【文章內容簡介】 式汽車轉向器總成， 不適用于動力轉向器 。 本標準包括下列三種試驗： a. 性能試驗 b. 強度試驗 c. 疲勞壽命試驗 。 強度試驗中 靜扭試驗的試驗條件為搖臂軸或齒條應在兩極端位置以外的任意位置固定。試驗方法： a. 將轉向器固定，轉向搖臂軸或齒條固定，在輸入軸上施加規(guī)定的扭矩載荷測出輸入的扭矩隨輸入軸扭角變化的曲線； b. 測量誤差不得大于 5%； c. 試驗后，檢查零件損壞情況。 2） QC／ T 52920xx 汽車動力轉向器總成臺架試驗方法。 本標準適用于汽車常流式液壓動力轉向器總成，不適用于全液壓轉向器 。 本標準規(guī)定下列試驗方法： a. 性能試驗； b. 可靠性試驗 。 強制轉向試驗將總成安裝在試驗臺架上，試驗時油泵不工作，轉動輸入端，調整輸出端載荷，使輸入端上的轉矩分別為 125Nm（輸出力矩 ≤ 2500Nm 的總成）或 175Nm＞的總成），完成 10 個循環(huán)。試驗后繼續(xù)按 功能試驗 進行試驗。 3） QC／ T 5631999 汽車轉向盤試驗方法。 本標準規(guī)定了轉向盤試驗方法，適用于金屬骨架包覆塑料的汽 車、拖拉機用轉向盤。 轉向盤受力變形試驗包括軸向力試驗、轉向扭力試驗。其目的是轉向盤在受軸向力和轉向扭力的情況下，檢查軸向和切向變形情況。軸向力試驗（整體加載法）試驗條件：負荷 P 垂直加在轉向盤的上面，保持 20min。試驗步驟：在轉向盤的輪緣上標記測量點，以便測定轉向盤輪緣的外徑和轉向盤高度變上海工程技術大學畢業(yè)設計 （論文） 乘用車方向盤動態(tài)強度試驗裝置的設計 20 化。首先用卡尺和直尺在標記點上測量輪緣的外徑和轉向盤高度，然后把轉向盤輪緣朝地平面水平放置在光潔、平整的鐵板上，鐵板厚度不應小于10mm。轉向盤上部加載，在負荷 P 下保持 20min 后卸載，室溫放置 20min。測定在標記點上的 外徑和高度，并求出永久變形量。（注：負荷 P，根據轉向盤結構和適用車型由供需雙方確定。） 轉向扭力試驗試驗條件：負荷P 加在轉向盤輪緣的切線方向，測量點應在加載點對面輻條上，離軸心 L處， L 的大小為輻條長度的 4/5。（注：負荷 P，根據轉向盤結構和適用車型，由供需雙方協(xié)商確定。）試驗步驟：把轉向盤裝配在與轉向軸相同的夾具上，夾具固定在方箱上，將百分表測量頭放在指定的位置上，并調到零點。開始加載荷，在負荷 P 下保持 20min 后卸載，室溫放置 20min，讀出百分表讀數，并求出扭轉永久變形量 。 4 試驗裝置的設計 試驗條件 本課題設計的方向盤 動態(tài)強度試驗裝置主要是用來檢測方向盤骨架在受到支撐力和扭轉力作用時方向盤產生的受力變形和損壞情況，找出方向盤存在的質量缺陷，從而改進完善方向盤的設計， 提高方向盤在汽車 任何 行駛狀況下的 質量 安全性。 上海工程技術大學畢業(yè)設計 （論文） 乘用車方向盤動態(tài)強度試驗裝置的設計 21 表 支撐力試驗 條件 ① 支撐力試驗 試驗力 FAD = 100177。 