【正文】 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 乘用車轉(zhuǎn)向柱徑向彈性試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì) 34 1． 建立撓曲軸近似微分方程并積分 根據(jù)圖 AB的彎矩方程為 11( ) ( 0 )2A y A lM x F x M x? ? ? ? ? ???????????????? () 2( ) ( 0 )2lM x M x? ? ? ???????????????????? () 撓曲軸近似微分方程為 2 12 ()d Mxdx EI? ? ????????????????????????? () E — 材 料的彈性模量 Q235的彈性模量為 200GPa I — 慣性矩 將式 2 1112 () ( 0 )2A y AF x Md M x lxd x E I E I? ??? ? ? ? 2 222 ( 0 )2d Mlxdx E I? ? ? ? 將上述微分方程相繼積分二次，依次得 21111 1 112 ( 0 )2Ay AF x M xd lCxdx E I?? ??? ? ? ? ? ?????????? () 222 2 2( 0 )2d M x lCxd x E I?? ? ? ? ? ? ???????????? ??? () 32111 1 1 1 11162 ( 0 )2Ay AF x M x lC x D xEI? ??? ? ? ? ? ???????? () 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 乘用車轉(zhuǎn)向柱徑向彈性試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì) 35 222 2 2 2 212 ( 0 )2Mx lC x D xEI? ? ? ? ? ? ?????????????? () 2． 確定積分常數(shù) 在固定端處，橫截面的轉(zhuǎn)角與撓度均為零，即 在 1 0x? 處， 1 0?? ， 1 0?? 將上述邊界條件代入式 ，得 1 0C? ， 1 0D? 在 2 0x? 處， 2? 、 2w 等于1 2lx?時(shí) 1? 、 1w 的值， 將上述邊界條件代入式 ，得 21C ?? ???????????????????????????? () 21D ?? ??????????????????????????? () 3． 建立轉(zhuǎn)角和撓度方程并求最大撓度 將所得積分常數(shù) 1C 、 1D 代入式 ，建立轉(zhuǎn)角 1? 與撓度 1? 的方程分別為 2111112 ( 0 )2Ay AF x M x lxEI? ??? ? ? ?????????????? () 3211111162 ( 0 )2Ay AF x M x lxEI? ??? ? ? ???????????? () 4． 計(jì)算最大轉(zhuǎn)角 ? 與撓度 ? 計(jì)算轉(zhuǎn)角 1? 與撓度 1? 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 乘用車轉(zhuǎn)向柱徑向彈性試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì) 36 1 2lx?， 51 = 10? ? ， 61 7 10? ??? 將計(jì)算所得 1? 、 1? 的值代入式 52 10C ??， 62 8. 47 10D ??? 將 2C 、 2D 代入式 式 ，建立轉(zhuǎn)角 2? 與撓度 2? 的方程分別為 52227 . 4 3 1 0 ( 0 )2Mx lxEI? ? ? ? ? ? ??????????????? () 22 5 62 2 212 10 10 ( 0 )2Mx lxxEI? ?? ? ? ? ? ? ? ?????? () 計(jì)算最大轉(zhuǎn)角 2? 與撓度 2? 2 2lx?， 42 10? ???， 52 3 10? ??? 強(qiáng)度校核 支架 AB是典型的彎壓組合，軸力產(chǎn)生的正應(yīng)力與彎矩產(chǎn)生的正應(yīng)力，見圖 。 加載方向向下時(shí)的臺(tái)架校核 B點(diǎn)受力情況，見圖 。 ABCG 1FG 2DE 1G 是臺(tái)架平面支架 CE的重量， D是重心； 2G 是臺(tái)架支架 AB的重量，重心在 AB中點(diǎn)。 圖 向左徑向彈性變形 圖 向右徑向彈性變形 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 乘用車轉(zhuǎn)向柱徑向彈性試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì) 29 圖 向下徑向彈性變形 根據(jù) TPC提供的報(bào)告 BMW330iLenksaeule，以及本試驗(yàn)所得 Touran轉(zhuǎn)向盤徑向彈性數(shù)據(jù)，進(jìn)行結(jié)果對(duì)比，見表 。