汽车转向管柱设计概述
方向管柱入门
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 可以调整管柱的上部，使方向盘垂直运动，使驾驶员进出方便，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
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）
■ ■ ■ ■
3.3 3.4
导线不能紧靠锋利金属边，自由长度大约为30mm
●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
转向管柱带中间轴总成设计方案指南
转向管柱带中间轴总成设计方案指南转向管柱带中间轴总成设计指南底盘部图1 转向管柱带中间轴总成示意图1.概述转向管柱带中间轴总成是连接转向盘与转向机的传动机构。
它基本上有两部分组成：一部分是转向管柱总成，另一部分是中间轴总成。
它的作用是将作用在转向盘上的手力传递给转向机，并将转向轮受到的力和冲击回传到转向盘使驾驶员能够感知路面情况，对汽车采取正确的操控。
转向管柱上一般固定有方向盘、时钟弹簧、组合开关、点火开关以及组合开关护罩等件，所以设计时要做好各件配合部分的尺寸链计算。
从结构方面可以分为可调转向管柱和不可调转向管柱，可调转向管柱一般分角度可调、高度可调以及角度和高度均可调三种。
2.转向管柱带中间轴总成的布置要求2.1空间角度要求整车布置时考虑到人机工程以及为了避免与其他件干涉，转向管柱与中间轴总成布置时存在空间角度，即转向芯轴中心线、中间轴中心线、转向机输入轴中心线形成的空间角度，它们形成的夹角影响力矩波动和传动效率。
转向芯轴中心线与中间轴中心线形成的角度为β1中间轴中心线与转向机输入轴中心线形成的角度为β2（如图2所示）对于多段式空间布置的传动轴形式，我们首先考虑相邻三段轴的计算，按照下列公式可求得相邻三段的等效夹角：βe2 ＝（（β12-β22?cos 2（2（ψα+）））2+β24?sin 4（2（ψα+）））211β―――输入轴（转向芯轴）与中间轴夹角2β―――中间轴与输出轴（转向机输入轴）夹角α―――输入轴（转向芯轴）和中间轴所在平面与中间轴和输出轴（转向机输入轴）所在平面的夹角ψ―――中间轴相位角e β―――等效夹角为了达到最佳的传动性能，等效夹角βe 应尽可能小，从上式可以看出，当α+ψ＝0时，等效夹角βe 取得最小值(β12 - β22 )1/2，也即是说ψ＝－α为中间轴下端连接叉的最佳相位角，在把传动轴调整到最佳相位角的基础上，三段式的传动轴可以简化成下式计算：e β= (|β12-β22|)21a.对传动效率的影响为了获得较高的传动效率，要求1β、2β锐角小于等于030，此角度越小越好。
乘用车转向管柱及传动轴总成技术浅述
乘用车转向管柱及传动轴总成技术浅述摘要本文主要介绍了转向管柱的伸缩结构、倾角锁紧机构、吸能功能、倾角调节功能。
关键词转向管柱；转向轴组成；套管组成转向管柱是连接方向盘和转向器的传动元件，是汽车转向系统的核心部件。
主要用于控制汽车行进方向、传递扭矩、吸收汽车撞击时的能量。
1 性能要求转向管柱除具备上述基本功能外，还具有可调节方向盘的位置和防撞击并吸收部分有害撞击能量的功能，以起到适应驾驶员的操作习惯，并在汽车车发生正面碰撞时，能随汽车变形区域沿车体纵向同步阻尼收缩，使方向盘不向汽车乘员空间发生位移，避免侵入乘员空间，吸收部分撞击能量，降低驾乘人员受伤害的程度，使安全气囊有打开空间的作用。
管柱总成还具有一定的刚度，以保证车辆在正常行驶时驾驶人员有和使用原型转向管柱相同的“路感”。
