方向管柱入门

1、 第一部分 方向管柱入门方向管柱概论方向管柱的零件管柱在车上的安装设计性能的规范试验要求 一、方向管柱概论1.1.1 什么是方向管柱 方向管柱是将方向盘上的力矩传给转向器的连接装置。方向盘由一个螺母固定在管柱上。1.1.2 基本功能 a）将方向盘力矩传至中间轴再从传至转向器 b）提供能量吸收装置保证安全 c）提供附加设备 方向盘的倾斜调整 点火开关钥匙 转向防盗锁止系统 钥匙驻留报警开关 喇叭电路 转向灯自动复位装置 制动变速内锁系统 外罩 多功能开关 雨刷器 变光器 巡航控制器 转向灯 紧急灯 线性换档机构 停车锁1.1.3 次要的功能 a）提供方向管柱的固定装置 上端与仪表板的连接装置 下

2、端与仪表板的连接装置 中间轴的防尘罩 b）与转向系统的联接装备 方向盘 中间轴或转向器 换档杆 变速箱的拉绳 电线的支承1.2 方向管柱的种类1.2.1 整体式 整体式转向管柱是GM的传统转向管柱，始于60年代中期，曾成功地销售给Chrysler。这种管柱是圆形的，很多功能的实现都建立在同心运动上，钥匙柱体安装在壳体的右侧。1.2.2 组合式 组合式管柱对装配、维修更加通用，因为它的开关和锁柱是安装在管柱的上壳体上的，GM的组合式管柱通常称CSS(Corporate Set Strategy通用的战略）。1.3 调节装置1.3.1 TILT（摇头调节） 可以调整管柱的上部，使方向盘垂直运动，使

3、驾驶员进出方便，操作更合适。1.3.2 Rake（倾斜调节） 使管柱绕下支点摆动，改变管柱的角度，Rake机构相对简单一些，制造方便一些。1.3.3 摇头与可伸缩调整 除了头部可调外，沿轴线可伸缩，调节装置有手动，也有电动。1.3.4 标准管柱 安装后不能调整，管柱保持在固定的位置。1.3.5 变速机构 同心整体式 组合式 线性1.3.5.1 管柱变速杆1.3.5.2 地板变速杆1.4 方向管柱的结构二、方向管柱的零件2.1 机械部分2.1.1 管柱头2.1.1.1 Tilt（摇头）机构 锁靴 杠杆 铰链锁 弹簧2.1.2 转向管柱防盗系统 任何汽车的防盗系统的作用是防止未受权人私占或使用该汽

4、车，基本的方法是使其无资格使用汽车的一些必需功能。如： 1）转向 2）变速器 3）点火系统 4）燃油系统 5）起动马达 6）制动可以用一个功能也可以同时启用几个功能作为防盗系统。美国的偷车状况： 24秒钟就有一辆汽车被偷 1969年采用防盗转向管柱锁，导致偷车率明显下降 偷车的手法： hot wire slam-pulling Chicago punch2.1.3 车辆防盗系统passkey（Personal Automotive Security System）（个人汽车保密系统）2.1.3.1 锁，锁柱 主要功能：控制点火，带动机构锁往转向轴2.1.3.2 锁栓总成 由锁芯转动而驱动 锁止

5、方法： 锁销约束转向轴的铜盘 锁销约束转向锁平面 2.1.4 套筒总成 基本功能：对管柱提供结构支承，一般用螺栓固定于仪表板上 附加功能：提供rake和伸缩的调节 安全保护功能2.1.4.1 能量吸收系统 1960年生产第一个能量吸收系统，它减少汽车前撞时驾驶员的危险，优化的能量吸收系统应提供最小的恒定的力和允许最大的位移，典型的方法： 球和内套的套筒 变形支架 变形条 网格套筒2.1.4.2 拉脱安全锁（pullout Capsules) 这是第二级能量吸收装置 矩形拉脱安全锁 快速松开安全锁 按扣式安全锁（Snapon） 高剪切载荷安全锁2.1.4.7 球和内套的套筒为什么使用？ 检验性能

6、 性能可以预测可以重复 球的模型能优化，便于控制碰撞的临界载荷 确信遵守规范 所有的总成100监测，确信达到了载荷的要求 柔性设计 安全锁的载荷可以符合汽车的要求 改变专利过程可以提供变化的或者恒定的拉脱力 成本低 制造简单 saginaw已有制造设备2.1.4.8 变形支架 支架安装与套筒的下部，拉脱安全锁允许管柱从上部的仪表板架松开，变形支架一般能预测载荷。在碰撞时，管柱支架的移动量是支架半径大小的函数，半径大，位移也大，缺点是需要有变形空间，而球和内套的能量吸收系统其运动是在自己本身内部。2.1.4.10 变形条 类似于变形支架，但空间占用小。种类：J形条 S形条 V形条 Ribbon（

