot at normal or not- normal operation under the condition of loading enduring strength. Carry a lotus ducting in experiment basic request is pass steer device framework outside turn piece the noodles center by rule direction and all of the inflicti
9、ons pure dint. At design experiment equip want assurance ten thousand put effort to always pass steer device toward the stanza of fix point, assurance experiment of accuracy. Need a design in experiment a kind of adoption ten word type ten thousand spread to move spread of principle dint equip towar
10、d the stanza, the steer device place in spread dint device center, assurance it be subjected to dint accurate.Key words: Steering wheel，Spread the dint equip，test platform.乘用车方向盘动态强度试验装置的设计李智俊 0611032490 引言当今世界，随着汽车行驶速度的不断提高，人们对其操纵性、舒适性、安全性等各项性能的要求也越来越高，为了保证汽车在任何情况下转动方向盘时，都有较理想的操纵稳定性和转向轻便型，即在停车情况下转动
11、方向盘能轻便灵敏，在高速行驶时不会感到轻飘不稳，人们对转向系统正进行着不断的改进。目前，以改善汽车操纵稳定性、安全性为主要目的的汽车转向的研究，已成为世界汽车技术发展的研究热点。转向盘作为汽车转向系统中重要的部件之一，对其性能有着各种严格的要求。随着我国国民经济的飞速发展，汽车使用量也不断增长，但随之而来的是大量的交通事故。据公安交通管理局透露，多年来中国每年因交通事故产生的死亡人数均超过10万人，占全球交通事故死亡人数的五分之一，居世界第一。引起交通事故的是人、汽车和环境等各种因素。毫无疑问，不断提高汽车各零部件的可靠性对于避免交通事故的发生有着十分积极的作用。同时，汽车产业对于推动我国经济
12、的发展起着极为关键的作用。目前，我国汽车行业发展势头迅猛，根据中国汽车工业协会消息，2003年中国汽车产量达到443.7万辆，同比上升35.2%；2003年全年销售汽车439.08万辆，销产率达到98.87%。这几年，汽车行业仍然保持着稳步快速的增长。有众多专家认为，我国汽车产品必将走上大量出口的道路，但是目前国产汽车产品却屡屡受到国外质检机构的质疑，这其中确实有许多的质量问题。汽车是一种用途最广泛的现代化交通运输工具，是国民经济的支柱产业之一。随着科学技术的发展，汽车结构不断完善，汽车性能不断提高，然而汽车的好坏总是通过具体的性能和性能指标来加以评价的。汽车及其零部件的各项性能是通过汽车试验