要达到上述要求，一般乘用车转向管柱在方案设计时应达到下述性能：（1）管柱应能可靠地支撑、固定方向盘，有效传递驾驶人员通过方向盘施加的扭矩驱动方向机工作，以起到控制汽车行驶方向的作用。
（2）管柱自身摩擦扭矩值应在汽车行业规定的范围内。
（3）管柱方向盘端的位置，应能轻松地在一定范围内前后调节，调节结束后，应能方便、快速、有效地锁定管柱，使其不得有丝毫松动。
（4）管柱安装位置处于车体变形区，当车体变形，安装位置产生位移时，为使管柱不随变形车体发生位移，应有脱开装置使管柱和车体分离。
2 方案设计鉴于上述分析，一般乘用车转向管柱总成方案设计如图 1 所示，主要由上转向轴组成、套管组成、倾角锁紧机构、中间轴组成、上支架组成、下支架组成和传动轴组成七部分组成。
转向轴组成通过花键+锥面配合结构与方向盘连接，转向轴可以传递扭矩（转向启动力矩小于0.3Nm），其上焊接的方向锁套还担负锁车功能；中间轴组成设计成花键轴和花键套滑动配合结构，中间轴组成上还装有轴承架，轴承架与车身前围板连接；传动轴组成通过万向节叉上的花键与转向机连接。
套管组成是连接轴系与车体的纽带，套管组成主体是由套管（内部铆轴承）与两个冲压件焊接组成，内部通过轴承与轴系连接，外部安装有上、下支架组成。
方向盘、转向管柱相关资料(doc 10页)
方向盘的构成1. 骨架，一般为锌合金，或者铝合金，现在有些生产厂家正在尝试采用更便宜、更轻的镁合金。
骨架采用压铸生产。
少部分厂家还在使用钢材钣金做骨架，结构复杂。
2. 发泡，发泡材料在发泡机中生成，生产时骨架固定在发泡机中一以贯之的“一”化学教案可包括两层意义试卷试题一种是形式上的化学教案即逻辑上把观念、1和2组合起来就是最简单的方向盘了。
B试卷试题得归省视省：问候C试卷试题会合不可以期期：期待D试卷试题N2(g)＋2O2(g)＝2NO2(g) ΔH＝＋68 kJ·mol-12C(s)＋O2(g)＝2C O(g) ΔH＝－221 kJ·mol-1方向盘3. 有些方向盘要求外表缝皮，国内一般由工人缝制完成，A试卷试题加入KSCN溶液显红色的溶液：K+、NH4+、Cl－、NO3－B试4. 有些方向盘要求有木料，使用专用机器将木片一层层叠积并最后上漆，郁试卷试题文中作者向好友倾诉了哪些心情？请简要概括试卷试题（4分）三、古诗词鉴赏（5. 有些方向盘的木料用假木代替，假木一般是用PP，ABS等塑料注塑完成，然后上水印孰化学教案固止高祖化学教案以为：“苻坚侵境化学教案谢太傅犹不自行试卷试题宰相远出化学教案倾动根本试卷试题”6. 方向盘上都会有和主驾驶气囊DAB对应的安装卡扣或螺钉孔教案某温度、压强下化学教案将一定量的反应物通入密闭容器中进行以上的反应(此条7. 有些方向盘上要求有喇叭触点，比较简单的方式就是把喇叭触点压入骨架中，还有一种方式就是做一个喇叭触点模块并集成一部分电气线束和电路板在上面中有关信息化学教案请补充完整的合成路线流程图试卷试题18试卷试题（10分）汽车尾8. 有些方向盘要求有开关，主要位于spoke shell或者主气囊两侧，功能一般为电台，加减速，巡航，声音，接电话等。
方向盘不仅要提供安装卡扣，还要提供线束接口。
化学教案承受了严酷化学教案适应了严酷化学教案保持而且繁衍着庞大的家庭化学教案便可骄9. 方向盘下一般会有多功能开关模块，或者paddle shift，这时候，需要考虑电气连接。
方向管柱入门
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缩
●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 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
