汽车转向传动轴总成性能试验系统设计祥解
汽车转向系统性能检测与评价分析PPT课件
• 测量时，把转向参数测量仪对准被测汽 车转向盘中心，调整好三个连接叉上伸缩 卡爪的长度，与转向盘连接并固定好。
• 转动操纵盘，转向力通过底板、力矩传 感器、连接叉传递到被测转向盘上，使转 向盘转动以实现汽车转向。
• 此时，力矩传感器将转向力矩转变成电 信号，而定位杆内端连接的光电装置则将 转角的变化转变成电信号。
• 前轮前束、前轮外倾角、主销后倾角、 主销内倾角统称前轮定位，又称为前轮定 位四要素。
• 常用的四轮定位仪有拉线式、光学式、 电脑拉线式和电脑激光式4种
（1）四轮定位仪的测量原理
1.车轮前束和推力角的测量原理
在测量前束时，必须保证车体摆正且方向盘位于中 间位置，为了提高车轮前束值（或前束角）的测量精度， 无论是拉线式、光学式还是电脑式的四轮定位仪，在检 测车轮前束之前，常通过拉线或光线照射或反射的方式 形成一封闭的直角四边形。将待检车辆置于此四边形中， 通过安装在车轮上的光学镜面或传感器不仅可以检测前 轮前束、后轮前束，还可以检测出左右车轮的同轴度 （即同一车轴上的左右车轮的同轴度）及推力角等。
（1）主销后倾角γ
设计转向桥的时候，使主销 在汽车的纵向平面内向后的一 个倾角γ，即主销轴线和地面垂 直线在汽车纵向平面内的夹角。
当汽车直线行驶 时，若转向轮偶然受 到外力作用而稍有偏 转时，这时由于汽车 本身离心力的作用， 在车轮与路面接触点 b处，路面对车轮作 用一个侧向反力。反 力对车轮形成绕主销 轴线作用力矩YL，其 方向正好与车轮偏转 方向相反。
2.主销后倾角和主销内倾角的测量原理
车轮外倾角、主销后倾角和主销内倾角这三个测量参 数的测量都是关于角度的测量，除了光学式四轮定位 仪测量车轮外倾角和车轮前束时，采用的不是测量角 度的传感器以外，其余各种类型的四轮定位仪均是采 用测量角度的传感器，包括车轮前束角都可以用角度 传感器直接或间接测量。 主销后倾角和主销内倾角不能直接测出，只能采用建 立在几何关系上的间接测量，再由测得的角度推导出 主销后倾角及主销内倾角。
汽车转向传动轴扭转疲劳寿命试验台设计
汽车转向传动轴扭转疲劳寿命试验台设计袁海兵【摘要】针对汽车转向传动轴扭转疲劳寿命的测试,设计了基于PIC16F877单片机的试验台,给出了具体的试验方法,在传动轴与方向盘联接的一端,利用步进电机驱动传动轴,模拟方向盘正反方向的转动,传动轴另外一端,由程控电源控制磁粉制动器,产生扭转负载,与磁粉制动器串联安装有扭矩传感器,能对试验负载进行检测反馈,单片机与程控电源通过串口通信,能自动调节程控电源输出的电流大小,从而使磁粉制动器输出的扭矩负载恒定;该系统测试数据准确,具有试验次数记忆和故障报警功能,成本低,具有实用价值.%For the purpose of torsional fatigue life test of vehicle steering driveshaft, the test stand was designed on the basis of PIC16F877 microcontroller and the specific test methods were given. By using stepper motor to actuate the driveshaft. The clockwise and counterclockwise motions of steering wheel were stimulated on one end of the driveshaft connecting steering wheel. On the other end of the driveshaft, torsional toad was produced with magnetic powder brake controlled by programmable power supply. The torsion sensor, which was installed in series with the magnetic powder brake, was able to detect and feed back the test load. The microcontroller communicated with the programmable power supply via the serial port and was capable of automatically regulating the magnitude of current from the programmable power supply. In this way, the torsion load from the magnetic powder brake was kept constant. This cost -effective system with practical valuehas achieved accuracy of data and functions of test-time memory and fault alarm.