13、来测试的。汽车试验是伴随着汽车工业的建立与发展而逐渐发展起来的。汽车的发展与试验设备的完善也有着密切的关系。由此可见，对汽车各零部件的试验有助于提高我国汽车产品的质量。综上所述，汽车零部件的科学检测试验对于人们的生命安全和推动我国汽车工业的发展乃至整个国民经济的发展都显得十分必要。对汽车方向盘骨架进行动态强度的测试可以帮助检测在汽车使用过程中方向盘受力产生的变形甚至损坏情况，由此可以提高方向盘的使用可靠性。本试验装置是按照上海大众汽车有限公司TL82042标准进行设计的。在设计此试验装置时，必须保证试验载荷的准确性。方向盘骨架动态强度检验有两种基本试验载荷要求，分为扭转力试验和支撑力试验。这两
14、种试验分别检验方向盘在驾驶员在正常或非正常操作条件下的承载耐久强度。试验的载荷导入基本要求是通过方向盘骨架外圈截面中心按规定方向和大小施加力。通过本试验装置能够发现方向盘设计和生产中的质量缺陷，从而提高汽车方向盘的质量可靠性。1 汽车转向系统汽车上用来改变或恢复其行驶方向的专设机构称为汽车转向系统。机械转向系依靠驾驶员的手力转动转向盘，经转向器和转向传动机构使转向轮偏转。转向系统的基本组成：(1)转向操纵机构，主要由转向盘、转向轴、转向管柱等组成。(2)转向器，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
15、转向器后一般还会改变传动方向。(3)转向传动机构，将转向器输出的力和运动传给车轮(转向节)，并使左右车轮按一定关系进行偏转的机构。按转向能源的不同，转向系统可分为机械转向系统和动力转向系统两大类。1.1 机械转向系统l.转向盘 2.安全转向轴 3.转向节 4.转向轮 5.转向节臂 6.转向横拉杆 7.转向减振器 8.机械转向器图1.1 机械转向系统图1.1是一种机械式转向系统。驾驶员对转向盘1施加的转向力矩通过转向轴2输入转向器8。从转向盘到转向传动轴这一系列零件即属于转向操纵机构。作为减速传动装置的转向器中有1、2级减速传动副（上图所示转向系统中的转向器为单级减速传动副）。经转向器放大后的力
16、矩和减速后的运动传到转向横拉杆6，再传给固定于转向节3上的转向节臂5，使转向节和它所支承的转向轮偏转，从而改变了汽车的行驶方向。这里，转向横拉杆和转向节臂属于转向传动机构。1.2 转向操纵机构1. 轮圈 2. 轮辐 3. 轮毂图1.2 方向盘结构方向盘内部有金属制成的骨架，是用钢、铝合金或镁合金等材料制成。方向盘外部由圆环状的盘圈、插入转向轴的转向盘毂，以及连接盘圈和盘毂的辐条构成，采用焊接或铸造等工艺制造，转向轴是由细齿花键和螺母连接的。骨架的外侧一般包有柔软的合成橡胶或树脂，也有采用皮革包裹以及硬木制作的转向盘。转向盘外皮要求有某种程度的柔软度，手感良好，能防止手心出汗打滑的材质，还需要有
17、耐热、耐候性。方向盘的功能：方向盘位于司机的正前方，是碰撞时最可能伤害到驾驶员的部件，因此需要方向盘具有很高的安全性，在驾驶员撞在转向盘上时，骨架能够产生变形，吸收冲击能，减轻对驾驶员的伤害。方向盘的惯性力矩也是很重要的，惯性力矩小，我们就会感到“轮轻”，操做感良好，但同时也容易受到方向盘的反弹(即“打手”)的影响，为了设定适当的惯性力矩，就要调整骨架的材料或形状等。现在的方向盘与以前的看似没有太大变化，但实际上已经有了改进。由于转向助力装置的普及，方向盘外径变小了，而手握处却变粗了，采用柔软材料，使操作感得到了改善。现在有越来越多的汽车在方向盘里安装了安全气囊，也使汽车的安全性大大提高了。方