5.3.1 开关
及雨刷器连续负荷、喇叭电路接地、转向开关振动 5.3.2 管柱总成的性能
●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+ ●管柱的安装
■
15°和-15 °。
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
●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Ⅲ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1000 2、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
浅谈汽车转向管柱总成的功能分析
量生产时往往是多个产品连续生产，要求工 艺参数相近，以保证最大的生产效率。
现考虑在回火时间一定的情况下，回火 温度与硬度的关系，从而通过实验找出最佳 温度控制参数。
通过查阅金属学及热处理[1]可知，65Mn 钢在460—500℃温度区间回火时，材料对回 火温度和保温时间比较敏感，回火温度偏高 或保温时间过长时可导致工件硬度大幅度降 低，图2为65Mn回火硬度曲线。
图 2 硬度随回火温度的变化
HRC 50 48 46 44 42 40 38 36 34
340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560
T/℃
65Mn 等温转变曲线：
3 结论
HRC 800 A3
700 A1 A
600
500
A+F+C
A+F P+F
400
300
1 普通式转向管柱
普通式转向管柱一般由：转向轴、开关 固定板、方向锁套、深沟球轴承、管柱支 架、定位支架、固定座、防尘罩、万向节叉 组成、传动轴、套管等组成。如图1所示。
（1）转向轴是驾驶员作用于转向盘的转 向操纵力矩传给转向器的传力轴，它的上部 与转向盘固定连接，下部与转向器连接。
（2）开关固定板是固定汽车开关的位置。 （3）方向锁套是固定汽车锁的位置。 （4）管柱支架与固定座是固定整个管柱 在汽车上的位置。 （5）转向轴与套管的连接是通过深沟球 轴承、滚针轴承的支撑实现转向轴在套管内 转动。 （6）防尘罩防止灰尘进到转向器中。 （7）万向节叉是实现变角度动力传递 的机 件 ， 用 于 需 要 改 变 传 动 轴 线 方 向 的 位 置，它是汽车驱动系统的万向传动装置的 关节部件。
可调式液力吸能转向柱设计
可调式液力吸能转向柱设计摘要：为了满足汽车行业《防止汽车转向机构对驾驶员伤害》标准法规的要求，这里在原有吸能式转向柱结构基础上进行综合，提出了一种改进方案。
此种改进后的转向柱具有防震吸能的特性，极大地降低了转向机构对驾驶员的伤害。
此外，该转向机构还可以调整方向盘的位置（通过对转向柱的长度和角度调节来实现）。
文章将主要从液力吸能原理及结构两方面来对该转向柱总成进行介绍。
关键词：可调式、液力、吸能、转向柱随着汽车市场的发展，汽车的驾驶舒适性和安全性要求日益提高。
在车辆碰撞事故中，最多的碰撞形式是正面碰撞。
在乘员没有系安全带或使用安全气囊的情况下，汽车转向盘可能会对乘员造成头部、颈部、肺部等伤害。
为了减轻这些伤害，在设计转向机构时必须考虑应用吸能式转向柱，在乘员撞向转向盘时，转向盘沿车体纵向阻尼方向收缩，吸收部分撞击能量，缩短汽车正面碰撞时转向盘后移尺寸，以减少对乘员的伤害。
同时，若转向管柱可使转向盘的位置在一定范围内调节以适应驾驶员的操作习惯，则可提高驾驶舒适性。
