【正文】 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 。 F SM(a)(b)ll 圖 剪力與彎矩圖 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) 45 剛度校核 1． 建立撓曲軸近似微分方程并積分 支架的彎矩方程為 ( ) ( )M x M l x?? 2． 建立撓度方程并求最大撓度 建立轉(zhuǎn)角 ? 與撓度 ? 的方程 21()2M lx xEI? ?? 2311()26M lx xEI? ?? 3． 計(jì)算最大轉(zhuǎn)角 ? 與撓度 ? 10? ???， 6 10? ??? 臺(tái)架平面支架校核 臺(tái)架平面支架 CB 的受力情況 ,見圖 。簡潔的設(shè)計(jì)方案，合理的結(jié)構(gòu)布置，精確的測量方法，繪制的函數(shù)圖象有效反映出了轉(zhuǎn)向柱的彈性，滿足設(shè)計(jì)要求，這些特點(diǎn)具體表現(xiàn)為： 1．臺(tái)架選用工程材料熱扎不等邊角鋼，取材容易，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，明顯降低成本，具有足夠的剛度和強(qiáng)度。汽車已使用了大約兩年 ,行使公里不到三萬。 圖 1 常規(guī)懸架 圖 2 麥弗遜懸架 拉桿通過轉(zhuǎn)向中心或齒輪齒條式轉(zhuǎn)向節(jié)傳力 ,使車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。這些措施包括設(shè)計(jì)欠佳 ,超重 ,不慎應(yīng)力或表面缺陷 ,在關(guān)鍵領(lǐng)域中 , 使用正確的材料和制造工藝 ,熱處理不當(dāng)。汽車被焚毀 ,司機(jī)仍然清醒 ,只 是受到了輕傷。當(dāng)兩個(gè)零散的螺紋部分合在一起 ,說明拉桿末端出現(xiàn)彎曲之前損壞，見圖 3b。低比例的錳和鉻的樣品測試表明 ,最終硬度的一部分將大大減少。這表明拉桿末端花了一些時(shí)間才擺脫瞬間裂紋直至完成斷裂 。 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) 59 圖 6 鏡顯示出典型的脆性斷裂觀察 ,在最后階段的裂紋擴(kuò)展區(qū) 圖 7 鏡中的最后一部分?jǐn)嗫跊Q裂 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) 60 圖 8 密切跟進(jìn)呈現(xiàn)晶和穿晶開裂 圖 9 金相螺紋部分顯示珍珠巖 (指模矩陣 )和鐵氧體 (樣本蝕 刻 2% nital ) 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) 61 定量化學(xué)分析方法進(jìn)行的 EDAX 附加鏡斷口核實(shí)存在其他相關(guān)部件。 3 結(jié)論 本研究進(jìn)行了一個(gè)損壞的拉桿末端研究 S。形成了裂紋 萌生和擴(kuò)展 ,連同最終破裂的裂隙區(qū)支持這個(gè)假說 ,因此 , 同意索賠的 SUV 汽車司機(jī)說 ,事故發(fā)生是由于機(jī)械不相容性，在這種情況下 ,拉桿末端損壞。根據(jù)荷載產(chǎn)生駕駛的 SUV 經(jīng)常和坎坷的道路 , 疲勞裂紋已開始在這些應(yīng)力集中點(diǎn) ,即喉嚨 , 導(dǎo)致斷裂的一部分 ,在瞬間 ,當(dāng)局部應(yīng)力超過材料的 強(qiáng)度。 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) 58 圖 5 鏡顯示裂紋區(qū)域 起源的裂紋四周灘痕跡 . 另外 , 斷口在疲勞區(qū)域已順利外觀紋灘馬克模式顯示 疲勞已經(jīng)開始在一個(gè)點(diǎn)的周長 ,然后橫跨成長骨折區(qū) . 小面積 有粗糙 ,凹凸不平看看那里的最后一部分喉嚨打破了 . 無腐蝕性介質(zhì)上發(fā)現(xiàn)斷裂面 . 脆性斷裂 ,觀察到了最后階段 ,在裂紋看到的，見圖 7。這是一個(gè)典型的疲勞斷裂 ,裂紋起源于邊緣的光滑區(qū)和繁殖實(shí)現(xiàn)粗糙區(qū) ,這是最后的損壞。掃描電子顯微鏡 ( SEM )配備 EDAX 等設(shè)施和一個(gè)光學(xué)顯微鏡被用來進(jìn)行調(diào)查 . 結(jié)果與討論化學(xué)分析用原子吸收光譜進(jìn)行了幾個(gè)地點(diǎn)的損壞螺紋部分的拉桿端的平均值試驗(yàn)結(jié)果列于表 1。外拉桿末端 1:5 部分 ,仍完好 , 除了兩個(gè)疤痕 ,在其周邊可能發(fā)生的螺紋部分分成兩塊。汽車驅(qū)動(dòng) ,近兩年來 ,并已注冊(cè)不到三萬公里。一般而言 ,每類故障根據(jù)損壞的特征 , 并詳細(xì)檢查 ,往往產(chǎn)生足夠的資料以確定損壞的原因 . 一般類型的拉桿失效模式包括疲 勞 ,沖擊斷裂 ,磨損及應(yīng)力破裂。