向上的作用力勢必會(huì)導(dǎo)致方向盤有向上反轉(zhuǎn)的趨勢；加載力在 X軸上的分力是轉(zhuǎn)向盤實(shí)際受到的徑向力，而傳感器測量到的是實(shí)際施加的加載力，即當(dāng)力傳感器顯示施加的力為 600N時(shí)，轉(zhuǎn)向盤受到的實(shí)際徑向載荷要小與這個(gè)數(shù)值 ，這也就意味著測量到加載力 —— 位移關(guān)系不準(zhǔn)確。設(shè)計(jì)裝置見圖 。 使用千分表和激光位移傳感器，能夠避免上述問題，見圖 。 測量裝置的選擇 原先考慮的是使用拉線式傳感器來測量中心點(diǎn)的位移，拉線式測量方便、快捷，但是在徑向彈力試驗(yàn)中，如果用拉線式測量將會(huì)存在一定的問題。 轉(zhuǎn)向盤中間位置參考點(diǎn)的設(shè)置 圖 球針螺栓 圖 參考點(diǎn)球針螺栓安裝示意圖 參考點(diǎn)必須與轉(zhuǎn) 向盤在同一平面內(nèi)，與轉(zhuǎn)向柱中心在同一軸線上，且上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 乘用車轉(zhuǎn)向柱徑向彈性試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì) 24 要牢固穩(wěn)定。為了將誤差減小到最低，采用定位銷定位。因?yàn)樵趯?duì)轉(zhuǎn)向盤施加加載力的時(shí)候，轉(zhuǎn)向盤與車體是剛性連接，而車體與地面卻不是，而此時(shí)加載力有使車體平移的趨勢，因此需要將試驗(yàn)臺(tái)架與外部剛體進(jìn)行剛性連接，見圖 。 上支架角鐵，在一面的一端開二個(gè)橢圓槽，與下支架二孔端配合固定，且具有調(diào)節(jié)功能，分擔(dān)了部分 Y 軸上的調(diào)節(jié)任務(wù)，增加了 X 軸上的調(diào)節(jié)范圍；另一面在二孔端處開二個(gè)橢圓槽，中間位置和另一端各開三個(gè)孔，固定臺(tái)架平面。 圖 底面角鐵 臺(tái)架平面 整體式臺(tái)架平面結(jié)構(gòu)雖然有足夠的剛度和強(qiáng)度，但是體積較大，質(zhì)量較重，不宜安裝。 構(gòu)件的材料選擇和尺寸計(jì)算 角鐵全部選用 GB9788－ 88（ 8/5）。 臺(tái)架平面 臺(tái)架平面主要由四根角鐵和二塊鋼板構(gòu)成。A 坐標(biāo)為 11( , )xy ，根據(jù)式 11cos ( )s i n ( )x C Ay C A? ? ?? ? ?? ? ? ???? ? ? ?? ?????????????????? () 用式 ，得到 A 點(diǎn)在 X 、 Y 軸上的位移 1010x x xy y y? ? ???? ? ?? ???????????? ??????????? () 根據(jù)大眾公司轉(zhuǎn)向柱總成資料， 620CB mm? ，實(shí)際測量 835AB mm? ；以轉(zhuǎn)向盤中間位置為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)， 30???。Ayx 圖 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)簡圖 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 乘用車轉(zhuǎn)向柱徑向彈性試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì) 17 轉(zhuǎn)向盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，臺(tái)架與其視為一個(gè)整體，構(gòu)成一個(gè)三角形，見圖 。 設(shè)轉(zhuǎn)向盤中心坐標(biāo)為 (0,0. )BL（ L為轉(zhuǎn)向盤中心到旋轉(zhuǎn)中心的距離），將 B 點(diǎn)坐標(biāo)代入式 ，得 B點(diǎn)軌跡為 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 乘用車轉(zhuǎn)向柱徑向彈性試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì) 16 ? ?( ) s in0( ) c o sLcBLc????????????? ????????????????????? () c 為轉(zhuǎn)向盤軸向的伸縮量 臺(tái)架調(diào)節(jié)范圍的確定 以轉(zhuǎn)向盤中間位置，即轉(zhuǎn)向盤平面與地面夾角為 60? ，為初始位置。R 坐標(biāo) 39。轉(zhuǎn)向盤調(diào)整范圍，見圖 。