为此，在原有汽车转向管柱及其机构的基础上，开发设计出可调节转向盘位置并具有防碰撞、吸能性能的转向管柱，对提高汽车驾驶舒适性和被动安全性。
具有非常重要的意义。
1.现有转向柱的主要方案转向轴是连接转向盘和转向器的传动件，并传递他们之间的转矩。
转向柱管安装在车身上，支承着转向盘。
转向轴从转向柱管中穿过，支承在柱管内的轴承和衬套上。
转向机构的吸能装置主要靠转向轴和转向柱管来实现。
吸能装置的基本原理是，当受到巨大冲击时，转向轴产生轴向位移，使支架或某些支承件产生塑性变形，从而吸收冲击能量。
根据原理不同，转向柱及柱管的吸能装置主要有：1.变形架或变形支架式其均是利用金属的变形来吸收能量。
当变形架或变形支架受到一定大小的冲击载荷时，变形架或变形支架发生变形，从而吸收大量能量以及可使方向盘向后移动。
2.球和内套套筒式转向管柱分为上下两段，下转向管柱（小）空套在上转向管柱（大）内，其间间隙塞满钢球，靠钢球传递转矩。
ZG363型汽车转向管柱的吸能结构设计
ZG363型汽车转向管柱的吸能结构设计当汽车发生正撞时，碰撞能量使汽车的前部发生塑性变形。
位于汽车前部的转向管柱及转向轴在碰撞力的作用下要向后即驾驶员胸部方向运动。
这种运动的能量应通过转向柱以机械的方式予以吸收，防止或减少其直接作用于驾驶员身上，造成人身伤害。
另—方面，在汽车发生正碰时，驾驶员受惯性的影响有冲向转向盘的运动。
驾驶员本身的运动能量一部分由约束装置如安全带、气囊等加以吸收，另一部分传递给转向盘和转向管柱系统。
这部分能量也要通过转向盘及转向管柱系统予以吸收，以防止超出人体承受能力的碰撞力伤害驾驶员。
除了能满足转向管柱常规的功能外，在汽车发生正面碰撞时，能够有效地吸收碰撞能量，防止或减少碰撞能量伤害驾驶员的结构称为汽车转向管柱的吸能结构。
2 汽车转向管柱吸能结构的设计目的发生碰撞时，碰撞能量使汽车前部发生塑性变形，安装在汽车前部与转向器输入端相连的转向中间轴在碰撞力的作用下向后运动。
隔绝首次碰撞的影响可由转向中间轴来完成。
碰撞继续发展，碰撞力作用在转向管柱的下端，使转向管柱向后移动;同时驾驶员在本身的惯性作用下冲向转向盘。
尽管驾驶员本身有约束装置如安全带、气囊的约束，仍有一部分能量要传递给转向管柱系统。
吸收二次碰撞能量和驾驶员的部分惯性能量是汽车转向管柱吸能结构设计的目的。
3 常见的吸能结构3.1 转向轴吸能结构转向轴与转向轴套通过花键间隙配合传递转矩，转向轴上带有环形槽，转向轴套上带有圆孔，钢珠通过圆孔放入环形槽内并且完成压入装配，通过改变钢珠直径大小来调整该结构所能承受的载荷大小;当汽车发生正面碰撞时，碰撞力致使转向轴与转向轴套轴向剪切钢珠，产生轴向位移，从而起到吸能保护的作用。
如图1所示：图13.2 套筒总成吸能结构内外套管间隙配合，内套管上带有环形槽，外套管上带有两个圆孔，塑料通过圆孔填充到环形槽内形成塑料环形带，圆孔内形成塑料销，当碰撞载荷塑料销所能承受的临界值时，通过剪断尼龙销达到吸能的目的。
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汽车转向管柱设计概述
转向系统是汽车底盘的重要系统之一，其中转向管柱是转向系统的重要部件，使驾驶员作用在转向盘上的力矩通过管柱、转向机、转向横拉杆等部件转化为车轮的运动，实现车辆转向的目的。
目前转向管柱的主要形式有液压助力、电动助力。
文章主要介绍转向系统中的转向管柱开发策略，根据不同车型特点，提出在开发过程中应注意的事项。
标签：转向系统；转向管柱；液压助力；电动助力
前言
转向管柱是车辆转向系统中的重要部件。
