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压缩包内含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985溃缩式汽车方向盘设计摘要随着汽车保有量的增长，汽车的安全、节能、环保成为当今汽车工业乃至整个人类社会面临的三大焦点问题，而汽车安全问题更是首当其冲。由于现实的复杂性，有些事故是难以避免的。道路交通事故己经成为世界性的一大社会问题。方向盘是汽车中不可缺少的一部分，方向盘是操纵汽车行驶方向的轮状装置。最初的汽车是用舵来控制驾驶的。舵不能说不好，但是它会把汽车行驶中产生的剧烈振动传导给驾驶者，增加其控制方向的难度。当发动机被改为安装在车头部位之后，由于重量的增加，驾驶员根本没有办法再用车舵来驾驶汽车了。方向盘这种设计便应用而生，它在驾驶员与车轮之间引入的齿轮系统操纵灵活，很好地隔绝了来自道路的激烈振动。不仅如此，好的方向盘系统还能为驾驶者带来一种与道路亲密无间的感受。本文所涉及的内容主要包括对方向盘的发展史和对现有方向盘的结构进行改进，使方向盘在汽车发生碰撞时，能够溃塌变小，不至于把乘员卡在下面，对乘员进行保护，使其避免或减轻碰撞伤害。关键字溃缩 转向系统 方向盘 安全压缩包内含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985Design of Crumple Steering Wheel Abstract: With the growth of the recoverable amount of the automobile, the security, energy-conservation, environmental protection of the car nowadays become three major focus problems which auto industry and even the whole human society face, and the safe problem of car stands in the breach especially. Because of realistic complexity, some accidents are difficult to avoid. The traffic accident is becoming a big cosmopolitan concernThe steering is the in dispensable part in automobile vehicle control, the steering wheel is in the direction of the device. The car was initially with rudder control of driving. Rudder cannot say, but it will take the car driver, violent vibration to increase the difficulty of its direction. When the engine is installed in the front position instead, due to the increased after the weight, the pilot is no way to drive a car ZaiYongChe rudder. The design of steering wheel, it will come into being in the driver and the wheels of the gear system introduced flexible operation, good isolation from the path of violent vibration. Not only such, good steering system also can bring a driver and intimate feelings.The main content that this text includes the steering wheel on the history and structure of the existing steering wheel to improve, so that the steering wheel when the car collision, can be squashed smaller crew will not put cards in the following, and protect the passenger when the car collision accident happens, make it avoid or lighten injury of colliding.Key words: crumple steering system steering wheel safety 压缩包内含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985目 录引言.11 绪论.21.1 研究背景 .21.2 研究的目的及意义 .22 方向盘的概述.32.1 方向盘的由来 .32.2 方向盘的工作原理 .32.3 方向盘在转向系统中的作用 .42.4 方向盘的演变 .42.4.1 第一辆汽车的诞生.42.4.2 车辆转向装置的雏形.42.4.3 汽车诞生早期的转向操纵装置.63 溃缩式方向盘结构设计.93.1 溃缩式原理介绍 .93.2 溃缩式方向盘的设计方案 .93.2.1 方向盘的位置和形状 .93.2.2 方向盘的组成.103.2.3 溃缩式方向盘的设计方案.103.3 选取车型 .113.4 溃缩式方向盘的结构设计 .13压缩包内含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 119709853.4.1 轮缘设计.133.4.2 轮辐设计.173.4.3 轮毂设计.183.4.4 方向盘骨架、包覆层的材料分析.213.4.5 确定总体结构图.224 溃缩式方向盘的分析.23总结.24致谢.25参考文献.26 