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 乘用車轉(zhuǎn)向柱徑向彈性試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì) 13 4 轉(zhuǎn)向柱徑向彈性測試臺(tái)架設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)目標(biāo) 試驗(yàn)臺(tái)架必須能夠安裝在試驗(yàn)車內(nèi)，加工方便、結(jié)構(gòu)實(shí)用簡潔、有足夠的剛度和強(qiáng)度，能滿足試驗(yàn)要求，適用性好； 試驗(yàn)臺(tái)架能根據(jù)轉(zhuǎn)向盤的任意位置進(jìn)行調(diào)整； 加載裝置能勻速穩(wěn)定地加載和釋放載荷； 測量裝置定位合理，測量方便。 測量方法如下： 支座和原裝的轉(zhuǎn)向柱、方向盤安裝在整車上。 3 轉(zhuǎn)向柱徑向彈性測試 在滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的前提下，不同汽車廠家對(duì)于轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸總成有著不上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 乘用車轉(zhuǎn)向柱徑向彈性試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì) 12 同的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。測量誤差下大于 2％。測出滑動(dòng)花鍵拉出時(shí)的起動(dòng)力。 轉(zhuǎn)動(dòng)力矩試驗(yàn) 將轉(zhuǎn)向柱管固定，從轉(zhuǎn)向盤一側(cè)驅(qū)動(dòng)。 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)的要求及試驗(yàn)方法 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 乘用車轉(zhuǎn)向柱徑向彈性試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì) 11 根據(jù)汽車行業(yè)國家標(biāo)準(zhǔn) QC/T 64920xx(2000707發(fā)布， 20xx0101實(shí)施 ) 汽車轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸總成性能要求及試驗(yàn)方法可知轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸總成有如下試驗(yàn)： 總成間隙試驗(yàn) 將總成與轉(zhuǎn)向器聯(lián)接的一端固定，從轉(zhuǎn)向盤一端施加 177。 汽車吸能防傷轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是一種能夠在意外的正面碰撞事故中確保乘員有足夠的生存空間，并能吸收沖撞能量，防止或減輕乘員傷害的乘員保護(hù)裝置，其常見的可吸能構(gòu)件有吸能轉(zhuǎn)向盤、可收縮吸能轉(zhuǎn)向柱和伸縮式轉(zhuǎn)向中間軸 (包括撓性聯(lián)軸節(jié) )。 防止汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)對(duì)駕駛員傷害的 試驗(yàn)方法和技術(shù)要求最早于 1966年由美 國提出，吸能型轉(zhuǎn)向柱于 1969年首先在美國轎車上強(qiáng)制采用， 日本從 1973年規(guī) 定在轎車上必須采用吸能型轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。 2 汽車轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)的安全標(biāo)準(zhǔn) 汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)對(duì)駕駛員的傷害 根據(jù)交通事故的統(tǒng)計(jì)資料和對(duì)汽車碰撞試驗(yàn)的研究表明，在汽車正面碰撞事故中轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向管 柱是使駕駛員受傷的主要部件之一。20xx 年 6 月 1 日，我國參照歐洲 ECE R94 法規(guī)制定的國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB11551— 20xx《乘用車正面碰撞的乘員保護(hù)》正式出臺(tái)，至此我國真正擁有了自己的汽車正面碰撞標(biāo)準(zhǔn)。