汽車的麥弗遜懸架和齒條齒輪式轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu) , 拉桿連接到機(jī)架上的轉(zhuǎn)向節(jié)，見圖 2。 該拉桿是由兩部分裝配在一起 :螺紋部分和一個(gè)擁抱。 6 結(jié)論 就目前的轉(zhuǎn)向柱臺(tái)架試驗(yàn)來看，多以實(shí)車試驗(yàn)為主，各類試驗(yàn)主要是圍繞轉(zhuǎn)向柱的強(qiáng)度和剛度來進(jìn)行的。 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) 43 BG 1FCBF Ay 圖 向左加載時(shí) B點(diǎn)受力情況 250FN? ， 臺(tái)架支架校 核 臺(tái)架支架 AB的受力情況，見圖 。顯然在 x軸方向上的分力只有 BAF 提供，即 0BAF ? ； 圖 只作用重力時(shí)，設(shè) 1G 方向?yàn)?y 軸方向，垂直于 1G 方向?yàn)?x 軸方向，根據(jù) B點(diǎn)平衡方程 c os c osCB A BX B CA F CA B F? ? ? ? ? ? ? 1 sin sinA B CBY G F CA B F B CA? ? ? ? ? ? ? ? 得 ? ， ? 臺(tái)架支架校核 臺(tái)架支架 AB的受力情況，見圖 。整個(gè)臺(tái)架會(huì)受到向左、向右和向下三個(gè)方向的加載力，現(xiàn)在分別對(duì)此三個(gè)加載力施加時(shí)臺(tái)架的受力和變形進(jìn)行上海工程技術(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) 30 分析計(jì)算，并校核剛度和強(qiáng)度。 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) 26 1－ U型鎖； 2－力傳感器； 4－套環(huán)； 5－加載 裝置； 6－固定架 圖 試驗(yàn)加載裝置 由于安裝的誤差，加載力所在平面和轉(zhuǎn)向盤中心所在平面并不重合，它們上下偏移產(chǎn)生了偏差 ， 見圖 。 F 圖 拉線式傳感器測量原理示意 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) 25 這時(shí)拉線式測量將會(huì)有較大的偏差，所需測量的應(yīng)該是 X軸方向上的位移，即所需測量的位移是直角邊；而實(shí)際測量到的是中心點(diǎn)所經(jīng)過的軌跡是斜邊。所以臺(tái)架支架與臺(tái)架平面的連接需要安裝連接角鐵，見圖 。 圖 臺(tái)架平面支架裝配示意圖 臺(tái)架平面鋼板 臺(tái)架平面由上下二塊鋼板組成。見圖 。 臺(tái)架結(jié)構(gòu) 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) 18 由于試驗(yàn)車內(nèi)部空間有限，臺(tái)架如果使用整體式結(jié)構(gòu)，安裝和加工均不便，且質(zhì)量過重不便于調(diào)節(jié)，因此選用角鐵搭建，材料獲取方便，結(jié)構(gòu)實(shí)用簡潔，能夠保證足夠的剛度和強(qiáng)度。sin0cosLBL??????????? ???? ??????????????????????? () 轉(zhuǎn)向盤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) oCB39。 Ozxy 圖 坐標(biāo)系 OXYZ 使用空間變換矩陣的方法確定轉(zhuǎn)向盤中心的調(diào)整坐標(biāo)。方向盤調(diào)整在最前位置。 試驗(yàn)后檢查樣品的損壞情況。測量誤差不大于 2％。在二次沖撞中應(yīng)有足夠的剛度使安全氣囊的功能得以發(fā)揮，且在非軸向力作用下，轉(zhuǎn)向柱不得彎曲。為減輕轉(zhuǎn)向 盤對(duì)乘員造成的傷害，在汽車設(shè)計(jì)時(shí)必 須要考慮應(yīng)用吸能型轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向管柱和轉(zhuǎn)向 軸，在乘員撞向轉(zhuǎn)向盤時(shí)，使轉(zhuǎn)向盤后移，減少乘員的傷害。 20xx 年 4 月 1 日，國家將此項(xiàng)檢驗(yàn)列入當(dāng)時(shí)汽車型式認(rèn)證（公告） 40 項(xiàng)強(qiáng)制檢測項(xiàng)目中。 1998年對(duì)正面碰撞法規(guī) ECE R94進(jìn)行修訂，將碰撞形態(tài)由 50 km／ h帶 ASD的 3O186。正面碰撞 試驗(yàn)法規(guī)為美國的 FMVSS208和歐洲的 ECER94，側(cè) 面碰撞試驗(yàn)法規(guī)為FMVSS 214和歐洲的 ECE R95。其他標(biāo)準(zhǔn)是推薦性標(biāo)準(zhǔn)，國家鼓勵(lì)企業(yè)自愿采用。 實(shí)踐證明，這是一項(xiàng)切實(shí)可行并且效果十分顯著的措施。 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。 