第 1 页 共 35 页引言 压缩包内含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985 第 2 页 共 35 页 压缩包内含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985 第 3 页 共 35 页 压缩包内含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985 第 4 页 共 35 页 压缩包内含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985 第 5 页 共 35 页 压缩包内含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985 第 6 页 共 35 页随着社会的不断进步和经济的快速发展，人们对汽车安全性的重视程度愈来愈高，特别是整车被动安全性能倍受关注，作为整车安全部件之一的方向盘，对驾驶员的安全性也起着非常重要的作用。方向盘位于驾驶员的正前方，是碰撞时驾驶员直接猛撞其上可能性最大的部件。驾驶员头部与方向盘的碰撞会导致驾驶员的加速度明显增大，其结果是头部伤害值升高，尤其是小个子和女性驾驶员而言，这一伤害将更加严重。为此，方向盘也要有很好的安全保护性能，在汽车发生碰撞时，如果驾驶员撞在方向盘上，要求方向盘骨架能够产生足够的变形，以吸收碰撞能量，减轻驾驶员的伤害程度，另外，在驾驶员与方向盘发生偏置碰撞时，若方向盘骨架的刚性能使其优先转向柱发生变形，则能更有效的吸收驾驶员的碰撞动能，而方向盘吸能效果的好坏与方向盘骨架的结构有很大的关系。因此如何从设计上满足方向盘的被动安全要求，成为大家的追求目标。方向盘作为汽车上最重要的安全部件之一，是确保汽车沿正确路线行驶的关键。除需要具有一定强度、硬度，并能承受一定扭转力及弯曲应力外，还需要具有一定的柔韧性。这样不仅美化外观，还能使驾驶员感到舒适，更重要的是当遇到碰撞等紧急事故时能起到缓冲作用，确保驾驶员的安全。鉴于此，方向盘通常是由强度、刚度相对较高的金属骨架外加具有一定韧性的包覆层制作而成。常用的方向盘骨架是由碳钢、铝合金、硬质塑料、镁合金等通过注射成形、镶嵌等方式包覆在金属骨架上，这样才能实现内强外韧，达到方向盘所要求的特定使用性能。本文对方向盘的发展进行了说明，阐述了方向盘骨架的结构设计还有对方向盘的骨架和包覆层的材料进行了简单的分析介绍。 压缩包内含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985 第 7 页 共 35 页1 绪论1.11.1研究背景研究背景人类历史的发展已经经历了漫长而曲折的几千年， 而在这厚重的历史中积淀着人类先祖们的辛劳和智慧，同时留给了后人无尽的知识和财富。使用工具是人类区别于动物的特征之一。我们的祖先从铁犁、牛耕到机械收割，从钻木取火到风力发电。人类不断地创造着新的工具，不仅方便了人们的生产生活，而且极大推动了社会文明的发展进程。汽车自19世纪末诞生以来已有一百多年的历史。汽车的发展可用汽车的速度发展来证明，一开始汽车的速度只有18km/h，而现在百公里加速只需5秒以内的汽车正逐渐增多。汽车己逐渐成为人们工作、生活中不可缺少的一种重要交通工具。近年来，随着汽车数量的增加，汽车性能也不断提高，特别是发动机功率的加大，使车速也不断提高。因此，造成道路交通事故的增加及人员伤亡增加，引起了社会各界的关注。毋庸置疑，先进的汽车安全设施是行车安全不可缺少的保障。所以，我们要从技术上入手，努力研究开发高性能、高安全性的汽车，同时也要加强对在用汽车的定期检查，以便及时维修调查，使汽车处于良好的技术状态，以提高汽车行驶的安全性能。 汽车的方向盘是与使用者接触时间最长，被使用频率最高，也是反映使用者需求最密集的地方，它的设计直接影响使用者的情绪、操作和安全，是个不能忽视的部分。在交通事故中，汽车发生碰撞事故时，经常会发现事故现场的驾驶员会被方向盘卡住而不能脱身，造成事故进一步恶化。因此，提出了溃缩式方向盘的概念。现在，对溃缩式汽车方向盘的设计还处于初始阶段，现有的方向盘设计还比较简单直观。方向盘的溃缩设计还有很大的发展空间，溃缩设计方法在汽车方向盘上的应用研究还有很多的空白。1.21.2 研究的目的及意义研究的目的及意义对于汽车而言，其最初制造的目的，就是为了方便人的出行。也就说明，汽车必须是由人来操作的。这同时得出了一个非常重要的前提汽车相对于人来说，必须是安全的。 而安全人机工程学，恰好可以为汽车在的安全方面的设计，提供重要的理论支撑。换句话说，从安全的角度出发，以安全科学、系统科学与行为科学为基础，运用安全原理以及系统工程的方法去研究“人汽车驾驶环境”三者之间的关系，从而保证人的安全。 8汽车作为一种现代化的交通工具，给人们的生活带来极大便利的同时，也因其造成的交通事故给人类的生命和财产安全带来严重的威胁。在过去20年间汽车工业的焦点集中在保护驾驶员和乘客安全，这不但受到立法的驱使，而且更受到市场竞争的驱使。随着人们安全意识的增强，各国已经开始采取各种措施来避免事故的发生。尽管如此，仍存在不可避免的交通事故。人作为交通事故中的保护对象，汽车被动安全性都是围绕对人的保护进行的。通过对汽车相关资料的搜索来看，关于汽车方向盘方面并没有一个系统的、全面的资料来参考。国内关于汽车人因设计方面的研究更是稀缺。因此，在目前这方面的研究尚属空缺的情况下，首先进行研究，无论从哪个角度来讲，都是十分有实际意义的。本文研究了人因工程学的科学方法，并将其用于分析比较国内外车型的方向盘设计从而发现溃缩式在方向盘设计中的发展之路，其研究具有十分重要的意义与价值。 压缩包内含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985 第 8 页 共 35 页2 方向盘的概述最初的汽车是用舵来控制驾驶的。舵不能说不好，但是它会把汽车行驶中产生的剧烈振动传递给驾驶者，增加其控制方向的难度。当发动机被改为安装在车头部位之后，由于重量的增加，驾驶员根本没有办法再用车舵来驾驶汽车了。方向盘这种新设计便应运而生，它在驾驶员与车轮之间引入的齿轮系统操作灵活，很好地隔绝了来自道路的剧烈振动。不仅如此，好的 方向盘系统还能为驾驶者带来一种与道路亲密无间的感受。但是最初设计方向盘的人没有能够预见到在汽车车速越来越快的今天，一旦发生车祸，方向盘却成了造成驾驶员丧命的罪魁祸首。