200N 頻率 /波形 f = 1~3Hz/正弦 循環(huán)數 N50% ≥ 180,000 次 偏差 SLOG ≤ 失效標準 裂紋 ≥ 5mm，或螺栓及鉚接松懈，或 NG≥ 360,000 次 試件 數量 ≥ 4 示意圖 表 扭轉 力試驗 條件 ② 扭轉力試驗 試驗力 FTD = 177。 250N 頻率 /波形 F = 1~3Hz/正弦 循環(huán)數 N50% ≥ 180,000 次 偏差 SLOG ≤ 失效標準 裂紋 ≥ 5mm，或螺栓及鉚接松懈，或 NG≥ 360,000 次 試件數量 ≥ 4 示意圖 試驗裝置 設計 原理 針對方向盤骨架的動態(tài)強度檢驗有兩種基本試驗載荷要求，即扭轉力試驗和支撐力試驗。扭轉力試驗是檢驗方向盤在 駕駛員 正常的 功能性操作條件下的承載耐久強度，而支撐力 試驗則是檢驗方向盤在駕駛員 非正常或習慣性地在大致垂直于方向盤切向的方向上施加載荷的耐久強度。這兩個試驗在不同版本 的試驗標準中，其載荷和載荷方向是有所不同的。這些試驗條件的改進原因或合理性可由個人的理解來評判，但是有一點 應該做上海工程技術大學畢業(yè)設計 （論文） 乘用車方向盤動態(tài)強度試驗裝置的設計 22 到，即必須保證試驗載荷的準確性，不管按哪一個標準來進行試驗。 兩個試驗的載荷導入基本要求是通過方向盤骨架外圈截面中心按規(guī)定方向和大小施加純力（沒有任何附帶力矩）。按這一要求，比較直觀或理想化的做法是采用一球面軸承來連接試件，使施力桿作用于試件一端的球鉸中心和方向盤骨架外圈截面中心重合。但 這樣考慮必須把球鉸做成“ half”才能套上試件，而被做成“ half”的球心為與試件固定被夾緊后要保證兩邊“ half”在同一球面上是幾乎不可能的?，F在使用 4 個球鉸搭成一個使十字架繞開中心（兩正交回轉軸的交點，即方向盤骨架外圈截面中心）的十字 機構 ，可以消除繞兩個正交回轉軸的力矩傳遞，而另一繞垂直于兩正交回轉軸的軸向力矩則可通過在施力桿的另一端（與力傳感器或作動缸聯(lián)接端）處設置的球鉸來解除，軸向力傳遞是沒有問題的。 試驗裝置各部件的設計 1. 正交輸出軸線 由兩個球鉸的球心連線構成。與正交輸入軸線垂直并相 交于方向盤骨架外圈截面中心。 2. 正交輸入軸線 由兩個球鉸的球心連線構成。與正交輸出軸線垂直并相交于方向盤骨架外圈截面中心。 3. 輸入梁 與施力桿連接，作為載荷輸入的橋梁 。 4. 繞開中心的“十字架” 即十字 萬向節(jié) 中的“十字架”。但為了避免其與試件干涉，在軸向（加上海工程技術大學畢業(yè)設計 （論文） 乘用車方向盤動態(tài)強度試驗裝置的設計 23 力方向）上作了偏移。另外扭轉力試驗的這一零件還必須做成框形才能避開試件（方向盤骨架外圈）。 5. 輸入軸球鉸 構成正交輸入軸線的兩個球鉸 。 6. 輸出軸球鉸 構成正交輸出軸線的兩個球鉸 。 7. 輸入軸球鉸 輸入梁連接塊 連接輸入軸球鉸和輸入梁。 在扭轉力試驗中其長短應考慮使輸入梁不碰方向盤骨架外圈。 8. 輸出軸球鉸墊塊 在扭轉力試驗中，為輸出軸球鉸與安裝連接塊的過渡件，它可調整兩個輸入軸球鉸的間距。在支撐力試驗中，為輸出軸球鉸與“十字架”的過渡件，它可調整“十字架”的軸向偏距。 9. 輸入軸球鉸 “十字架”連接球夾頭 為輸入軸球鉸與“十字架”的連接件。