轉(zhuǎn)向管柱總成的性能設(shè)計(jì)要求及疲勞壽命試驗(yàn)項(xiàng)目的研究分析

轉(zhuǎn)向管柱總成是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的最基本組成部分之一。它是決定汽車行駛安全性與可靠性的關(guān)鍵部件。如何保證轉(zhuǎn)向管柱總成符合設(shè)計(jì)的性能要求是我們最關(guān)注的問題，特別是對(duì)轉(zhuǎn)向管柱總成的疲勞壽命試驗(yàn)，是保證和提高產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

我國(guó)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)汽車轉(zhuǎn)向管柱產(chǎn)品性能要求及試驗(yàn)方法在“QC/T649-2000《汽車轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸總成性能要求及試驗(yàn)方法》”的標(biāo)準(zhǔn)中做了明確規(guī)范。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)汽車轉(zhuǎn)向管柱總成進(jìn)行疲勞壽命試驗(yàn)。

近幾年來，由于國(guó)內(nèi)外汽車生產(chǎn)商對(duì)汽車轉(zhuǎn)向管柱總成的疲勞壽命試驗(yàn)內(nèi)容和要求在不斷更新和提高，本公司產(chǎn)品試驗(yàn)室對(duì)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范中疲勞壽命試驗(yàn)的項(xiàng)目也在不斷增加。在QC/T649-2000《汽車轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸總成性能要求及試驗(yàn)方法》中條款5.5扭轉(zhuǎn)疲勞壽命試驗(yàn)的基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步的補(bǔ)充（主要內(nèi)容依據(jù)汽車生產(chǎn)商的要求，以及提供的相關(guān)技術(shù)資料，詳見表）。

汽車轉(zhuǎn)向管柱總成疲勞壽命試驗(yàn)

樣件與試驗(yàn)項(xiàng)目

以上五項(xiàng)管柱疲勞壽命試驗(yàn)基本上代表了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外汽車轉(zhuǎn)向管柱總成疲勞壽命試驗(yàn)的項(xiàng)目。樣件試驗(yàn)的具體項(xiàng)目要依據(jù)轉(zhuǎn)向管柱總成所選用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)而定。

樣件試驗(yàn)項(xiàng)目選取的基本原則如下：

1.一般采用國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的汽車轉(zhuǎn)向管柱總成試件選用第一項(xiàng)疲勞壽命試驗(yàn)。

2.采用日本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的汽車轉(zhuǎn)向管柱總成試件選用第二項(xiàng)疲勞壽命試驗(yàn)。

3.采用歐美標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的汽車轉(zhuǎn)向管柱總成試件選用第三項(xiàng)、第四項(xiàng)和第五項(xiàng)疲勞壽命試驗(yàn)。

試驗(yàn)設(shè)備與試驗(yàn)方法

按5個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目，分別由6個(gè)試驗(yàn)設(shè)備來完成。它們是：扭轉(zhuǎn)疲勞壽命試驗(yàn)臺(tái)、回轉(zhuǎn)耐久性試驗(yàn)臺(tái)、電動(dòng)可變傾角壽命與垂直疲勞試驗(yàn)臺(tái)、手動(dòng)可變傾角壽命與垂直疲勞試驗(yàn)臺(tái)及管柱結(jié)構(gòu)側(cè)向疲勞試驗(yàn)臺(tái)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)壽命試驗(yàn)臺(tái)

1. 扭轉(zhuǎn)疲勞壽命試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)設(shè)備見圖1，由試驗(yàn)臺(tái)架和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。其中，試驗(yàn)臺(tái)架：底座板、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和固定座聯(lián)接固定一體。功能是為試件提供一端是固定點(diǎn)，另一端產(chǎn)生正反扭矩作用；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是由電機(jī)、減速機(jī)和裝有滑槽的擺塊組成，功能是提供正反扭矩。

（2）試驗(yàn)方法：先將試件安裝在試驗(yàn)臺(tái)架上。在轉(zhuǎn)向軸頂端配上幢塊，調(diào)整中心安裝在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，另一端固定在固定座位置上。然后接通電源，對(duì)試驗(yàn)件施加正反方向扭矩。試驗(yàn)完成后，卸下試件按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)試件進(jìn)行試驗(yàn)后檢測(cè)。 ［page］