五十年代，不带方向盘的概念型汽车相继问世，可是消费者对这种汽车一点也不感兴趣。毕竟，没有方向盘的汽车根本就不成其为汽车。2.12.1 方向盘的由来方向盘的由来120 多年前，汽车发明人最初在蒸汽汽车上安置的方向盘是装在垂直的转向柱上，其缺陷是不利于驾车者的操纵和妨碍视线。在 1887 年秋季，德国戴姆勒汽车公司修理工人为从司特立克兰德驾驶而来的一辆菲顿濒汽车进行大修。当吊车工人把修好的车身吊回装配之时，吊钩突然滑出，车身跌落在转向柱上，结果使转向柱从垂直位置上弯曲了好几度。一名修理工人试图把弯曲了的转向柱矫正过来，却意外地发现新的角度使方向盘不再操纵困难和妨碍视线了。戴姆勒对修理工人的意外发现给予奖励，并抽调研究人员立即改进方向盘的装配工艺，到了1890 年，戴姆勒汽车公司生产的，派立生汽车就第一次装上了倾斜式的转向柱和倾斜式的方向盘。各国汽车公司纷纷效仿，使方向盘趋于定型，日臻完善。2.22.2 方向盘的工作原理方向盘的工作原理我们知道，当转动汽车方向盘时，车轮就会转向。 这是一种因果关系，不是吗？ 但是，为了使车轮转向，方向盘和轮胎之间发生了许多有趣的运动。因为汽车方向盘只是一个操纵件，我们要想弄明白方向盘转动时，车轮就跟着转动这个问题，那么，我们要先对汽车的整个转向系统进行了解。转向系统是汽车底盘的重要组成部分，转向系统性能的好坏直接影响到汽车行驶的安全性、操纵稳定性和驾驶舒适性，它对于确保车辆的行驶安全、减少交通事故以及保护驾驶员的人身安全、改善驾驶员的工作条件起着重要作用。按转向力能源的不同，可将转向系分为机械转向系和动力转向系。1机械转向系的能量来源是人力，所有传力件都是机械的，由转向操纵机构(方向盘)、转向器、转向传动机构三大部分组成。其中转向器是将操纵机构的旋转运动转变为传动机构的直线运动(严格讲是近似直线运动)的机构，是转向系的核心部件。动力转向系除具有以上三大部件外，其最主要的动力来源是转向助力装置。由于转向助力装置最常用的是一套液压系统，因此也就离不开泵、油管、阀、活塞和储油罐，它们分别相当于电路系统中的电池、导线、开关、电机和地线的作用。下面解释下方向盘和车轮之间发生的有趣运动。首先驾驶员通过转动方向盘经转向传向传动轴把作用力传递到转向器总成，再经转向垂臂直拉杆直拉杆臂带动转向节偏转一定角度，再 压缩包内含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985 第 9 页 共 35 页由安装在转向节上的横拉杆臂带动另一转向节偏转来实现汽车转向。由于前轴总成中存在前束，所以在转向过程中，两个转向轮偏转角位移是不相等的，在转向桥的两轮轴心线的延长线与驱动桥轴心线的延长线交于一点，这个点就是瞬时回转中心。 3图 2.1 转向原理2.32.3 方向盘在转向系统中的作用方向盘在转向系统中的作用方向盘在汽车转向系统中的地位十分重要。方向盘是用来控制汽车的行驶方向，即左、右转弯和掉头、直行用。 12一方面，方向盘是车中与驾驶者接触时间最长，被使用频率最高，也是反映使用者需求最密集的地方，它的设计是否人性化直接影响使用者的情绪、操作和安全，是个不能忽视的部分。另一方面，方向盘及转向系统的引入减弱了驾驶时的汽车震动，从而保证了驾驶时的安全性也同时保证了驾驶体验。2.42.4 方向盘的演变方向盘的演变.1 第一辆汽车的诞生第一辆汽车的诞生方向盘的产生、发展是紧紧跟随着车辆演进的脚步的，提到汽车的发展，追溯其渊源，可以从原始社会讲起。在那时，人们的生产劳动都是靠肩扛手提，后来在实践中发现，将圆木置于重物下拖着走，可以轻松地将重物由一个地方移到另一个地方，这便是早期的木轮运输。后来人们发现用直径大的木轮运输速度较快，于是木轮直径越来越大，逐渐演变为带轴的轮子，这就是最早的车轮雏形。人类历史上的第一部车是中华民族的祖先发明的。据史料记载，在公元前 2000 年的夏初大禹时代，有一个叫奚仲的人，他发明的车是由两个车轮架起车轴，车轴固定在带辕的车架上，车架附有车箱，用来盛放货物，这就是世界上的第一辆车。.2 车辆转向装置的雏形车辆转向装置的雏形a 人力车时代在人类历史上，最初的车辆是人力车和畜力车，它们都是靠外力而不是机构来实现车辆的转向，车辆本身还没有转向装置。那个时候掌握车子运行方向的是人，并没有方向盘这个装置，也可以说 压缩包内含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985 第 10 页 共 35 页人就是手推车时代的方向盘。后来用硬木料制造的手推单轮车，是靠手推两根连车架的车把前进，车把的形态仅仅是两根木头制成，实现转向仍然需要靠人力，如图 2.2。 十七世纪出现的脚踏车的车把造型为大写的字母 T 型，转弯时要下车抬起前轮转变方向。这种车把只是便于人手把握，掌握平衡，并没有转向作用，人力仍然是转向的动力，如图 2.3。 图 2.2 手推单轮车 图 2.3 脚踏车b 自走式车辆由于没有其他合适的动力取代马，马车成为了人们运输、代步、打仗的主要交通工具。人们希望寻找一种原动力来代替人力和畜力，于是， “自走式车辆”这个概念产生， “自走式车辆”的出现，标志着真正意义上的“方向盘”概念的产生，因为在人力、畜力车时由人和牲畜担任方向盘的角色，并不需要真正意义上的“方向盘” 。人们对“自走式车辆”的渴望促使人们不停地探索与研究，为了找到合适的原动力做了很多尝试。首先人们就想到了风，因为它早已用在帆船上，1600 年。荷兰的西蒙斯蒂芬造出“风帆车”把车轮装在帆船上，利用风作为动力使车子运行。这种车子的设计者连车上的方向盘都是模仿帆船舵的样子，将它装在车子的后面，与后轴相连。再带动一个轮子的后轮转动，就可使车子左右转弯，如图 2.4。 图 2.4 西蒙.斯蒂芬的“风帆车” 图 2.5 1420 的滑轮车1420 年，有人制造出了以一种滑轮车。人们在车内，借用人力使绳子不停的转动滑轮。车子虽然走了起来，但由于人力有限，这辆车子的速度不能充分发挥，甚至比步行还慢，如图 2.5。而 18 世纪初期出现了一种人力“自动”车，这辆车子的“发动机”，是由坐在车子后面的仆人来担当的。仆人用脚踩着踏板，通过杠杆使车轮转动的。车子的转弯是由一个装在前面两个轮子 压缩包内含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985 第 11 页 共 35 页上的圆盘和套在圆盘上的缰绳来操纵的，它有点像方向盘了，这种操作虽然很原始，但它却对以后汽车的转弯和方向盘的发明有着启迪的作用。 