【正文】 斷口特征表明 , 損壞的拉桿末端，疲勞失效是主要原因 ,。如表所示 ,由微觀珍珠巖 (指紋外觀 )和鐵氧體 (暗色 )。 重大疲勞裂紋均出現(xiàn)在順利地區(qū)的斷裂面。這表明拉桿未處理妥當(dāng) ,因為剛度拉桿 ,一般預(yù)計射程為 50 宗。顯然 ,斷裂發(fā)生在咽喉區(qū)的螺紋部分 ,如果強(qiáng)調(diào)的是預(yù)期 高 ,由于降低橫截面積及應(yīng)力集中 . 進(jìn)一步檢查的螺紋部分進(jìn)行 ,以確定確切的損壞原因。 經(jīng)銷商將事故歸咎于不小心駕駛行為 ,駕駛員疏忽駕駛撞上護(hù)欄 ,并上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 乘用車轉(zhuǎn)向柱徑向彈性試驗裝置的設(shè)計 55 導(dǎo)致車輛損壞。 所調(diào)查的案例涉及損壞的外層部分汽車?yán)瓧U。 車輛的轉(zhuǎn)向和懸架系統(tǒng)應(yīng)定期檢查 , 每年至少一次。用配備 EDAX 的電子顯微鏡( SEM ) 檢查損壞的表面來確定理想?yún)^(qū)域內(nèi)的一部分化學(xué)成分 。加載裝置結(jié)構(gòu)中運用到了推力球軸承來減少螺母與平面的摩擦系數(shù)，提高加載效率。校核結(jié)果顯示，最大撓度發(fā) 生在向下加載時的 CB ， m ax 9mm? ? ，由于此撓度發(fā)生的方向在轉(zhuǎn)向盤的軸向方向上，對試驗測量的徑向方向的位移基本沒有影響；其他情況下，支架的撓度都完全滿足測量要求。 4b的剪力圖可知 ? ， cm? ， 6b mm? 最大彎曲切應(yīng)力發(fā)生在中性軸上。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 乘用車轉(zhuǎn)向柱徑向彈性試驗裝置的設(shè)計 31 臺架平面總質(zhì)量 =臺架平面支架質(zhì)量 +臺架鋼板質(zhì)量 0 .6 9 5 .9 3 5 4 1 6 .3 8M k g? ? ? ?臺 支 ， kg?板 ； M M k g? ? ?總 臺 支 板 1 5 1 .3 4 9 .8 5 0 3G M g N? ? ? ? ?總 將重力 1G 簡化到 B點，此時在 B點產(chǎn)生一個逆時針方向的力矩 BM 1 1( ) c o s 6 0 5 0 3 0 . 2 6 6 5 . 3 92BM G D C B C N m? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 臺架支架質(zhì)量 M支 = 35 7 kg?? 2 2 .9 7 9 .8 2 9 .1G M g N? ? ? ? ?支 將上述計算結(jié)果匯總，得 1 503GN? ， 2 ? ， N m??， 460abl mm? ， 540cbl mm? ，800cdl mm? ； 77CAB? ? ?， 60BCA? ? ?。 本試驗是一個循環(huán)加載過程，首先從零加載到試驗所需載荷，再釋放載荷，這樣將會得到二根函數(shù)圖象，在理想狀態(tài)下，這二根圖象應(yīng)該是重合的，但是在 試驗時，會有如下原因?qū)е箩尫偶虞d函數(shù)圖象的零位偏移： 1. 轉(zhuǎn)向柱總成安裝誤差； 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 乘用車轉(zhuǎn)向柱徑向彈性試驗裝置的設(shè)計 28 2. 試驗臺架的安裝誤差。 圖 千分表和激光位移傳感器測量原理示意 加載裝置的設(shè)計 加載力需要保證平穩(wěn)循環(huán)施加和釋放，并且處于轉(zhuǎn)向盤所在平面，與中心參考點處于同一軸線上。試驗時拔出轉(zhuǎn)向盤定位螺栓，將球針螺栓固定在轉(zhuǎn)向盤上，見圖 。 臺架平面支架與臺架平面鋼板的連接 由于打孔、開槽等加工上的誤差，在采用螺栓連接的時候，存在一定的間隙，從而導(dǎo)致試驗測量數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確。 下支架 角鐵：一面分別在二端開一個孔和二個孔，一孔端與底架配合上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 乘用車轉(zhuǎn)向柱徑向彈性試驗裝置的設(shè)計 20 固定，二孔端與上支架配合；另一面在二孔端處再開三個孔，用來固定臺架。 二塊鋼板組成臺架的操作平面，用來安裝傳感器和加載裝置 臺架支架 同樣用二個角鐵，支撐臺架。 設(shè)轉(zhuǎn) 向軸與 X 軸夾角為 BOX ?? ＝ ， BCA ???， A 點坐標(biāo)為 00( , )xy ，根據(jù)式 00c os ( )s in( )x C Ay C A????? ? ???? ? ?? ???????????????????? () 當(dāng)轉(zhuǎn)向盤旋轉(zhuǎn)了 ( 15 15 )??? ? ? ?