它也決定“十字架”在軸向（施力方向）上的偏距。 10. 安裝內夾緊件 為試件的直接固定（接觸）件。 11. 安裝外夾緊件 為試件的間接固定（夾緊）件。作為安裝內夾緊件和安裝連接塊的中間過渡，通過它可 以調整試件與整個夾具的相對方向。 12. 安裝連接塊 上海工程技術大學畢業(yè)設計 （論文） 乘用車方向盤動態(tài)強度試驗裝置的設計 24 連接輸出軸球鉸（或球鉸墊塊）和安裝外夾緊件。在扭轉力試驗中，它可以決定輸出軸線與輸入軸線的相對夾角（是否正交）。 試驗裝置的材料 除了夾緊方向盤的外夾緊件用鋼材料外，試驗裝置其余各零部件都采用鋁合金材料。 鋁合金是純鋁加入一些合金元素制成的，如鋁 錳合金、鋁 銅合金、鋁 銅 鎂系硬鋁合金、鋁 鋅 鎂 銅系超硬鋁合金。鋁合金比純鋁具有更好的物理力學性能：易加工、耐久性高、適用范圍廣、裝飾效果好、花色豐富。鋁合金分為防銹鋁、硬鋁、超硬鋁等種類，各種類 均有各自的使用范圍，并有各自的代號，以供使用者選用。 鋁合金仍然保持了質輕的特點，但機械性能明顯提高。鋁合金材料的應用有以下三個方面：一是作為受力構件；二是作為門、窗、管、蓋、殼等材料；三是作為裝飾和絕熱材料。利用鋁合金陽極氧化處理后可以進行著色的特點，制成各種裝飾品。鋁合金板材、型材表面可以進行防腐、軋花、涂裝、印刷等二次加工，制成各種裝飾板材、型材，作為裝飾材料。 成本低，而且使用一種加工工藝可以大量生產同樣的零部件，這也是 它 的特點之一。 它的材料特性是輕、容易加工、以及在可耐強度方面不 像 碳素纖維有一個最大受力范圍。這是什么意思呢？也就是說，碳素纖維因為有纖維的特性所以在一定的纖維方向上受力能力很強，但是在在別的方向上的受力就會很差。在制造一個比較大的零部件時可能會使用好幾層碳素纖維，在超過受力能力時該 零部件就會 像 酥餅一樣變得一層一層的。而鋁合金在承上海工程技術大學畢業(yè)設計 （論文） 乘用車方向盤動態(tài)強度試驗裝置的設計 25 受了一定的力量后，會慢慢變形再損壞。 試驗裝置結構示意圖 圖 支撐力試驗臺及夾具 2. 正交輸入軸線 方向盤骨架外圈 5. 輸入軸球鉸 6. 輸出軸球鉸 7. 輸入軸球鉸 輸入梁連接塊 3. 輸入梁 9. 輸入軸球鉸 “十字架”連接球夾頭 12. 安裝連接塊 10. 安裝內夾緊件 11. 安裝外夾緊件 8. 輸出軸球鉸墊塊 4. 繞開中心的“十字架” 1. 正交輸出軸線 上海工程技術大學畢業(yè)設計 （論文） 乘用車方向盤動態(tài)強度試驗裝置的設計 26 圖 扭轉力試驗臺及夾具 4. 繞開中心的“十字架” 2. 正交輸入軸線 1. 正交輸出軸線 方向盤骨架外圈 5. 輸入軸球鉸 6. 輸出軸球鉸 7. 輸入軸球鉸 輸入梁連接塊 3. 輸入梁 9. 輸入軸球鉸 “十字架”連接球夾頭 12. 安裝連接塊 10. 安裝內夾緊件 11. 安裝外夾緊件 8. 輸出軸球鉸墊塊 繞開中心的“十字架”正交輸出軸線上海工程技術大學畢業(yè)設計 （論文） 乘用車方向盤動態(tài)強度試驗裝置的設計 27 5 傳力裝置 設計 傳力裝置 設計方案 在試驗中由于外力無法準確地直接施加到方向盤骨架上 ，因此要用一個 能夠傳遞力 的裝置來解決這一個問題， 所以 就 需要用到 了 萬向節(jié) 這個東西。 