乘用车方向盘动态强度试验装置的设计毕业论文(编辑修改稿)

乘用车方向盘动态强度试验装置的设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

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） QC／ T 52920xx 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 功能试验 进行试验。 3） QC／ T 5631999 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 20 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，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 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。 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 21 表 支撑力试验 条件 ① 支撑力试验 试验力 FAD = 100177。 200N 频率 /波形 f = 1~3Hz/正弦 循环数 N50% ≥ 180,000 次 偏差 SLOG ≤ 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 扭转 力试验 条件 ② 扭转力试验 试验力 FTD = 177。 250N 频率 /波形 F = 1~3Hz/正弦 循环数 N50% ≥ 180,000 次 偏差 SLOG ≤ 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 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 22 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。 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 23 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 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 24 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）。 试验装置的材料 除了夹紧方向盘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 25 受了一定的力量后，会慢慢变形再损坏。 试验装置结构示意图 图 支撑力试验台及夹具 2. 正交输入轴线 方向盘骨架外圈 5. 输入轴球铰 6. 输出轴球铰 7. 输入轴球铰 输入梁连接块 3. 输入梁 9. 输入轴球铰 “十字架”连接球夹头 12. 安装连接块 10. 安装内夹紧件 11. 安装外夹紧件 8. 输出轴球铰垫块 4. 绕开中心的“十字架” 1. 正交输出轴线 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 26 图 扭转力试验台及夹具 4. 绕开中心的“十字架” 2. 正交输入轴线 1. 正交输出轴线 方向盘骨架外圈 5. 输入轴球铰 6. 输出轴球铰 7. 输入轴球铰 输入梁连接块 3. 输入梁 9. 输入轴球铰 “十字架”连接球夹头 12. 安装连接块 10. 安装内夹紧件 11. 安装外夹紧件 8. 输出轴球铰垫块 绕开中心的“十字架”正交输出轴线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 27 5 传力装置 设计 传力装置 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 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。 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 28 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与之连接的刚性十字架，十字架受 力 后沿受力方向运动，带动与之连接的呈竖直方向的两个输出轴球铰 ，输出轴球铰再把力传到夹紧方向盘的内、外夹紧件上 ，通过这一系列的传递，作用力终于传到方向盘上。 其中，两个 水平方向 输入轴球铰与两个 竖直方向输出轴球铰呈十字形状分布，与十字轴式万向节形状极为相近，方向盘则置于十字连线的中心，如此便形成了一个完整的传力装置。 十字轴有两种设计方式，分 为按弯曲强度和按表面应力。 本传力装置将 按表面应力设计 十字轴。 按照一般理解表面压强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。 假定物体表面是由于子午线 AB绕 Z 轴旋转形成的。 表面上的任意点由坐标 Z 和 XZ 平 面形成 1 角的子午线共同确定。