9.3 汽车诞生早期的转向操纵装置汽车诞生早期的转向操纵装置人力、畜力、风力等因为本身的局限性，都不能算是合适的原动力，直到 1774 年 11 月，瓦特研制出世界上第一台真正意义上的动力机械蒸汽机，它的诞生，无疑是人类利用动力机械的一大突破。从此，人们靠燃料的燃烧就可以得到源源不断的动力。瓦特发明的高效蒸汽机不仅极大地提高了劳动生产率，掀起了轰轰烈烈的世界第一次工业大革命，是人类进入了“蒸汽时代” ，也为真正意义上的汽车的诞生奠定了基础。在汽车刚刚诞生的年代，汽车的转向操纵装置是由类似于轮船“舵”的操纵装置来完成的，它的设计除了参考早先的两轮车车把，还借鉴了轮船的方向舵。早期的汽车转向是用舵柄或横杆(即一种两端带有手柄的水平杆)进行操纵，舵柄或横杆要置放在汽车中线的位置，转向比是 1：1，因而汽车转向时的操作是很吃力的，这种形式的方向盘非常不灵敏，很难操作，车子经常会不听使唤，极易发生车祸。汽车诞生早期的转向装置可分为单手柄转向操纵杆、双手柄十字交叉转向操纵杆、1890-1990间方向盘外观造型这三个阶段。a 单手柄转向操纵杆单手柄转向操纵杆是早期汽车转向操纵装置的一种，1769 年，法国军事工程师尼古拉斯约瑟夫古诺(NicholasJoseph CugnoLl752-1804)上尉建造的三轮蒸汽机汽车是世界上第一辆蒸汽机汽车。我们可以看到驾驶员的座位居于车子的中间。在驾驶员位子前面，有一个操纵车子转向的把手就是车子的方向盘，如图 2.6。汽车的发展，方向盘在外形、操作和安全等发面都有大幅的提高和改善。但是，并没有摆脱以“舵”的转向机构来驾驶汽车。比如，1885 年， “世界汽车之父”卡尔本茨(1844-1929)在德国曼海姆制成的三轮蒸汽汽车，它是世界第一辆真正意义的汽车和 1901-1905 年在美国最畅销的奥兹莫比尔弯挡板汽车，如图 2.7、2.9。b 双手柄十字交叉转向操纵杆双手柄十字交叉转向操纵杆是早期汽车的另一种转向操纵装置，如德国人哥特里布戴姆勒(1843-1900)发明了第一辆四轮汽车和 1892 年的标致汽车。它们的手柄是十字交叉形态，与轮船的方向舵更加相似，靠双手握住两个手柄来回旋转操纵，如图 2.8、2.10。图 2.6 尼古拉斯约瑟夫古诺和他的三轮蒸汽车 压缩包内含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985 第 12 页 共 35 页图 2.7 卡尔.本茨和他发明的第一辆汽车图 2.8 哥特里布戴姆勒和他发明的第一辆四轮汽车图 2.9 19011905 年在美圉最畅销的 图 2.10 1892 年的标致汽车奥兹莫比尔弯挡板汽车c.1890-1990 间方向盘的外观造型的演变圆形方向盘的诞生源于 1891 年汽车发动机的前霞。随着汽车的发展，发动机被普遍前置。汽车行驶中由于车头重量增加，方向舵形式的汽车手辆会把剧烈振动传导给驾驶者，加剧其疲劳，驶员无法再用舵来驾驶汽车了。因此，操纵杆被淘汰，圆形方向盘的新设计便应运而生， “方向盘”一词也从此名副其实。后来，带有齿轮减速比的转向机构很快被推广使用，如图 2.11。这种机构的方向盘不像舵柄或横杆要置放在汽车中线的位置，而是要置放在汽车的左边或右边，连同转向轴也由中线位置移动到两侧，这种方向盘的新设计使驾驶员与车轮之间引入的齿轮系统操作灵活，很好地隔绝了来自道路的剧烈振动，同时，操纵杆的垂直安装方式变革为转向柱和方向盘的倾斜式安装方式。现代的汽车 压缩包内含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985 第 13 页 共 35 页方向盘是通过齿条机构或其他机械方式来控制方向的，要求的是方向微调准确，平稳，出于安全性考虑。不仅如此，好的方向盘系统还能为驾驶者带来一种与道路亲密无间的感受。图 2.11 齿轮一齿奈转向器进入二十世纪，汽车方向盘的基本造型定型为圆形方向盘，圆形盘相对手柄在旋转时更加灵活自如。最初出现的是四幅方向盘，圆盘内由四个辐条支撑形成稳定的结构，这种四幅交叉成十字的结构符合了对称的美学法则：圆盘处于十字外缘，除在机械结构上十分牢固，也同时体现了均衡的视觉感受。继四幅方向盘之后产生的新造型是三幅方向盘，由于仪表盘从中间位置随方向盘转移到了相对应的位置，为了驾驶员能更清楚地看到仪表盘上的参数，方向盘原来的四个辐条被去掉一个盘的上部留出足够空间，让驾驶员从中方便地观察仪表盘。三幅结构同样比较稳定，从美学的角度来看，三个辐条把圊盘分成三个扇形，这种分割简洁大方。两幅方向盘造型，是四幅和三幅方向盘造型的延伸，在八十年代的乘用车较常见。两个辐条支撑圆盘，这就要求它在结构上一定要稳固，因此两个辐条和中心部位一般都较厚重，占据圆盘较大面积，比如梯形结构。 压缩包内含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985 第 14 页 共 35 页3 溃缩式方向盘结构设计3.13.1 溃缩式原理介绍溃缩式原理介绍在汽车发生剧烈的撞击时，驾驶者往往会因为强烈的停止作用而向前倾，人体的胸部会和方向盘发生碰撞，为了使遭到转向柱冲击的驾驶者胸部所承受的冲击力减小，有些汽车把转向柱设计成在撞击时因遭到外界挤压而发生二到三段的溃缩折叠，可以分散一些因撞击由转向柱传递到人体的冲击力。溃缩式转向柱原理吸能是由下轴总成、上轴总成和转向支架总成三大部件组成，三个部件均在汽车发生正面碰撞时收缩，以确保驾驶员的生命安全。可溃是撞击超过一定力度就直接断掉，防 5止弄伤驾驶员下肢。可溃缩式转向柱会在车辆发生正面碰撞的时候向前溃缩，以保证乘员胸部免受伤害。当车辆发生事故尤其是前面碰撞时，人的胸部及头部由於离方向盘较近, 因此很容易就会撞到方向盘，甚至车身撞击溃缩之后方向盘向后挤压，亦是很容易伤及驾驶者，因此法规上对於转向系统都有安全上的规范，以美国联邦安全法规 FMVSS 为例，对於方向盘及方向机柱所组成的转向系统，有底下两项规定：一为当以假人以 15mph（约 25km/h）的相对速度撞击方向盘时，於假人的胸部产生的冲击力，不得大於 2500 磅（约 1134 公斤）的规定，且当以 30mph（约 48km/h）实车正面撞击时，此时方向盘的后移量不得超过 5 英寸（约 12.7cm），由此可见转向系统乃是一项非常重要的安全系统，为达到此项法规，方向机柱必须设计成当承受撞击后可溃缩的方式，才能在车辆承受前面撞击时，驾驶人往前撞击到方向盘时能产生溃缩作用来吸收撞击的能量，将人的碰撞伤害降至最低的安全保护。 