18、向盘的集电环：方向盘上有喇叭开关，必须时刻与车身电器线路相连，而旋转的方向盘与组合开关之间显然不能用导线直接相连，因此就必须采用集电环装置。集电环好比环形的地铁轨道，喇叭开关的触点就象奔跑在轨道上的电车，时刻保持接通的状态。由于是机械接触，长时间使用触点会因磨损影响导电性，导致紧急时刻喇叭不鸣甚至气囊不工作。因此，最近装备气囊的汽车开始装用电缆盘代替集电环。方向盘的端子与组合开关的端子用电缆线连接，电缆盘将电线卷入盘内，类似于吸尘器的电线卷取机构，在方向盘旋转范围内，电线靠卷筒自由伸缩。这种装置大大提高了电器装置的可靠性。图1.3 转向操纵机构转向操纵机构由方向盘、转向轴、转向管柱等组成，它的
19、作用是将驾驶员转动转向盘的操纵力传给转向器。1.3 转向轴转向轴是将驾驶员作用于转向盘的转向操纵力矩传给转向器的传力轴，它的上部与转向盘固定连接，下部装有转向器。 现代汽车的转向轴除装有柔性万向节外，有的还装有能改变转向盘的工作角度(转向轴的传动方向)和转向盘的高度(转向轴轴向长度)的机构，以方便不同体型驾驶员的操纵。1.4 转向器转向器的功能是将转向盘的转动变为齿条轴的直线运动或转向摇臂的摆动，降低运动速度，增大转向力矩并改变转向力矩的传动方向。转向器输出端的运动形式有两种，一种是线位移(如齿轮齿条式转向器)，另一种是角位移(如循环球式、曲柄指销式转向器)。 转向器是转向系统中的减速传动装置
20、，其结构型式很多，但目前已臻成熟并广泛采用的有齿轮齿条式、循环球式和蜗杆曲柄指销式等几种。线位移输出的转向器的传动比，用转向盘每转一圈时转向器输出轴的线位移的大小来表示；角位移输出的转向器的传动比，用转向盘转角增量与转向摇臂轴转角增量之比来表示。转向器的传动比越大，转动转向盘所需要的操纵力就越小，但转向操纵的灵敏度就会下降。有的汽车转向器在转向过程的不同阶段，其传动比的大小是不相等的（可变传动比转向器）。 转向器除了要保证汽车转向轻便灵活外，还应能防止由于路面反力对转向盘产生过大的冲击(即所谓的回弹打手现象)，造成操纵困难和驾驶员工作疲劳。 为了实现这一目的，转向器应具有较高的正传动效率和适当
21、的逆传动效率。通常称转向操纵力由转向盘传到转向摇臂(或齿条轴)的过程为正向传动，相应的传动效率称为正传动效率；称由路面的冲击力反向通过转向摇臂(或齿条轴)和转向器传到转向盘的过程称为逆向传动，相应的传动效率称为逆传动效率。根据转向器正向和逆向传力的特性不同，转向器可分为可逆式转向器、不可逆式转向器和半可逆式转向器三种类型。 可逆式转向器正传动效率高，逆传动效率也高；不可逆转向器正传动效率高，逆传动效率为零；半可逆式转向器正传动效率高，逆传动效率较低。 所有的转向器都要求正传动效率要高，这样转向力通过转向器时损失少，转向操纵便灵活。好的转向器应有适当的逆传动效率，使驾驶员通过操纵转向盘既能对道路
22、情况有明显的“路感”，但又不能使路面不平对转向盘产生过大的冲击。1.5 液压助力转向系统1.方向盘 2.转向轴 3.转向中间轴 4.转向油管 5.转向油泵 6.转向油罐 7.转向节臂 8.转向横拉杆 9.转向摇臂 10.整体式转向器 11.转向直拉杆 12.转向减振器图1.4 液压式动力转向系统动力转向系统是兼用驾驶员体力和发动机(或电机)的动力作为转向能源的转向系统，它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。图1.4为一种液压式动力转向系统的示意图。其中属于转向加力装置的部件是：转向油泵5、转向油管4、转向油罐6以及位于整体式转向器10内部的转向控制阀及转向动力缸等。当驾驶员转