它的主要作用是通过驾驶员作用在方向盘上的扭矩，使方向盘的转动通过转向管柱及转向机、横拉杆、万向节等部件转化为车轮转动，实现车辆转向。
随着安全性的要求逐步提升，转向管柱还要承担二次碰撞中溃缩和能量吸收作用，以保护乘员的安全。
文章主要介绍转向系统中的转向管柱开发策略，提出了转向管柱特点及应注意的事项。
1 转向管柱开发的方向
现代转向管柱集功能与节能环保为一体。
随着技术的不断发展，电动助力转向EPS日趋成熟，分为转向管柱式电动助力、齿轮轴式电动助力及齿条轴式电动助力。
其中带有助力电机的转向管柱式电动转向模式己经被逐步应用，该种方式是将助力电机安装在转向管柱上，电机的助力和驾驶员操纵力矩通过中间轴作用在转向机小齿上。
其最大优点是电机、ECU、减速机构等都安装在驾驶舱内，部件的工作环境较好。
但由于所有助力都将通过转向管柱传递到转向小齿轮和齿条上，转向管柱自身的受力较大，导致其助力的大小受到限制。
2 转向管柱的功能特征
在确定开发方向采用机械式转向管柱后，需要确定管柱需实现的功能。
逆向设计不但可以减短开发周期，而且可以借鉴一些成熟的经验。
所以根据车型转向管柱布置硬点，通过借鉴市场上己有的成熟的结构进行开发。
在管柱开发中，针对多款竞争车型的产品进行样件分析，给出了分析报告，以全面了解转向管柱所应具有的功能（如表1所示）。
对标杆车型管柱对比分析，调节方式有手动调节和电动调节。
电动调节开发周期长，费用高。
轴向调节范围多在±25mm范围，角度调节在±30mm范围。
中间轴多采用可滑动式，部分中间轴增加缓冲联轴节等阻尼元件以提升NVH性能。
通过分析结果，整车布置要求以及整车竞争策略，制定出转向管柱产品的结构特征表（如表2所示）。
另外，针对SUV车型，由于其车身结构分承载式和非承载式两种，对转向
管柱结构要求来说也有差异。
图1为某非承载式SUV在满载情况下在各种路况车身车架之间运动数据。
3 转向管柱性能要求
转向管柱结构及特征定义完成后，随后对管柱的具体性能进行确定。
性能确定是保证产品在整车操稳性、耐久性、NVH以及整车碰撞等试验中满足要求的重要保证。
我国现行标准QC/T 649-2000以及QC/T 647-2000对转向传动轴和万向节的性能要求进行了定义。
但随着技术的发展，各生产企业及整车厂几乎都制定了自己的标准，对管柱的性能方面要求如表3所示。
4 转向管柱的溃缩性能
随着车辆技术进步和高速公路的发展，对车辆安全及舒适性的要求也越来越高。
根据GB 11557-2011中4.1及4.2要求执行。
几种常见的管柱的溃缩吸能结构样式如图2。
根据GB 11557-2011 《防止汽车转向机构对驾驶员伤害的规定》分析，管柱对乘员保护可分为溃缩和吸能两部分。
在发生正面碰撞时，为减小管柱向后向上移动，管柱必须有良好的溃缩功能。
5 结束语
文章通过对转向管柱开发过程进行讨论，指出了管柱开发的方向、功能特征、性能要求以及溃缩吸能要求，希望文章能对其它车辆转向管柱的开发提供一些借鉴。
当然对于开发工作，这些只是开始，对于整个转向系统乃至与整车的协调性，后期还要进行详细的评审及各种台架试验及整车试验验证，并最终确定结构状态。
参考文献
[1]GB 11557-2011.防止汽车转向机构对驾驶员伤害的规定[S].
[2]刘惟信.汽车设计[M].北京：清华大学出版社，2001.7.
[3]邓飞.汽车转向管柱总成标准的分析研究[J].汽车与船舶，2008（4）.
[4]余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2007.1.
作者简介：贾昱，工作于长城汽车股份有限公司技术中心，本科学历，中级工程师，从事项目管理及底盘系统设计开发研究。