7一般地讲，方向盘是驾驶员控制汽车转向的工具，但有时侯，它也可能成为伤害驾驶员的“凶器” ，特别是那些没有溃缩装置的方向盘，出现上述情况的几率更大。 溃缩式方向盘在一定程度上解决了这个问题，它可以在车辆发生猛烈撞击时，通过可溃缩式的设计，将其变形或断掉，从而减轻方向盘对驾驶员的伤害，可以说，它是在安全驾驶、安全带、安全气囊、安全车身设计后，为驾驶员又增添了一层安全保障，应该没有人会嫌弃安全配置多的，但少了可能就会增大受伤害的风险。3.23.2 溃缩式方向盘的设计方案溃缩式方向盘的设计方案.1 方向盘的位置和形状方向盘的位置和形状我国交通法则规定，车辆靠右行驶，因此国产汽车转向盘应安装在驾驶室的左侧。其优点有以下几点：便于在车辆结构上合理布置；有助于转向盘、转向器等部件和组件适宜通用化、系列化生产；可补偿因制造和安装误差等造成的不利影响；可满足各种变行车的总体布置要求；拆装维修方便。人手握的形状呈圆弧形，因此一般将方向盘设计成圆形而非方形或其他行。方向盘的形状尺寸还应使操作的过程中，手腕与手臂尽可能在纵向形成一条直线，即保持手腕的挺直状态，避免手腕弯曲。方向盘的背面通常设计成凹凸状，有利于驾驶员的双手把握。 压缩包内含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985 第 15 页 共 35 页.2 方向盘的组成方向盘的组成图 3.1 方向盘的组成1-轮缘 2-轮辐 3-轮毂方向盘由轮缘、轮辐和轮毂组成，如上图所示。轮辐一般为三根辐条或四根辐条，也有用两根辐条的。方向盘轮毂孔具有内花键，借此与转向轴连接。方向盘内部由成形的金属骨架构成。骨架外面一般包有柔软的合成橡胶或树胶，也有包皮革的，这样可有良好的手感，而且还可以防止握方向盘打滑。 14当汽车发生碰撞时，从安全性考虑，不仅要求方向盘应具有柔软的外表皮，可起缓冲作用，而且还要求方向盘在撞车时，其骨架能产生变形，以吸收冲击能量，减轻驾驶员受伤的程度。方向盘上都装有喇叭按钮，有些轿车的方向盘上还装有车速控制开关和撞车时保护驾驶员的气囊装置。.3 溃缩式方向盘的设计方案溃缩式方向盘的设计方案汽车作为一种现代化的交通工具，在给人们生活带来极大便利的同时，也因其造成的交通事故给人类的生命和财产安全带来严重的威胁。汽车发生严重正面撞车时，车架（车身）的变形会使转向操纵机构（方向盘）后移，而驾驶员在巨大的惯性力作用下前冲，互相作用使驾驶员受到严重伤害。为了保证驾驶员的安全，现代汽车（特别是轿车）通常在转向操纵机构上增设了相应的被动安全装置（即撞车后尽量降低损失的安全装置。对应的主要安全装置：即尽量避免发生撞车、翻车 4等安全事故的安全装置，如 ABS、ESP、TCS、AFS、TPMS、雷达或机器视觉偏航报警等） 。这些被动安全装置主要有安全气囊、缓冲吸能式转向操纵机构和分离式安全转向操纵机构。可分离式转向操纵机构自身没有吸能装置，防止驾驶员受伤害的效果不理想，而且一旦上下转向轴分离，将无法再操纵汽车转向，因此已趋于淘汰。目前采用最多的是缓冲吸能式转向操纵机构，包括波纹管变形吸能式、钢球滚压变形吸能式和网状管柱变形吸能式。由于安全对于人们的重要性，在汽车设计过程中，要给方向盘留有足够的空间。特别是大型货 压缩包内含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985 第 16 页 共 35 页车，其方向盘的结构尺寸较大，在驾驶室内驾驶员所处的位置，占据了一定的空间。汽车在发生碰撞事故时，经常会发现事故现场的驾驶员会被方向盘卡住而不能脱身，造成事故进一步恶化。为此，我们想到了溃缩式方向盘，在事故发生时，方向盘发生变形、溃缩，形成了一个人体和方向盘一起往车前走的趋势延长了人体和方向盘碰撞距离，故减少了碰撞时候的人体加速度，也在一定程度上减少了人体的损伤值，而且也不会因为方向盘的结构尺寸大而被卡住，减少了二次伤害。设计方案必须实现：（1）方向盘结构的设计合理，在发生撞击的时候可以溃缩变形。 （2）在溃缩变形时，可以达到吸收冲击能量的目的。 （3）在溃缩变形过程中，不应该对其他系统和部件的作用产生影响。为了满足设计方案的要求，实现在碰撞的时候方向盘能够迅速以溃塌的方式缩小变形，吸收冲击能量，让驾驶员能够及时脱身，在方向盘结构设计时，可以采用内外套式的结构，做方向盘的骨架部分，当发生撞击时，可以使方向盘分段向内部溃缩，吸收能量，保证驾驶员的人身安全。3.33.3 选取车型选取车型本次设计将选取东风 EQ140 车型的参数做为参考，进行计算设计。以下为东风 EQ140 货车 13参数:一、EQ140 基本参数1.载重量/kg 50002.空车重量/kg 43003.满载重量（三乘员）/kg 92904.最大拖挂/kg 60005.轴荷分配(满载)/kg 前轴 2360 后轴 69306.外形尺寸/mm 长 6910 宽 2470 高按车箱保险架 2455 按驾驶室顶 23257.轴距/mm 39508.轮距/mm 前轮 1810 后轮 18109.最小离地间隙/mm 前轴下 360 后桥下 26510.最小转弯半径/m 811.通过角(满载) 接近角 38 离去角 23二、东风 EQ1090 汽车底盘主要技术特性1.离合器 单片、干式，摩擦片直径 325mm2.变速器 型式为五个前进档，一个倒车档，二、三、四、五档装有锁销式惯性同步器。档位 速比一档 731 二档 431 三档 245 四档 154 五档 1.00 倒档 7.663.传动轴 两节，三个万向节，带有橡胶软垫支承、轴承可轴向滑动的中间支承。4.后桥主减速器 型式双曲线齿轮、单级减速式 压缩包内含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985 第 17 页 共 35 页减速比 6.33桥壳型式 带半轴套管的整体式半轴型式 全浮式5.前轴 锻钢件，工字型断面，转向节采用锥形滚柱平面止推轴承。6.前轮定位前轮外倾 1主销内倾 6主销后倾 230前束 1-5mm7.车架结构型式 梯形结构，由两根冲压成槽形的直纵梁和七道横梁铆接而成，车架前端有保险杠。拖钩型式 前装两个拖钩，后装一个带螺旋缓冲弹簧的双向减振的牵引钩。长度 6824mm宽度 861mm8.