23、动转向盘1时，转向摇臂9摆动，通过转向直拉杆11、横拉杆8、转向节臂7，使转向轮偏转，从而改变汽车的行驶方向。与此同时，转向器输入轴还带动转向器内部的转向控制阀转动，使转向动力缸产生液压作用力，帮助驾驶员转向操纵。这样，为了克服地面作用于转向轮上的转向阻力矩，驾驶员需要加于转向盘上的转向力矩，比用机械转向系统时所需的转向力矩小得多。1.6 转向机技术1.6.1 齿轮齿条式转向机转向机学名为转向器，它是汽车转向系统中最重要的部件。汽车转向机是一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构。它的作用是增大转向盘传到转向传动机构的力和改变力的传递方向。转向机是完成由旋转运动到直线运动（或近似直线运动）的一
24、组齿轮机构，同时也是转向系中的减速传动装置。它的性能直接关系到车辆行驶的安全性及舒适性。安全可靠、转向灵敏、有道路感觉是汽车转向机所追求的目标。曾经出现过许多种转向机的结构形式，但是有些已经趋于淘汰。目前较常用的有齿轮齿条式、蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、循环球曲柄指销式、蜗杆滚轮式等。采用齿轮齿条式转向机可以使转向传动机构简化(不需转向摇臂和转向直拉杆等)，齿轮齿条无间隙啮合无须调整，而且逆传动效率很高。故多用于前轮为独立悬架的轻型及微型轿车和货车上。齿轮齿条式转向机由与转向轴做成一体的转向齿轮和常与转向横拉杆做成一体的齿条组成。齿轮与齿条直接啮合，将齿轮的旋转运动转化为齿条的直线运动
25、，将转向拉杆横向拉动车轮产生偏转。齿轮并非单纯的平齿轮，而是特殊的螺旋形状，这是为了尽量减小齿轮与齿条之间的啮合间隙，使转向盘的微小转动能够传递到车轮，提高操作的灵敏性。1.6.2 循环球式转向机循环球式转向机是目前国内外应用最广泛的结构型式之一， 一般有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。为了减少转向螺杆转向螺母之间的摩擦，二者的螺纹并不直接接触，其间装有多个钢球，以实现滚动摩擦。转向螺杆和螺母上都加工出断面轮廓为两段或三段不同心圆弧组成的近似半圆的螺旋槽。二者的螺旋槽能配合形成近似圆形断面的螺旋管状通道。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
26、有两根钢球导管，每根导管的两端分别插入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。 转向螺杆转动时，通过钢球将力传给转向螺母，螺母即沿轴向移动。同时，在螺杆及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”。在转向器工作时，两列钢球只是在各自的封闭流道内循环，不会脱出。1.6.3 蜗杆曲柄指销式转向机蜗杆曲柄指销式转向机的传动副(以转向蜗杆为主动件，其从动件是装在摇臂轴曲柄端部的指销。)转向蜗杆转动时，与之啮合的指销即绕摇臂轴轴线沿圆弧运动，并带动摇臂轴转动。1.6.4 动力转向机采用动力转向系统的
27、汽车转向所需的能量，在正常情况下，只有小部分是驾驶员提供的体能，而大部分是发动机(或电机)驱动的油泵(或空气压缩机)所提供的液压能(或气压能)。用以将发动机(或电机)输出的部分机械能转化为压力能，并在驾驶员控制下，对转向传动装置或转向器中某一传动件施加不同方向的液压或气压作用力，以助驾驶员施力不足的一系列零部件，总称为动力转向器。动力转向机的类型：按传能介质的不同，动力转向器有气压式和液压式两种。装载质量特大的货车不宜采用气压动力转向器，因为气压系统的工作压力较低(一般不高于0.7MPa)，用于重型汽车上时，其部件尺寸将过于庞大。液压动力转向器的工作压力可高达10MPa以上，故其部件尺寸很小。