本文主要論述了乘用車轉(zhuǎn)向柱徑向彈性實(shí)驗(yàn)臺(tái)架設(shè)計(jì)的理念，依據(jù)上海大眾轉(zhuǎn)向柱總成強(qiáng)度和功能要求，合理設(shè)計(jì)安裝在試驗(yàn)車內(nèi)部的試驗(yàn)臺(tái)架。生產(chǎn)廠商也根據(jù)國家的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)制定了針對(duì)自己產(chǎn)品的各種標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)。交通事故原因的統(tǒng)計(jì)分析表明，以預(yù)防事故發(fā)生的主動(dòng)安全性只能避免 5％的事故，因 此提高汽車被動(dòng)安全性日趨重要。 法規(guī)中比較有代表性的是美國的聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車安全法規(guī)(FMVSS)和歐洲法規(guī) (ECE和 EEC)]，法規(guī)中關(guān)于乘員保護(hù)指標(biāo)的規(guī)定是法規(guī)檢驗(yàn)的核心內(nèi)容。不符合強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，禁止生產(chǎn)、銷售和進(jìn)口。 表 我國 20xx年交通事故統(tǒng)計(jì)結(jié)果 碰撞次數(shù) 死亡人數(shù) 受傷人數(shù) 數(shù)量 百分比 數(shù)量 百分比 數(shù)量 百分比 合計(jì) 773137 100 lO9381 100 562074 100 正面碰撞 244776 31． 66 41325 37． 78 206225 36． 69 側(cè)面碰撞 258846 33． 48 29620 27． 08 206l69 36． 68 追尾碰撞 l29655 l6． 77 l5521 14． 19 75655 l3． 46 其他 226220 l8． 09 229l5 20． 95 14O00 l3． 17 國外汽車碰撞標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的發(fā)展 目前國際上實(shí)車碰撞試驗(yàn)法規(guī)主要有美國的 FMVSS和歐盟的 ECE兩大體系，其他國家的技術(shù)法規(guī)大多是參照上述兩大法規(guī)體系制定的。 歐盟于 1995年同時(shí)頒布正面碰撞試驗(yàn)法規(guī) ECE R94和側(cè)面碰撞法規(guī)ECE R95，在此之前對(duì)正面碰撞已有其他法規(guī)。 我國汽車碰撞標(biāo)準(zhǔn)的制定情況 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) 9 我國于 1999年 10月 28日由原國家機(jī)械工業(yè)局發(fā)布了汽車法規(guī) CMVDR（ chilIa Motor VeMole Design Rule） 294《汽車正面碰撞乘員保護(hù)的設(shè)計(jì)規(guī)則》 , 這是我國 頒布的第一項(xiàng)汽車技術(shù)法規(guī) , 目前 CMVDR294 的適用范圍是新上目錄的 M1 類基本車型 。 在乘員沒有系安全帶或使用安全氣 囊的情況下，汽車轉(zhuǎn)向盤可能對(duì)乘員造成 頭部、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) 10 頸部、胸部等傷害?？墒湛s吸能構(gòu)件不僅要有吸能防傷的作用還應(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度，以保證正常的轉(zhuǎn)向力 傳遞及其它功能件 (如變速桿、組合開關(guān)等 )能正常工作。測出總成的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。 扭轉(zhuǎn)疲勞壽命試驗(yàn) 將總成與轉(zhuǎn)向器聯(lián)接的一端固定，從方 向盤一端施加正反方向轉(zhuǎn)矩。在方向盤上分別向左、右施加 250N和向下施加 600 N的作用力，并同時(shí)測量在各個(gè)力方向上的相應(yīng)位移。 以轉(zhuǎn)向盤旋轉(zhuǎn)中心為原點(diǎn)、下加載力方向?yàn)?X 軸，左右加載力為 Y 軸，轉(zhuǎn)向盤垂直方向?yàn)?Z 軸，建立 O XYZ? 坐標(biāo)系，見圖 。 轉(zhuǎn)向盤軸向運(yùn)動(dòng) 實(shí)驗(yàn)要求在進(jìn)行轉(zhuǎn)向盤徑向彈力測試時(shí)，轉(zhuǎn)向盤必須調(diào)整在最前位置，因此轉(zhuǎn)向盤的軸向運(yùn)動(dòng)不于考慮，即 0c? ，代入式 39。 arctan ABCB? ? ， sinABAC ?? ，將已知數(shù)值代入，得 ???， 1044AC mm? 將數(shù)值帶入