悬架 装用滑板式钢板弹簧(单面双槽钢板)，后悬架装有副钢板弹簧，前悬装有双向作用的液压筒式减振器。9.车轮及备胎10.车轮型式 7.0-20 等厚辐盘式11.轮胎类别 子午线或普通斜交帘线的标准轮辋轮胎。12.轮胎规格(GB516-82)普通轮胎 9.00-20，10 层级(可选装 9.00 一 20，12 层级)负荷能力 1830kg 以上。子午线轮胎 9.00R20，12 层级，负荷能力 2050kg 以上。轮胎充气压力 kpa(kgf/cm2)普通轮胎前轮胎 392(4.0)后轮胎及备胎 480(4.9)子午线轮胎前轮胎 490（5.0)后轮胎及备胎 617(6.3)13.转向机构转向机构型式 梯形机构在前轴后方，转向传动轴装有两个十字轴万向节。转向器型式 双销式转向器传动比(中间位置) 18转向机构角传动比(中间位置) 24.6前轮最大转向角度内轮 3730外轮 303014.制动器 压缩包内含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985 第 18 页 共 35 页脚制动器 气压蹄片式车轮制动器。采用双腔式制动阀，有分离开关和连接头装置，适应拖挂时挂车制动的需要。手制动器 机械操纵、鼓式(装在变速器后)空气压缩机。型式 单缸活塞式，空气冷却。气缸直径/mm 65活塞行程/mm 38贮气筒容量/L湿贮气筒 20主贮气筒二个，每个均为 2015.驾驶室及装备 全金属封闭式，有三个座位，设有可调节的驾驶员座椅、刮水器、可开启的风窗、隔热顶盖、遮阳板、后视镜、杂物箱、暖风装置(供选装)，左车门装有门锁。16.车箱 结构型式为铁木混合结构，三面栏板可放倒，两边板各有六个可插高栏板的插座，前有保险架，左前下方有工具箱。内部尺寸/mm长 4052宽 2294高(栏板) 5503.43.4 溃缩式方向盘的结构设计溃缩式方向盘的结构设计.1 轮缘设计轮缘设计(1)轮缘基本尺寸的确定轮缘的基本尺寸包括方向盘的直径大小和轮缘的截面尺寸。方向盘直径对轻便性有影响，选用尺寸小些的方向盘，虽然占用的空间少，但转向时需对方向盘施以较大的力，从而使汽车操纵困难；而选用寸大些的方向盘又会使驾驶员进、出驾驶室时入座困难。方向盘必须符合 JB4505-1986 转向盘尺寸标准。该标准规定：转向盘直径尺寸 380、400、425、450、500、550。根据车型不同，方向盘直径在 380550的标准系列内选取。 11表 3.1 各类车型的转向盘直径汽车类型转向盘直径/轿车、小型客车、轻型载货汽车380、400、425中型客车、中型载货汽车450、475、500大客车、重型载货汽车550本次设计的是中型载货汽车车的方向盘，因此应该选用尺寸大些的方向盘。结合现在市场上的载重货车的方向盘尺寸，我们选用的方向盘直径尺寸是 500 。方向盘截面的尺寸在早期没有被认真考虑而设计，有的方向盘就过于纤细，人手抓握时不够舒适。后来人机工程学的引入，方向盘截面尺寸适度调整，同时还做了波浪起伏的处理，符合人手抓握时的形态。方向盘的尺寸应以手掌可全部包围为准，不能太粗或太细。较大的直径可以提供较大的扭矩，但直径太大会降低手的握持力，减低作业的灵活性和作业速度，并造成指端骨弯曲增加， 压缩包内含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985 第 19 页 共 35 页长时间作业易形成疲劳；太细的直径同样不容易操作，特别是对男性而言，过细的直径同样容易引起手部疲劳从而减低效率。一般来说，握把的直径宜取在 2050之间。本次设计的是载重货车的方向盘，使用者男性占多数，因此应该选用尺寸大一点的直径，再结合现有市场的载货汽车的握把直径尺寸，我们选择的轮缘的截面尺寸是 45。(2)轮缘结构的设计轮缘的结构设计，本次的要求是在汽车发生碰撞事故时，方向盘能够快速的以溃塌的形式缩小变形，不至于把驾驶员困在方向盘底下，减少对驾驶员的二次伤害，为了达到我们的设计要求，我们在设计轮缘结构时，采用内外套管式的原理(如图 3.2 所示)，在力的作用下，细的套管可以伸缩在外面粗的套管中，可以把大的圆形变成小的，可以达到变形的效果。 图 3.2 圆形内外套管布置图现在利用我们所想的原理，我们要面临的问题就是内外套管如何的连接，对于这个问题，我们可以借鉴我们日常生活中使用的折叠式雨伞的支杆原理（如图所示） ，在支杆间的连接使用的是钢球，钢球装在内外套管的内部，钢球下面用弹性的钢片支撑，可以起到伸缩的功能，在内外套管上有相对位置在同一条线上的孔，当移动到两个孔重合的时候，在弹簧的作用下让钢球弹出来，然后就可以连接，使支杆变长，还有就是在套管上由凹进去或者凸起来的一段槽，这样是为了使杆在拉长变短的时候有它一定的运动轨迹，不至于使内外套管的孔不在一条线上而钢球不能对到内外套管的重合孔的位置，而导致无法连接。 压缩包内含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985 第 20 页 共 35 页图 3.3 雨伞支杆的原理图对于图 3.3 的简要介绍：左下角是杆子，右上是细节图片，蓝色的是一片有弹性的钢片，上面有个蓝色的半圆突起，固定在里面的杆子上，外面的杆子上有个孔，当半圆滑动到这个孔的时候，就停下了。有了上面的想法，我们可以在设计轮缘的连接时借鉴，下面是本次设计中内外套管连接方式的结构图（如图 3.4 所示） 。图 3.4 圆形内外套管的连接图在此连接图中，我们要考虑在发生汽车碰撞时，它怎么收缩，因此在这个图中我们可以看见在弹簧的中间有一条线，在此处代替的是钢丝，我们可以拉钢丝使弹簧处于收缩状态，然后就可以使 压缩包内含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985 第 21 页 共 35 页内套管伸入到外套管的内部，这样就可以达到变形的目的。在此就会有人问到，你说的拉钢丝这个动作该如何实现？在这里，可以把钢丝要拉的那一端绕过类似滑轮的销子，然后接在轮缘外圈的一端，当汽车发生碰撞时，由于有大的冲击力，方向盘轮辐连接处的销子被剪断，那么轮缘外圈就会向方向盘内部伸，那么固定在轮缘外圈的钢丝就会随着轮缘外圈运动而发生位移，为此可以带动钢丝移动。在连接处，我们还用到了弹簧，此处我们就用常见的普通圆柱螺旋压缩弹簧，根据我们的工作要求，选取的几何参数为：外径、中径、内径、节距28Dmm7Dmm16Dmm，在此取、弹簧丝直径、螺旋升角，(0.28 0.5)D(1.96 3.5)mmp 2.5pmm1dmm对于圆柱螺旋压缩弹簧一般应在范围内选取，因此取螺旋升角，有效圈数，5 9810.5n 自由高度。