28、液压系统工作时无噪声，工作滞后时间短，而且能吸收来自不平路面的冲击。因此，液压动力转向器已在各类各级汽车上获得广泛应用。根据机械式转向器、转向动力缸和转向控制阀三者在转向装置中的布置和联接关系的不同，液压动力转向装置分为整体式（机械式转向器、转向动力缸和转向控制阀三者设计为一体）、组合式（把机械式转向器和转向控制阀设计在一起，转向动力缸独立）和分离式（机械式转向器独立，把转向控制阀和转向动力缸设计为一体）三种结构型式。动力转向系统的工作原理：动力转向系统是在机械式转向系统的基础上加一套动力辅助装置组成的。如下图所示，转向油泵6安装在发动机上，由曲轴通过皮带驱动并向外输出液压油。转向油罐5有进、
29、出油管接头，通过油管分别与转向油泵和转向控制阀2联接。转向控制阀用以改变油路。机械转向器和缸体形成左右两个工作腔，它们分别通过油道和转向控制阀联接。当汽车直线行驶时，转向控制阀2将转向油泵6泵出来的工作液与油罐相通，转向油泵处于卸荷状态，动力转向器不起助力作用。当汽车需要向右转向时，驾驶员向右转动转向盘，转向控制阀将转向油泵泵出来的工作液与R腔接通，将L腔与油罐接通，在油压的作用下，活塞向下移动，通过传动结构使左、右轮向右偏转，从而实现右转向。向左转向时，情况与上述相反。l.转向操纵机构 2.转向控制阀 3.机械转向器与转向动力缸总成 4.转向传动结构 5.转向油罐 6.转向油泵 R.转向动力
30、缸右腔 L.转向动力缸左腔图1.5 液压动力转向系统示意图2 国内外发展动态与相关技术2.1 国外发展动态与相关技术1996年丰田合成株式会社设计了一种装有安全气囊装置的转向盘，这种转向盘主体包括分别覆盖金属的环芯和金属的轮辐芯的覆盖件和一个与该覆盖件制成一个整体的垫件。一个盘毂通过一个连接部分与金属的轮辐芯相连接，该金属的轮辐芯被配置在该转向盘的对置侧并且形成一个组合件。盘毂位于金属的环芯的下面，金属轮辐芯与盘毂相连接并且通过辅助连接部分与另一个金属轮辐芯相连接，由此形成一个开口，安全气囊装置通过该开口安装。完成转向盘的安装后，将该完成的装配组件安装在转向盘的顶端部分。1997年MST汽车安
31、全技术股份有限公司设计了一种汽车用方向盘骨架，它的轮毂、轮辐、轮圈全部或局部地由一块金属板块组成，金属板经边缘的卷边获得一个U形或L形断面，断面有一个基本垂直于方向盘轴延伸的基面区域和基本平行于方向盘轴延伸的支脚区域。按照此发明设计，支脚沿长度方向看被制成这样的波形，即基面附近的支脚端实际上并未偏离初始面，远离基面的支脚端具有最大的偏离，而且这种偏离在支脚的高度范围内被设计为不断地增加。1998年丰田合成株式会社设计了另一种转向盘，这种转向盘，包括覆盖层和覆盖层中间的环形芯和向左右两个方向延伸的辐条部分的芯，辐条部分的芯的外部和内部通过连接件与环形芯和毂板相连接。气袋装置可以通过由连接件和相关
32、部件形成的开口塞入。不仅连接芯的刚度而且铸造模具的刚度都可得到保证。皮革制件被安装在转向盘外表面的某些部分上。在环形部分的覆盖层上有一槽，皮革制件就是将其边缘部分镶嵌在该开槽内进行安装。2.2 国内发展动态与相关技术2000年刘子德设计了一种方向盘骨架，该方向盘骨架包括辐条和钢圈，其中钢圈的截面为U形，辐条与钢圈之间通过焊接连为一体。该方向盘骨架与现有的方向盘骨架相比，具有可使方向盘的机械强度大大提高，可增加方向盘的机械负荷，使方向盘在使用中更加安全可靠的特点。该方向盘骨架特别适合作为用来制作交通工具上所使用的方向盘的骨架。2000年吉林工业大学发明了一种汽车转向盘操纵力与转角检测仪，此检测仪