7、堆垛层带）2.1.4.11 网格套筒 便宜但不能预测2.1.5 倾斜（rake）调整机构 调节杠杆 加紧机构 支承架 压缩架 铰链支架2.1.6 伸缩机构 一般伸缩机构是一个角度调节结合起来的 典型值是50mm2.1.7 带记忆的可伸缩、摇头的转向管柱 组成：电机、齿轮箱、作动器、传感器、控制器 用RAM可存储和驾驶员的先位置2.1.8 转向轴 两截转向轴，采用注塑方法连接在一起 三截转向轴分三部分，上叉、下叉和管 转向轴的能量吸收功能应能满足下列的要求： 至少应有60的压缩距离 消除伸缩装置的连接 允许管柱在仪表板下自由穿过 碰撞以后维持转向功能 有坚固的安装，只有很少的连接影响以保证轴的压

8、缩2.1.8.1 轴端 花键2.1.8.2 万向节 采用U形节，要求：最小的摩擦，最小噪声，高的强度 种类：球铰两个塑料铰链、柔性铰、低角度铰链用于电动转向2.1.8.3 锁止机构 联邦机动车安全标准（FMVSS114)要求：任何时候取下钥匙，都必须有一个锁止系统、防止发动机工作，防止转向或汽车自己活动或者转向和汽车自己活动都禁止，换句话说，锁止机构必须能锁住转向，或变速箱，或者是转向，变速箱都锁住。2.1.9 管柱与方向盘的接口 采用螺栓或螺母 方向盘与管柱有相对定位关系，管柱的标记应对准方向盘的标记2.1.10 管柱与转向器的连接 典型的是中间轴连接或者是连轴节 电动转向机2.1.11 轴

9、承 作用：转向轴的径向支承 在tilt管柱上头部有两个轴承，其它管柱为一个 下部为一个轴承 种类：传统的轴承、精密的轴承、橡胶密封轴承、塑料轴承2.1.12 变速杆 大多数变速系统，是可锁的 内锁：空挡机械起动系统（Mechanical Neutral Start System） 种类：模块式、管式、集中式、在线式2.2 电气部分2.2.1 开关 转向开关 点火开关 变光器 雨刷器及清洗开关 紧急指示灯 巡航控制（只有在平稳的路面使用）2.2.1.8 BTSI（Brake Transmission Shift Interlock） 制动与变速内锁2.2.1.9 气袋线圈2.2.1.10 喇叭2

10、.2.3 转向复位凸轮2.2.4 转向轴旋转位置传感器2.2.5 电器连接三、管柱在车上的安装3.1 引言3.2 推荐的安装步骤 带气袋的管柱包括运来的有一个防转动的销子，在要安装方向盘之前，取下这个销子。 在将管柱装到车上之前，旋转转向轴不要超过+ 15和-15 。 管柱的安装 将管柱的上支架装到仪表板支架上，达到指定的紧固力矩 装好下支承架 紧固上支架的安全锁螺栓 将中间轴的下端安装到转向机的输入轴上 只有在管柱与转向机连好以后，取下防转动销3.3 导线不能紧靠锋利金属边，自由长度大约为30mm3.4 管柱的上、下碰撞可能会剪断塑料连接，应避免这种碰撞 管柱的支架在安装时不得变形 安装不小

11、心支架会使管柱加上载荷 如果约束线圈上的防转动装置原先移动过就不要使用此管柱总成 在运输和安装中，可膨胀约束线圈必须没有变形或破裂 管柱在操纵期间必须是安全的 管柱的运输必须用支架，防止变形损坏 固定方向盘的螺母必须达到指定的力矩 不要用开关杆、导线提取管柱 避免对开关杆、喇叭按钮超载四、设计性能的规范4.1 政府法规 1996年成立了NTSA（the National Traffic Safety Agency）和NHSA（the National Highway Safety Administration） 最大的胸部载荷1000磅，分布在30平方英寸的接触面积上 有两个标准（FMVSS）