030Hmm本设计中取内外套管的厚度为 3，钢球的直径为 8，总高度为 12，材料都选择 45 钢。 (3) 轮缘的校核对于轮缘而言，它经常受到人手对它施加的作用力，为此我们要从整个转向系来考虑。为了保证行驶安全，组成转向系的各零件应有足够的强度。欲验算转向系零件的强度，需要首先确定作用在各零件上的力。影响这些力的主要因素有转向轴的负荷，路面阻力和轮胎气压等。为转动转向轮要克服的阻力，包括转向轮绕主销转动的阻力、车轮稳定阻力、轮胎变形阻力和转向系中的内摩擦阻力等。精确地计算这些力是困难的，为此用足够精确地半经验公式来计算汽车在沥青或者混凝土路面上的原地转向阻力矩，(N)Mrmm （3-1）313GfMrP式中 在沥青或混凝土路面上的原地转向阻力矩()；MrN m轮胎与地面间的滑动摩擦系数，取 0.7；f转向轴负荷()；1GN轮胎气压()； PMPa作用在转向盘上的手力可用下式得出： （3-2）hMrFiR其中：作用在转向盘上的手力（） ；hFN转向系角传动比；i转向盘半径；Rm转向系效率取 0.75； 压缩包内含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985 第 22 页 共 35 页则：33130.723600512233490 10GfMrN mP5122111024.6 0.25 0.75rhMFNiR所以由式（3-1）和式（3-2）可得出作用于方向盘的手力约为。1110N对给定的汽车，用式（3-2）计算出的作用力是最大值。因此，可以用此值做为计算载荷。然而，对于前轴负荷较大的货车，用式（3-2）计算的力往往超过驾驶员生理上的可能。在此情况下，对转向器和动力转向器动力缸以前零件的计算载荷，应取驾驶员作用在转向盘轮缘上的最大瞬时力，此力为 700N。 12假定载荷在钢球的工作面上均匀分布，则钢球连接的强度条件为 (3-3)3210ppTkld式中：T传递的转矩（） ，；2dTFyFN m k钢球与套管的接触高度，； l钢球的工作长度，在这里应该为半个圆的周长，； d套管的直径，； -材料的许用挤压应力，这里选用的材料是 45 钢，则取值为pMPap60。MPa代入数值，得32102 700 25011.2605 4500pTMPaMPaMPakld可见连接钢球的挤压强度足够。.2 轮辐设计轮辐设计方向盘按其辐条的位置分为对称式和不对称式两种，辐条对称式方向盘，其结构简单、强度高，多用于载重汽车，但影响驾驶员观察仪表。辐条不对称式方向盘，辐条上方空间增大，改善了驾驶员观察仪表的视线，但这种方向盘强度差，故多用于小客车。为在发生车祸时减少驾驶员撞伤的危险性，方向盘辐条一般制成下凹的，且盘毂低于方向盘轮缘。本次设计的载重货车的方向盘，因此选择对称式方向盘，选择辐条数为三条。轮辐是支撑轮缘的重要部件，在现有的方向盘中，轮辐的形状都是不规则的，我们可以根据方向盘的形式，方向盘的轮毂比轮缘低多少的程度，自己设计合理的支撑杆。在本次设计中我选择轮辐截面为圆形的，将截面圆形的轮辐制成内外套管式，两者之间用销子连接，当碰撞力达到一定值时连接销子被“冲”断，轴可以伸缩至套管深处，由此使轮辐变小。 压缩包内含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985 第 23 页 共 35 页 图 3.5 轮辐轴套管的连接1轮辐轴 2销子 3轮辐套管我们根据作用在方向盘上的最大手力 700N，可以知道每一个辐条上承受的最大力，由此可1F以推测辐条的直径大小。11700233.33FNmax1233.3 0.2558.325MF rN m 抗弯强度条件： （3-4） maxmax=MW称为抗弯截面系数。它与截面的几何形状有关，单位为。辐条的材料为 45 钢，材料的弯W 23m曲许用应力，若截面是直径为的圆形，则 100Mpad （3-5）43642232zIddWdd综合式（3-4） 、 （3-5） ，得：18.1 max3333232 58.32510010Md 所以取轮辐截面圆的直径为 30和 36。 轮辐之间的连接用的是塑料销，塑料销可以承受的最大力是，而每个轮辐承受的最大力500N是，所以在正常工作情况下，塑料销是可以满足连接强度的。233.3N本次设计，依据现有的车的参数，我们可以把轮辐做成截面圆直径为 30和 36的内外套管式，而轮毂比轮缘低 70。轮辐在这里就是起到连接轮缘和轮毂的作用。.3 轮毂设计轮毂设计方向盘的轮毂尺寸包括轮毂的最大直径、轮毂的高度和内部花键的尺寸。根据现有数据，我们选择轮毂的最大直径是 100，而轮毂的高度是 90。方向盘轮毂孔内有花键，借此连接转向轴的上端来固定方向盘的部分。1231 压缩包内含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985 第 24 页 共 35 页在本次设计中，我们采用矩形花键连接，其特点是多齿工作，承载能力高，对中性好，导向性好，齿根较浅，应力集中小，轴与毂强度削弱小，加工方便，能用磨削方法获得较高的精度。矩形花键现在已标准化，我们根据转向轴的尺寸来选择花键的参数。有前面计算可知，对给定的汽车，用式（3-2）计算出的作用力是最大值。因此，可以用此值做为计算载荷。然而，对于前轴负荷较大的货车，用式（3-2）计算的力往往超过驾驶员生理上的可能。在此情况下，对转向器和动力转向器动力缸以前零件的计算载荷，应取驾驶员作用在转向盘轮缘上的最大瞬时力，此力为 700N。因此转向轴的转矩:(N m)T (3-4)h7000.25175TFRNmN m扭转剪切强度: (3-5) maxPTWS转向轴的材料取 35 钢， =529.2，S=3。则： MPa抗扭截面系数PW (3-6)3d=16PW综合式（3-4） 、式（3-5） 、式（3-6）可得： 331753d170.20.2 529.2T SNmmMPa所以取转向轴的最小直径为 21。mm表 3.2 矩形花键配合应用的推荐固定联接滑动联接应用配合特征及应用配合特征及应用H5/h5紧固程度较高，可传递大扭矩。H5/g5滑动程度较低，定心精度高，传递扭矩大。精密传动用H6/h6传递中等扭矩。H6/f6滑动程度中等，定心精度较高，传递中等扭矩。