33、器属于汽车性能检测技术。该装置主要由一个机械框架及框架上的两个固定卡爪和一个活动卡爪组成。其实现快速装夹的关键在于活动卡爪通过一个锁紧机构和机械框架相连，从而可快速将该仪器安装在转向盘上。机械框架内装有角度编码器、处理电路和数码显示屏，活动卡爪臂外端装有测力传感器和操纵手柄，这样通过操纵手柄便可对转向盘操纵力和转角进行快速、准确在线检测。2002年关春善发明了一种转向盘转向力角仪、制动踏板力计检定装置，这个测量机构由机架、固定盘、活动盘、立柱夹、立柱、螺杆座、螺杆、手轮、支架螺母、螺母导轨、转角传感器、拉压力传感器、拉压力传感器连接件和被检仪器连接件构成，转角传感器、立柱夹和固定盘固定在机架上
34、，活动盘的中央设置有芯轴，该芯轴穿过固定盘上的轴座而与转角传感器的测头相连，立柱被夹持在立柱夹上，螺杆座横向固定在立柱上，螺杆的两端和螺母导轨的两端均由螺杆座支承，手轮固定在螺杆的后端，支架螺母套置在螺杆上且与该螺杆螺纹配合，拉压力传感器固定在支架螺母上，拉压力传感器连接件与拉压力传感器上的螺纹连接头相配合。3 国内外试验相关标准与要求1） QCT 29096-92 汽车转向器总成台架试验方法。本标准适用于蜗杆滚轮式、循环球式、蜗杆指销式及齿轮齿条式汽车转向器总成，不适用于动力转向器。本标准包括下列三种试验：a. 性能试验 b. 强度试验 c. 疲劳寿命试验。强度试验中静扭试验的试验条件为摇臂
35、轴或齿条应在两极端位置以外的任意位置固定。试验方法：a. 将转向器固定，转向摇臂轴或齿条固定，在输入轴上施加规定的扭矩载荷测出输入的扭矩随输入轴扭角变化的曲线；b. 测量误差不得大于5%；c. 试验后，检查零件损坏情况。2） QCT 529-2000 汽车动力转向器总成台架试验方法。本标准适用于汽车常流式液压动力转向器总成，不适用于全液压转向器。本标准规定下列试验方法：a. 性能试验；b. 可靠性试验。强制转向试验将总成安装在试验台架上，试验时油泵不工作，转动输入端，调整输出端载荷，使输入端上的转矩分别为125Nm（输出力矩2500Nm的总成）或175Nm的总成），完成10个循环。试验后继续按
36、功能试验进行试验。3） QCT 563-1999 汽车转向盘试验方法。本标准规定了转向盘试验方法，适用于金属骨架包覆塑料的汽车、拖拉机用转向盘。转向盘受力变形试验包括轴向力试验、转向扭力试验。其目的是转向盘在受轴向力和转向扭力的情况下，检查轴向和切向变形情况。轴向力试验（整体加载法）试验条件：负荷P垂直加在转向盘的上面，保持20min。试验步骤：在转向盘的轮缘上标记测量点，以便测定转向盘轮缘的外径和转向盘高度变化。首先用卡尺和直尺在标记点上测量轮缘的外径和转向盘高度，然后把转向盘轮缘朝地平面水平放置在光洁、平整的铁板上，铁板厚度不应小于10mm。转向盘上部加载，在负荷P下保持20min后卸载，
37、室温放置20min。测定在标记点上的外径和高度，并求出永久变形量。（注：负荷P，根据转向盘结构和适用车型由供需双方确定。）转向扭力试验试验条件：负荷P加在转向盘轮缘的切线方向，测量点应在加载点对面辐条上，离轴心L处，L的大小为辐条长度的4/5。（注：负荷P，根据转向盘结构和适用车型，由供需双方协商确定。）试验步骤：把转向盘装配在与转向轴相同的夹具上，夹具固定在方箱上，将百分表测量头放在指定的位置上，并调到零点。开始加载荷，在负荷P下保持20min后卸载，室温放置20min，读出百分表读数，并求出扭转永久变形量。4 试验装置的设计4.1 试验条件本课题设计的方向盘动态强度试验装置主要是用来检测方