12、4.1.1.1 FMVSS203对转向控制系统的碰撞安全，对实验装置的胸部碰撞力，在相对速度为15mph时不能超过2500(2500*0.454=908kg)磅，除非碰撞时间不超过3ms，另外方向盘和辅助装置不能绊住衣服或者珠宝。4.1.1.2 在30mph前撞固定障碍，管柱的上端不能加载4000(4000*0.454kg=1816kg)磅以上水平向后移动不超过5(5*2.54=12.7cm)英寸。4.1.1.3 假人 1）SAEJ944 Body Dlock/Blak Taffy 这是1968年试验E/A管柱由FMVSS203要求的，头，胸部和腹部是一些像橡胶的材料做的。这种假人没有肩和手可

13、以去握住方向盘，颈部、肩和腰椎没有关节。 2）Part 572/混合型假人 这是FMVss208要求的，是1972年由GM研制的，它有更好的重复性、可靠性和可维护性，有些关节有运动，但它的头、胸、膝盖对碰撞的响应以及颈部的弯曲不像人。 3）混合三型假人 这个假人是GM在AD502假人上发展的，其特点： 头的结构在碰撞时的特性像人 颈部的弯曲响应像人 脊椎的曲线像人 膝的结构在碰撞时的特性像人 膝和肩关节结合力矩恒定，提高了重复性，减少了设置的时间 使膝关节和踝关节更具有人的特点 混合型假人是实验室研究转向系统最好的人的替身，因为它在正撞时更符合人的响应特性。五、试验要求 参看中间轴和管柱的工程

14、试验规范手册5.1 前撞试验5.1.1 损伤原则FMVSS208规定：1、头部SI不超过10002、胸部加速度60g，最大累积时间为3ms 在假人胸腔中测量3、股骨载荷每条腿不超过1400(1400*0.454=635.6kg)磅5.1.2 拟人实验装置 GM安全试验有三种假人：5女性，50男性，95男性，50的男性的胸由Aldersin制造的，5女性，95的男性是由Sierra制造的。5.1.3 试验5.2 工程试验规范（ETS）5.2.1 目的：建立管柱总成的性能与可靠性的标准5.2.1 一般要求 所有的管柱安装点都必须和在车上一样5.2.2.1 磨损试验 Tilt机构磨损、Park锁磨损

15、 、选挡锁磨损、锁止锁磨损、空挡磨损5.2.2.2 可靠性试验 tilt球的可靠性、换挡机构的可靠性、BTSI放松按钮的可靠性、停车锁机构的可靠性5.2.2.3 环境试验 管柱总成的功能、Tilt机构的磨损5.2.2.4 疲劳试验 转向轴扭转疲劳、支架碰撞疲劳、转向轴旋转疲劳5.2.2.5 极限试验 轴锁扭转极限 将支架安装到一个卡具上 约束转向轴锁装置，通过转向轴加一个相反的扭矩达到指定值 管柱在规定的循环以上不能松开或拆断 转向轴扭转极限5.3 发展研究试验5.3.1 开关 转向开关连续负荷、紧急灯连续负荷、变光器连续负荷、点火开关连续负荷、 清洗及雨刷器连续负荷、喇叭电路接地、转向开关振

16、动5.3.2 管柱总成的性能 轴锁凸轮脱落 轴锁扭转极限 停车锁机械磨损 停车锁环境磨损与疲劳 管柱的静刚度 转向管柱的柔顺性 第二部分 中间轴一、什么是中间轴 将转向扭矩平滑地从方向管柱传到转向机构1.1 基本功能：平滑传递扭矩、三个指标1.1.1 柔顺性1.1.2 效率1.1.3 扭矩的变化1.2 次要功能 中间轴的轴棒由一根实心轴和一根管子组成，可相对滑动，典型设计为100mm，好处： 允许车身制造误差 减少底盘振动对驾驶员的传递 对碰撞有安全作用 维修方便、安装简单1.3 中间轴的结构1.3.1 分解图 万向节、轴、隔离器、密封件1.4 结构1.4.1 万向节 柔性连轴节、等速万向节、十字轴万向节（Cardan）、罐式连轴节（Pot Coupling）1.4.3 叉子1.4.4 十字轴（精锻、精锻挤压、焊接） 1.4.4.1 轴承 1.4.4.2 轴承面的密封1.4.5 滑动轴 双D型、模塑花键型、注射式1.4.10 滑润脂1.4.11 隔离器（功能：消除振动）1.4.12 隔离器联轴节 同心隔离器、柔性联轴节、注塑隔离器1.4.13 环境保护1.4.14 有密封套的总成1.4.15 无密封的总成 滑动轴密封件、前挡板密封件、防石罩、轴承面密封件、防腐蚀二、安装2.