萬向節(jié) 的結構和作用有點象人體四肢上的關節(jié)，它允許被連接的零件之間的夾角變化。但它與肢體關節(jié)的活動形式又有所不同，它僅允許夾角在一定范圍內變化。 萬向節(jié) 有十字軸式剛性 萬向節(jié) ，準等速 萬向節(jié) （雙聯(lián)軸式和三銷軸式），等速 萬向節(jié) （球叉式和球籠 式），擾性 萬向節(jié) 等 。 目前應用最廣的一種普通 萬向節(jié) 由 萬向節(jié) 叉、十字軸等基本零件構成。十字軸裝配在 萬向節(jié) 叉上做連接，十字軸的軸頭上裝有滾針軸承，當軸頭接入 萬向節(jié) 叉時，十字軸與 萬向節(jié) 叉之間就可以有相對旋轉，也就產生了多角度變化。 萬向節(jié) 叉上的花鍵連接又可以做小許的軸向移動，這樣就適應了夾角和距離同時變化的需要。 在本試驗裝置中，為了能夠很好地固定住方向盤， 并且 使作用力準確地施加到方向盤上，傳力裝置決定做成十字軸式萬向節(jié)的形狀， 把方向盤固定在十字的中心。 傳力裝置 設計原理 萬向節(jié) 的作用是在不同軸線上的軸之 間進行轉矩傳遞，所能傳遞載荷的大小受到材料性能的限制。因此，在評價 萬向節(jié) 性能時，首要的任務是確定滾動體與其軌道之間的壓力。 另外，還必須分別考慮它是受長期載荷上海工程技術大學畢業(yè)設計 （論文） 乘用車方向盤動態(tài)強度試驗裝置的設計 28 的作用，還是受短期載荷的作用：對長期載荷，應力狀態(tài)是動態(tài)的， 萬向節(jié) 必須能經受住數百萬次循環(huán)應力的作用；對短期載荷，應力狀態(tài)是準靜態(tài)的， 萬向節(jié) 應設計成不會發(fā)生過大的塑性變形。 在本試驗裝置中，傳力裝置將使用十字軸式萬向節(jié)的傳動原理，并且做成類似于十字軸式萬向節(jié)的形狀卻不與十字軸式萬向節(jié)相同。 在支撐力試驗中，外力作用桿前端做成螺栓形狀，與試驗裝置 里呈水平方向 的 輸入梁上中心的螺紋孔連接擰緊，輸入梁 由此受到外力作用，通過梁兩端與輸入軸球鉸連接的輸入梁連接塊把力傳遞給 兩個輸入軸球鉸，輸入軸球鉸再把力傳給與之連接的剛性十字架，十字架受 力 后沿受力方向運動，帶動與之連接的呈豎直方向的兩個輸出軸球鉸 ，輸出軸球鉸再把力傳到夾緊方向盤的內、外夾緊件上 ，通過這一系列的傳遞，作用力終于傳到方向盤上。 其中，兩個 水平方向 輸入軸球鉸與兩個 豎直方向輸出軸球鉸呈十字形狀分布，與十字軸式萬向節(jié)形狀極為相近，方向盤則置于十字連線的中心，如此便形成了一個完整的傳力裝置。 十字軸有兩種設計方式，分 為按彎曲強度和按表面應力。本傳力裝置將 按表面應力設計 十字軸。 按照一般理解表面壓強是指作用于零件表面 dA 的作用力 dQ ，即p dQ dA? ，由此可得 Q dQ pdA????。 假定物體表面是由于子午線 AB繞 Z 軸旋轉形成的。表面上的任意點由坐標 Z 和 XZ 平 面形成 1? 角的子午線共同確定