38、向盘骨架在受到支撑力和扭转力作用时方向盘产生的受力变形和损坏情况，找出方向盘存在的质量缺陷，从而改进完善方向盘的设计，提高方向盘在汽车任何行驶状况下的质量安全性。表4.1 支撑力试验条件 支撑力试验试验力FAD = 100200N频率/波形f = 13Hz/正弦循环数N50% 180,000次偏差SLOG 0.2失效标准裂纹 5mm，或螺栓及铆接松懈，或NG 360,000次试件数量 4示意图表4.2 扭转力试验条件 扭转力试验试验力FTD = 250N频率/波形F = 13Hz/正弦循环数N50% 180,000次偏差SLOG 0.2失效标准裂纹 5mm，或螺栓及铆接松懈，或NG 360,0
39、00次试件数量 4示意图4.2 试验装置设计原理针对方向盘骨架的动态强度检验有两种基本试验载荷要求，即扭转力试验和支撑力试验。扭转力试验是检验方向盘在驾驶员正常的功能性操作条件下的承载耐久强度，而支撑力试验则是检验方向盘在驾驶员非正常或习惯性地在大致垂直于方向盘切向的方向上施加载荷的耐久强度。这两个试验在不同版本的试验标准中，其载荷和载荷方向是有所不同的。这些试验条件的改进原因或合理性可由个人的理解来评判，但是有一点应该做到，即必须保证试验载荷的准确性，不管按哪一个标准来进行试验。两个试验的载荷导入基本要求是通过方向盘骨架外圈截面中心按规定方向和大小施加纯力（没有任何附带力矩）。按这一要求，比
40、较直观或理想化的做法是采用一球面轴承来连接试件，使施力杆作用于试件一端的球铰中心和方向盘骨架外圈截面中心重合。但这样考虑必须把球铰做成“half”才能套上试件，而被做成“half”的球心为与试件固定被夹紧后要保证两边“half”在同一球面上是几乎不可能的。现在使用4个球铰搭成一个使十字架绕开中心（两正交回转轴的交点，即方向盘骨架外圈截面中心）的十字机构，可以消除绕两个正交回转轴的力矩传递，而另一绕垂直于两正交回转轴的轴向力矩则可通过在施力杆的另一端（与力传感器或作动缸联接端）处设置的球铰来解除，轴向力传递是没有问题的。4.3 试验装置各部件的设计1. 正交输出轴线由两个球铰的球心连线构成。与正
41、交输入轴线垂直并相交于方向盘骨架外圈截面中心。2. 正交输入轴线由两个球铰的球心连线构成。与正交输出轴线垂直并相交于方向盘骨架外圈截面中心。3. 输入梁与施力杆连接，作为载荷输入的桥梁。4. 绕开中心的“十字架”即十字万向节中的“十字架”。但为了避免其与试件干涉，在轴向（加力方向）上作了偏移。另外扭转力试验的这一零件还必须做成框形才能避开试件（方向盘骨架外圈）。5. 输入轴球铰构成正交输入轴线的两个球铰。6. 输出轴球铰构成正交输出轴线的两个球铰。7. 输入轴球铰-输入梁连接块连接输入轴球铰和输入梁。在扭转力试验中其长短应考虑使输入梁不碰方向盘骨架外圈。8. 输出轴球铰垫块在扭转力试验中，为输
42、出轴球铰与安装连接块的过渡件，它可调整两个输入轴球铰的间距。在支撑力试验中，为输出轴球铰与“十字架”的过渡件，它可调整“十字架”的轴向偏距。9. 输入轴球铰-“十字架”连接球夹头为输入轴球铰与“十字架”的连接件。它也决定“十字架”在轴向（施力方向）上的偏距。10. 安装内夹紧件为试件的直接固定（接触）件。11. 安装外夹紧件为试件的间接固定（夹紧）件。作为安装内夹紧件和安装连接块的中间过渡，通过它可以调整试件与整个夹具的相对方向。12. 安装连接块连接输出轴球铰（或球铰垫块）和安装外夹紧件。在扭转力试验中，它可以决定输出轴线与输入轴线的相对夹角（是否正交）。4.4 试验装置的材料除了夹紧方向盘