日本在側(cè)碰撞方面的研究起步 相對(duì)較晚， 2O世紀(jì) 9O年代初才開始從事這方面的研究，相關(guān)法規(guī)于 1998年正式納入日 本保安基準(zhǔn)， 其內(nèi)容等同歐洲 ECE R95。自 1996年開始，前排安全氣 囊已成為轎車標(biāo)準(zhǔn)配置。 1990年美國在 FMVSS 214車門靜強(qiáng)度試驗(yàn)法規(guī)中追加了實(shí)車碰撞試驗(yàn)方法，并于 1993年起分階段實(shí)施，后經(jīng)多次修改和補(bǔ)充，形成現(xiàn)在的內(nèi)容。 1998年 的修訂案要求在 20xx－20xx年之間必須安裝 1種智能化的安全氣囊，以保護(hù)離位乘員和嬰兒的安全。因此在各國的碰撞試驗(yàn)研究中正面碰撞形式被作為主要研 究對(duì)象。 在深人研究分析國際先進(jìn)汽車標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)法規(guī)，尤其是國際上典型的3大汽車技術(shù)法規(guī)體系 (歐、美、日 )的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國汽車工業(yè)發(fā)展和車輛使用的實(shí)際情況，確定我國汽車強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)體系在技術(shù)內(nèi)容上主要參照歐洲 ECE／ EEC汽車技術(shù)法規(guī)體系制定；因此，我國的汽車安全技術(shù)法規(guī)是以汽車安全強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的形式出現(xiàn)的，它主要參照歐洲 ECE／ EEC汽車技術(shù)法規(guī)體系制定。強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，必須執(zhí)行。 我國對(duì)汽車安全性的重視程度和安全技術(shù)法規(guī)體系的發(fā)展與我國汽車產(chǎn)業(yè)以及整個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)化工作的發(fā)展是密不可分的。 為了提高汽車安全性，歐、美、日等汽車工業(yè) 發(fā)達(dá)國家由政府制定了汽車安全法規(guī)，通過汽車安全法規(guī)的強(qiáng)制實(shí)施，促進(jìn)汽車生產(chǎn)廠切實(shí)地改進(jìn)產(chǎn)品的安全性。為了保證汽車轉(zhuǎn)向柱、轉(zhuǎn)向軸不僅有足夠的防傷吸能作用，還要在正常行駛過程中，有足夠的剛度和強(qiáng)度來傳遞轉(zhuǎn)向力。主動(dòng)安全性是指汽車能夠識(shí)別潛在的危 險(xiǎn)自動(dòng)減速，或當(dāng)突發(fā)的因素出現(xiàn)時(shí)，能夠在駕駛員的操縱下避免發(fā)生交通事故的性能；被動(dòng)安全性 是指汽車發(fā)生不可避免的交通事故后，能夠?qū)噧?nèi) 乘員或行人進(jìn)行保護(hù)，以免發(fā)生傷害或使傷害降低到最小程度。 設(shè)計(jì)中運(yùn)用 AUTOCAD進(jìn)行工程圖的繪制。因此許多國家都制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)。轉(zhuǎn)向柱作為汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的重要組成部分，既要有吸能防傷裝置來保護(hù)駕駛員，減低轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)對(duì)駕駛員的傷害，又要穩(wěn)妥的固定并支撐轉(zhuǎn)向盤。將原有臺(tái)架改進(jìn)，使其結(jié)構(gòu)簡潔、安裝操作方便，且能夠根據(jù)轉(zhuǎn)向盤的不同位置調(diào)節(jié)臺(tái)架，以便對(duì)不 同位置的轉(zhuǎn)向盤進(jìn)行徑向彈性試驗(yàn)；利用改進(jìn)后的加載裝置進(jìn)行徑向加載，減少安裝誤差帶來的測量偏差；運(yùn)用千分表以及激光位移傳感器代替原來的拉線式傳感器，提高測量轉(zhuǎn)向柱徑向位移的精確性，并最后記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)， 繪制出載荷與位移關(guān)系圖。 汽車的安全性可劃分為主動(dòng)安全性和被動(dòng)安全性。汽車吸能轉(zhuǎn)向 機(jī)構(gòu)能夠在意外的正面碰撞事故發(fā)生時(shí)緩和沖擊并吸收沖撞能量、減輕或防止駕駛員傷害。 1 汽車安全標(biāo)準(zhǔn) 汽車安全法規(guī) 改進(jìn)汽車的安全性，有效地減少汽車道路交通事故造成的損失是汽車行業(yè)的重要工作 之一。在汽車安全法規(guī)的約束下，美 國、歐洲等國