2.回轉(zhuǎn)耐久性試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)設(shè)備見圖2，由試驗(yàn)臺(tái)架、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和負(fù)載扭矩箱組成。其中，試驗(yàn)臺(tái)架：立式支架，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和負(fù)載扭矩箱聯(lián)接固定一體。功能是由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為試件提供產(chǎn)生正反±700驅(qū)動(dòng)扭矩，同時(shí)由負(fù)載扭矩箱產(chǎn)生阻力扭矩；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是由電機(jī)、減速機(jī)和齒輪齒條組成。功能提供產(chǎn)生±700的驅(qū)動(dòng)扭矩；負(fù)載扭矩箱：負(fù)載扭矩箱是由制動(dòng)輪與制動(dòng)帶以及手動(dòng)調(diào)解阻力扭矩的彈簧與鏍母組成，功能為產(chǎn)生阻力扭矩。

（2）試驗(yàn)方法：先將試件安裝在試驗(yàn)臺(tái)架上。試件的轉(zhuǎn)向軸頂端調(diào)整中心安裝在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，另一端固定在負(fù)載扭矩箱的聯(lián)接法蘭位置上，然后，接通電源，對(duì)試驗(yàn)件施加正反方向的旋轉(zhuǎn)扭矩。試驗(yàn)完成后，卸下試件按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)試件進(jìn)行試驗(yàn)后檢測(cè)。

3．電動(dòng)可變傾角壽命與垂直疲勞試驗(yàn)

試驗(yàn)設(shè)備見圖3。由試驗(yàn)臺(tái)架、控制電動(dòng)管柱系統(tǒng)、加載系統(tǒng)和控制軟件組成。其中，立式支架的功能是固定試件；控制電動(dòng)管柱系統(tǒng)：由電源電流控制表，通過控制線驅(qū)動(dòng)試件的可變傾角與垂直電機(jī)；加載系統(tǒng)：氣缸與拉力傳感器安裝在一體。拉力大小值由顯示表顯示；控制軟件：按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范編寫試驗(yàn)控制程序。主要內(nèi)容是控制電動(dòng)管柱系統(tǒng)和加載系統(tǒng)的試驗(yàn)控制程序。

（2）試驗(yàn)方法先將試件安裝在試驗(yàn)臺(tái)架上。試件的方向盤與氣缸通過接力件聯(lián)接在一起。然后，打開計(jì)算機(jī)，調(diào)出控制程序開始試驗(yàn)。試驗(yàn)完成后，卸下試件按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)試件進(jìn)行試驗(yàn)后檢。

4．手動(dòng)可變傾角壽命與垂直疲勞試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)設(shè)備見圖4和圖5。由試驗(yàn)臺(tái)架、伸縮機(jī)構(gòu)、傾角機(jī)構(gòu)、鎖緊機(jī)構(gòu)、加載機(jī)構(gòu)和控制軟件。其中，試驗(yàn)臺(tái)架由墻式立架和試件頂座組成。功能是為試件提供附著支撐和固定作用；伸縮機(jī)構(gòu)：氣缸活塞桿與推桿固定一體。推動(dòng)試件套管伸縮；傾角機(jī)構(gòu)：氣缸固定在伸縮機(jī)構(gòu)上。推動(dòng)管柱垂直上下；鎖緊機(jī)構(gòu)：步進(jìn)電機(jī)齒輪推動(dòng)齒條，齒條帶動(dòng)曲柄對(duì)試件手柄進(jìn)行鎖緊與打開；加載機(jī)構(gòu)：氣缸活塞桿與試件方向盤聯(lián)在一起。施加向下力。氣缸下端安裝有拉力傳感器，拉力值由顯示器顯示值大?。豢刂栖浖喊礃?biāo)準(zhǔn)規(guī)范編寫試驗(yàn)控制程序軟件。主要內(nèi)容是將伸縮機(jī)構(gòu)、傾角機(jī)構(gòu)、鎖緊機(jī)構(gòu)與加載機(jī)構(gòu)按標(biāo)準(zhǔn)要求的先后順序和停留時(shí)間進(jìn)行程序控制。