43、的外夹紧件用钢材料外，试验装置其余各零部件都采用铝合金材料。铝合金是纯铝加入一些合金元素制成的，如铝-锰合金、铝-铜合金、铝-铜-镁系硬铝合金、铝-锌-镁-铜系超硬铝合金。铝合金比纯铝具有更好的物理力学性能：易加工、耐久性高、适用范围广、装饰效果好、花色丰富。铝合金分为防锈铝、硬铝、超硬铝等种类，各种类均有各自的使用范围，并有各自的代号，以供使用者选用。 铝合金仍然保持了质轻的特点，但机械性能明显提高。铝合金材料的应用有以下三个方面：一是作为受力构件；二是作为门、窗、管、盖、壳等材料；三是作为装饰和绝热材料。利用铝合金阳极氧化处理后可以进行着色的特点，制成各种装饰品。铝合金板材、型材表面可以进
44、行防腐、轧花、涂装、印刷等二次加工，制成各种装饰板材、型材，作为装饰材料。 成本低，而且使用一种加工工艺可以大量生产同样的零部件，这也是它的特点之一。 它的材料特性是轻、容易加工、以及在可耐强度方面不像碳素纤维有一个最大受力范围。这是什么意思呢？也就是说，碳素纤维因为有纤维的特性所以在一定的纤维方向上受力能力很强，但是在在别的方向上的受力就会很差。在制造一个比较大的零部件时可能会使用好几层碳素纤维，在超过受力能力时该零部件就会像酥饼一样变得一层一层的。而铝合金在承受了一定的力量后，会慢慢变形再损坏。4.5 试验装置结构示意图4. 绕开中心的“十字架”2. 正交输入轴线9. 输入轴球铰 -“十字
45、架”连接球夹头8. 输出轴球铰垫块6. 输出轴球铰5. 输入轴球铰12. 安装连接块7. 输入轴球铰 - 输入梁连接块1. 正交输出轴线3. 输入梁10. 安装内夹紧件11. 安装外夹紧件方向盘骨架外圈图4.1 支撑力试验台及夹具1. 正交输出轴线4. 绕开中心的“十字架”1. 正交输出轴线4. 绕开中心的“十字架”6. 输出轴球铰8. 输出轴球铰垫块12. 安装连接块5. 输入轴球铰2. 正交输入轴线7. 输入轴球铰 - 输入梁连接块3. 输入梁11. 安装外夹紧件10. 安装内夹紧件9. 输入轴球铰 -“十字架”连接球夹头方向盘骨架外圈图4.2 扭转力试验台及夹具5 传力装置设计5.1 传
46、力装置设计方案在试验中由于外力无法准确地直接施加到方向盘骨架上，因此要用一个能够传递力的装置来解决这一个问题，所以就需要用到了万向节这个东西。万向节的结构和作用有点象人体四肢上的关节，它允许被连接的零件之间的夹角变化。但它与肢体关节的活动形式又有所不同，它仅允许夹角在一定范围内变化。万向节有十字轴式刚性万向节，准等速万向节（双联轴式和三销轴式），等速万向节（球叉式和球笼式），扰性万向节等。目前应用最广的一种普通万向节由万向节叉、十字轴等基本零件构成。十字轴装配在万向节叉上做连接，十字轴的轴头上装有滚针轴承，当轴头接入万向节叉时，十字轴与万向节叉之间就可以有相对旋转，也就产生了多角度变化。万向节
47、叉上的花键连接又可以做小许的轴向移动，这样就适应了夹角和距离同时变化的需要。在本试验装置中，为了能够很好地固定住方向盘，并且使作用力准确地施加到方向盘上，传力装置决定做成十字轴式万向节的形状，把方向盘固定在十字的中心。 5.2 传力装置设计原理万向节的作用是在不同轴线上的轴之间进行转矩传递，所能传递载荷的大小受到材料性能的限制。因此，在评价万向节性能时，首要的任务是确定滚动体与其轨道之间的压力。另外，还必须分别考虑它是受长期载荷的作用，还是受短期载荷的作用：对长期载荷，应力状态是动态的，万向节必须能经受住数百万次循环应力的作用；对短期载荷，应力状态是准静态的，万向节应设计成不会发生过大的塑性变形。在本试验装置中，传力装置将使用十字轴式万向节的传动原理，并且做成类似于十字轴式万向节的形状却不与十字轴式万向节相同。在支撑力试验中，外力作用杆前端做成螺栓形状，与试验装置里呈水平方向的输入梁上中心的螺纹孔连接拧紧，输入梁由此受到外力作用，通过梁两端与输入轴球铰连接的输入梁连接块把力传递给两个输入轴球铰，输入轴球铰再把力传给