后， 39。YaR E R? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ?????????????????????? () 將式 ，得 ( ) c os ( ) si n( ) si n ( ) c osx a z cR y bx a z c??????? ? ????? ??????? ? ? ??? ????????????? () 點 R 就是 Z 方向上點的移動軌跡。轉(zhuǎn)向盤沿軸向位移有 30mm 的伸縮量。實驗?zāi)康脑谟诒ＷC轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)有防 傷吸能作用的前提下，測量其剛度是否達(dá)到要求。試驗后，檢查樣品的損壞情況。測量誤差不大于 2％。我國于 1989年發(fā)布了 《防止汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)對駕駛員傷害的規(guī)定》 (GBll557— 1989)，并于 1998年進(jìn)行了修訂，修訂后的標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的性能指標(biāo)和試驗方法與美、歐、日的技術(shù)法規(guī)基本一致，所以已達(dá)到了與國際同類標(biāo)準(zhǔn)接軌， GBll557— 1998主要參照EEC和 ECE，同時也參照了日本 TRAIsll一 4— 6標(biāo)準(zhǔn)。至此，我國已建立汽車正面碰撞、側(cè)面碰撞，以及后碰撞三位一體的汽車碰撞國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)體系。 日本也已頒布實施正面碰撞的安全基準(zhǔn) TRAIS11430，并于 1997年進(jìn)行了強(qiáng)化修正，由開始適用的長頭轎車擴(kuò)大到平頭型及多用途轎車和小型、微型貨車上，擴(kuò)大了法規(guī)約束車型的范圍，強(qiáng)化了安全性能要求。鑒于該現(xiàn)象，美國公路交通 安全管理局(NHTSA)提出采用以實車碰撞方式來 評價乘員在側(cè)碰撞事故中的 傷害程度的試驗方法。 汽車碰撞標(biāo)準(zhǔn) 汽車正面碰撞、側(cè)面碰撞是最常見的兩類交通 事故，表 國 20xx年交通事故統(tǒng)計結(jié)果，在我國道路交通環(huán)境下，側(cè)面碰撞是發(fā)生頻上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 乘用車轉(zhuǎn)向柱徑向彈性試驗裝置的設(shè)計 7 次最高的事故形態(tài)，但是正面碰撞事故造成的死亡人數(shù)最多。 1989年 4月我國開始實施《中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)化法》，將標(biāo)準(zhǔn)分為國家標(biāo)準(zhǔn)、上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 乘用車轉(zhuǎn)向柱徑向彈性試驗裝置的設(shè)計 6 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，同時又將國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)分為強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)和推薦性標(biāo)準(zhǔn)，對于保障人體健康，人身、財產(chǎn)安全的標(biāo)準(zhǔn)和法律、行政法規(guī)規(guī)定強(qiáng)制執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)是強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。 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。 汽車的安全性可劃分為主動安全性和被動安全性。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)對駕駛員的傷害，又要穩(wěn)妥的固定并支撐轉(zhuǎn)向盤。 設(shè)計中運用 AUTOCAD進(jìn)行工程圖的繪制。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。 我國對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)以及整個國家標(biāo)準(zhǔn)化工作的發(fā)展是密不可分的。 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。 