（2）試驗(yàn)方法：先將試件安裝在試驗(yàn)臺(tái)架上，試件的方向盤與氣缸通過聯(lián)接件聯(lián)接在一起。見圖4和圖5。然后，打開計(jì)算機(jī)，調(diào)出控制程序開始試驗(yàn)。試驗(yàn)完成后，卸下試件按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)試件進(jìn)行試驗(yàn)后檢。

5．管柱結(jié)構(gòu)側(cè)向疲勞試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)設(shè)備見圖6。由試驗(yàn)臺(tái)架和側(cè)向力機(jī)構(gòu)組成。其中，試驗(yàn)臺(tái)架由墻式立架和箱式底座組成。功能是為側(cè)向力機(jī)構(gòu)和試件提供附著支撐和固定作用；側(cè)向力機(jī)構(gòu)：氣缸雙活塞桿固定在墻式立架上，底板固定在氣缸體上，力傳感器固定在底板上。力值由顯示器顯示值大小。

（2）試驗(yàn)方法：先將試件安裝在墻式立架上，在試件的轉(zhuǎn)向軸頂端配上幢塊，然后調(diào)整試件，讓幢塊在兩個(gè)力傳感器的中間位置上，然后接通電源與氣源，計(jì)算機(jī)以8次/min開斷來控制電磁閥，讓側(cè)向力機(jī)構(gòu)對(duì)試驗(yàn)件施加345±17.25N左右方向力。最后，設(shè)置計(jì)算機(jī)計(jì)數(shù)，達(dá)到1.5萬(wàn)次自動(dòng)報(bào)警。試驗(yàn)完后，卸下試件按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行試驗(yàn)后檢測(cè)。

6．轉(zhuǎn)向系統(tǒng)壽命試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)設(shè)備局部見圖7。由試驗(yàn)臺(tái)架、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、負(fù)載機(jī)構(gòu)和控制軟件組成。其中，試驗(yàn)臺(tái)架由墻式立架和箱式底座組成。功能是為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、負(fù)載機(jī)構(gòu)和試件提供附著支撐和固定作用；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)與蝸桿減速器組成；負(fù)載機(jī)構(gòu)：負(fù)載機(jī)構(gòu)由磁粉制動(dòng)器與扭矩傳感器組成；控制軟件：按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范編寫試驗(yàn)控制程序。主要內(nèi)容是按標(biāo)準(zhǔn)要求的先后順序和停留時(shí)間進(jìn)行程序控制。將步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和正反方向旋轉(zhuǎn)的角度設(shè)置為變量，程序的循環(huán)次數(shù)自動(dòng)記錄和顯示。設(shè)定耐久循次數(shù)，達(dá)到設(shè)定值自動(dòng)報(bào)警。

（2）試驗(yàn)方法：先將試件安裝在墻式立架上；然后打開計(jì)算機(jī)，選取自動(dòng)控制程序，參數(shù)設(shè)置：順時(shí)針1.5γ，逆時(shí)針3γ，然后順時(shí)針1.5γ，確定為一個(gè)循環(huán)。自動(dòng)計(jì)數(shù)滿6萬(wàn)次自動(dòng)報(bào)警。最后按確定，試驗(yàn)開始；接下來，設(shè)置負(fù)載：由顯示器可觀察到目前磁粉制動(dòng)器的加載數(shù)值，手動(dòng)調(diào)整磁粉制動(dòng)器控制電源，通過增加（減少）電流，來增加（減少）阻力扭矩負(fù)載，調(diào)至41±5Nm 為止。試驗(yàn)完成后自動(dòng)報(bào)警，卸下試件按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行試驗(yàn)后檢測(cè)。

結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了我公司疲勞壽命試驗(yàn)項(xiàng)目，以及每項(xiàng)試驗(yàn)的設(shè)備和試驗(yàn)方法。這些試驗(yàn)項(xiàng)目基本上代表了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外汽車轉(zhuǎn)向管柱總成疲勞壽命試驗(yàn)的項(xiàng)目。目的是與同行互相交流，共同提高國(guó)產(chǎn)汽車零部件的試驗(yàn)水平。

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