一般用H7/h7紧固程度较低，传递扭矩。H7/f7移动频率高，移动长度大，定心精度要求不高。根据转向轴的尺寸，我们可以在机械设计课程设计手册中，依据矩形花键的尺寸、公差 压缩包内含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985 第 25 页 共 35 页（GB/T 11442001 摘要） ，选择花键规格，其中，6 21 25 5NdDB0.3C 0.2r 。 10矩形花键联接公差与配合选用的关键是确定联结精度和配合松紧程度。对于内、外花键之间相对固定，无轴向滑动要求时，则选择固定联接。根据表 3-3 矩形花键配合应用的推荐，在此我们选择配合公差为 H6/h6。花键连接的强度计算根据连接的结构特点、使用要求和工作条件进行必要的强度校核计算。本设计中花键的连接是静连接，因此按工作面上的挤压应力进行强度计算。计算时，假定载荷在键的工作面上均匀分布，引入系数来考虑实际载荷在各花键上不均的影响，则花键连接的强度条件为静连接 （3-7）3210ppmTzhld式中：-传递的转矩，； TN m-载荷分配不均系数，与齿数多少有关，一般取=0.70.8，齿数多时取偏小值； 花键的齿数；z 齿的工作长度，；l 花键齿侧面的工作高度，矩形花键，此处为外花键的大径，为h22DdhCDd内花键的小径，为倒角尺寸，单位均为；C -花键的平均直径，矩形花键，；md2mDdd -花键连接的许用应力，见表 3-2。 pMPa表 3.3 花键连接的许用应力 MPa许用应力连接工作方式使用和制造情况齿面未经热处理齿面经热处理不良35504070中等60100100140p静连接良好80120120200轴和轮毂的材料都是钢，由表 3-3 查得许用应力，取其平均值，100 140pMPa 。齿的工作长度，花键齿侧面的工作高度120pMPa 29l ，花键的平均直径。由252122 0.31.422DdhC 25212322mDdd式（3-6）可得332102 175 1078.10.8 6 1.4 29 23ppTMPaMPazhld 可见，矩形花键连接的强度符合要求。 压缩包内含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985 第 26 页 共 35 页.4 方向盘骨架、包覆层的材料分析方向盘骨架、包覆层的材料分析方向盘通常是由强度、刚度相对较高的金属骨架外加具有一定韧性的包覆层制作而成。常用的方向盘骨架是由碳钢、铝合金、硬质塑料、镁合金等通过冲压、焊接、注射成形等方法制成。碳钢具有较高的强度、硬度和良好的韧性，作为本体材料，在汽车方向盘的应用上一直占据着主导地位，但碳钢硬度较高决定了其难于用单纯的压力加工等方法成形。钢质方向盘骨架的成形方法通常是经过取材、下料等工序，然后把制作好的钢圈、辐条和轮毂通过焊接而成为一个整体。多年来国内外许多汽车及零配件生产厂家不断投入大量人力、物力进行钢质方向盘骨架的开发和研制，其中比较知名的有美国的通用公司、国内的浙江玉环方向盘厂和顺达（芜湖）汽车饰件有限公司等，其生产的方向盘骨架种类繁多。期间也涌现出了许多设计或发明专利，以金属钢为本体材料通过改进设计或优化工序等制作了各种不同的方向盘骨架，使得方向盘骨架样式更加多样化。尽管如此，仍摆脱不了通过下料、焊接等多种复杂工序进行制作的本质。另外，碳钢比重较大、减震系数低，不利于汽车减重且手感较差。碳钢本身的特性难于通过成分优化等得到很大的改进，因此在汽车轻量化的进程中，随着性能优良的轻量化材料的研制成功及相应成形工艺的合理应用，碳钢方向盘在微型汽车上将逐步淡出舞台，被重量和性能俱佳的新材质方向盘所取代。但在强度要求较高、工作环境恶劣的重型汽车等车辆上，碳钢骨架仍会得到广泛的应用。镁合金被誉为“21 世纪最具前途的绿色工程塑料” ，其比重小，比钢轻，比铝轻；衰3 41 3减系数高，具有良好的减震、吸噪及阻尼性能。在方向盘上使用镁合金可以顺应汽车结构向轻量化和节能化的方向发展。除碳钢、铝合金、镁合金等金属材质外，适于生产方向盘骨架的材料还有聚乙烯、聚氨酯硬质塑料和玻璃钢等，这些材料制作的方向盘外观和手感都较差，生产和应用较少。方向盘包覆层最早采用酚醛塑料模压制造，后来采用 HDPE 和改性 PP 注塑成形，目前使用最多的是 PU 料 RIM 制造工艺。这些常用的塑料主要有以下特征：比重小，一般为钢铁的、铝的，1 41 2有利于减重、节能；比强度和耐热性高，化学稳定性好；电绝缘性、机械性能优良，在较宽的温度范围内，具有优异的抗冲击、耐疲劳和减摩、耐磨及自润滑性能；易于成行且具有优良的尺寸稳定性。其中聚氨酯是目前方向盘上用得最广泛的一种塑料。聚氨酯方向盘集装饰与功能于一体，其特点是手感舒适、能吸收驾驶员头部及胸部的碰撞能量，提高安全性，并且耐磨、不易开裂、使用寿命长。该方向盘国外应用得较早，而我国起步较晚。与硬质塑料方向盘相比，PU 方向盘在确保基本功能的前提下，实现了外韧内软，其操作使用性能、安全性能及外观都有很大改进，从而使方向盘具有多种优良性能。到目前为止，世界主要汽车生产厂家均采用 PU 方向盘。 压缩包内含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985 第 27 页 共 35 页.5 确定总体结构图确定总体结构图上图是方向盘的结构效果图，从图中我们可以看出方向盘的每一个部件都用不同的颜色表示，根据前面几部分我们已经设计出方向盘的主要结构部件的尺寸和结构，在此我们需要的就是把前面的几部分组成一个整体，那么，我们的方向盘的整个结构图就显现在我们面前。 压缩包内含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985 第 28 页 共 35 页4 溃缩式方向盘的分析产品形态和产品的功能是密切相关的整体，不管是“形式追随功能”的主张，还是“形式追随行为”的观点，以至“形式追随情酵”的说法。只是在设计操作上侧重点的不同，不能等同于产品形态和功能之间关系的断裂，产品的形态不可能从产品的功能中分离出来而独立存在。它们的关系一方面表现为功能决定产品的基本形态，另一方面表现为形态对产品功能的启发作用。产品的形态是其功能的表现形式和实现功能作用的媒介，在产品形态的认知过程中人们首先会根据经验从形态识别产品的功能。就传统产品而言，功能不同导致产品形态出现质的差异。产品的使用功能是基于人们的使用要求而产生的