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。自 1996年開始，前排安全氣 囊已成為轎車標(biāo)準(zhǔn)配置。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，至此我國真正擁有了自己的汽車正面碰撞標(biāo)準(zhǔn)。 防止汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)對駕駛員傷害的 試驗方法和技術(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)。 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)的要求及試驗方法 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 乘用車轉(zhuǎn)向柱徑向彈性試驗裝置的設(shè)計 11 根據(jù)汽車行業(yè)國家標(biāo)準(zhǔn) QC/T 64920xx(2000707發(fā)布， 20xx0101實施 ) 汽車轉(zhuǎn)向傳動軸總成性能要求及試驗方法可知轉(zhuǎn)向傳動軸總成有如下試驗： 總成間隙試驗 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。測出滑動花鍵拉出時的起動力。 3 轉(zhuǎn)向柱徑向彈性測試 在滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的前提下，不同汽車廠家對于轉(zhuǎn)向傳動軸總成有著不上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 乘用車轉(zhuǎn)向柱徑向彈性試驗裝置的設(shè)計 12 同的試驗標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 乘用車轉(zhuǎn)向柱徑向彈性試驗裝置的設(shè)計 13 4 轉(zhuǎn)向柱徑向彈性測試臺架設(shè)計 設(shè)計目標(biāo) 試驗臺架必須能夠安裝在試驗車內(nèi)，加工方便、結(jié)構(gòu)實用簡潔、有足夠的剛度和強(qiáng)度，能滿足試驗要求，適用性好； 試驗臺架能根據(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。R 坐標(biāo) 39。Ayx 圖 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動簡圖 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 乘用車轉(zhuǎn)向柱徑向彈性試驗裝置的設(shè)計 17 轉(zhuǎn)向盤旋轉(zhuǎn)時，臺架與其視為一個整體，構(gòu)成一個三角形，見圖 。 臺架平面 臺架平面主要由四根角鐵和二塊鋼板構(gòu)成。 圖 底面角鐵 臺架平面 整體式臺架平面結(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。因為在對轉(zhuǎn)向盤施加加載力的時候，轉(zhuǎn)向盤與車體是剛性連接，而車體與地面卻不是，而此時加載力有使車體平移的趨勢，因此需要將試驗臺架與外部剛體進(jìn)行剛性連接，見圖 。 轉(zhuǎn)向盤中間位置參考點的設(shè)置 圖 球針螺栓 圖 參考點球針螺栓安裝示意圖 參考點必須與轉(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（論文） 乘用車轉(zhuǎn)向柱徑向彈性試驗裝置的設(shè)計 24 要牢固穩(wěn)定。 使用千分表和激光位移傳感器，能夠避免上述問題，見圖 。向上的作用力勢必會導(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)向盤實際受到的徑向力，而傳感器測量到的是實際施加的加載力，即當(dāng)力傳感器顯示施加的力為 600N時，轉(zhuǎn)向盤受到的實際徑向載荷要小與這個數(shù)值 ，這也就意味著測量到加載力 —— 位移關(guān)系不準(zhǔn)確。 ABCG 1FG 2DE 1G 是臺架平面支架 CE的重量， D是重心； 2G 是臺架支架 AB的重量，重心在 AB中點。 F NF SM(a)(b)(c) 圖 軸力、剪力與彎矩圖 剛度校核 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 乘用車轉(zhuǎn)向柱徑向彈性試驗裝置的設(shè)計 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（論文） 乘用車轉(zhuǎn)向柱徑向彈性試驗裝置的設(shè)計 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?