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2012(020)001【总页数】3页(P155-157)【关键词】汽车转向传动轴;疲劳寿命试验;PIC16F877单片机;负载恒定【作者】袁海兵【作者单位】湖北汽车工业学院机械工程系,湖北十堰442002【正文语种】中文【中图分类】TP23;U467.4+970 引言转向传动轴是汽车转向操纵机构的核心部件，其作用是将驾驶员转动方向盘的操纵力传递给转向器，最终控制汽车车轮的行驶方向。
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。
浅谈传动轴试验设计和分析
车辆工程技术125机械电子0 概述 汽车传动轴试验是模拟传动轴在整车实际工作状态工况下开展的，是设计辅助的一种方式，也是传动轴设计的延续，设计与试验密不可分，需将两者有机结合在一起，不断提升传动轴设计水平。
1 传动轴工作原理 汽车传动轴与变速箱、驱动桥一起将发动机的动力传递给车轮，使汽车产生驱动力。
汽车传动轴总成一般由万向节、中间支撑、滑动花键、轴管及其两端的花键和万向节叉组成。
汽车传动轴总成主要用于车辆行驶过程中，在相对位置不断改变的两个零部件间传递扭矩和旋转运动，其本身的长度和万向夹角在一定范围内不断变化。
2 传动轴冲击试验 传动冲击试验是指模拟汽车实际工况下的冲击情况，是否满足QC/T523-1999《汽车传动轴总成台架试验方法》要求的试验。
浅谈传动轴试验设计和分析赵彦新,樊宏伟（长城汽车股份有限公司技术中心,河北 保定 071000）摘 要：传动轴是汽车传动系统中的重要组成部分，其抗冲击性、抗静扭性直接影响整车NVH 性能，在设计过程中需要试验分析验证。
本文主要讲述传动轴工作原理、冲击和静扭试验等方面的知识和要点。
关键词：传动轴；试验；试验台图1 （1）搭建试验台，主要由试验台架、夹具、落锤、导向装置、防二次冲击装置、油底板、传动轴摆角调整和机构、传动轴刚性固定头台座、传动轴柔性固定台座等组成，如图1所示。
1）落锤由导向装置控制落点精度，由减速电机提升，提升高度由光电编码器测定。
2）试验高度到达要求后，落锤抓放装置释放动作，落锤自由下落冲击摆臂。
3）冲击摆臂将冲击力传递给传动轴，同时此时防二次冲击装置在控制单元的作用下及时工作防止二次冲击。
4）冲击完成后，提升机构执行下降动作，落锤抓方装置在自重作用下下落。
5）落锤抓放机构与落锤紧锁头接触后，抓取机构动作夹紧落锤，开始提升防二次冲击装置执行机构缩回，试验台进入下一个落锤试验。
6）观察摆臂刻度盘每次冲击后的摆角变化。
（2）配置计算机控制柜与试验台相连接，以便在线监控和存储试验数据。
QC T 649汽车转向传动轴总成性能要求及试验方法
中华人民共和国汽车行业标准汽车转向传动轴总成性能要求及试验方法QC/T 649-20001 范围本标准规定了汽车转向传动轴总成的性能要求及试验方法。
本标准适用于汽车转向传动轴总成。
2 试验项目2.1 总成间隙试验2.2 转动力矩试验2.3 滑动花键的滑动起动力试验2.4 静扭强度试验2.5 扭转疲劳寿命试验3 试验样品试验样品应按照规定程序批准的图样和技术文件制造，其材料、尺寸、热处理及装配状态应符合图样和技术文件规定。
每项试验样品数量不少于3件。
4 损坏的判定4.1 总成的零件表面出现可见裂纹。
4.2 总成运动不灵活，不能继续使用。
5 性能要求5.1 总成间隙试验5.1.1 对于滑动花键结构，总成包含1个万向节，总成的扭转角度不大于45＇。
5.1.2 对于滑动花键结构，总成包含2个万向节，总成的扭转角度不大于1°。
5.1.3 对于无滑动花键结构，总成包含1个万向节，总成的扭转角度不大于15＇。
5.2 转动力矩试验转动力矩应符合设计要求。
5.3 滑动花键的滑动起动力试验滑动起动力应符合设计要求。
5.4 静扭强度试验施加转矩Mj进行静扭强度试验后，总成不允许损坏。
5.5 扭转疲劳寿命试验施加正反方向的疲劳寿命试验转矩M，经3×105次循环试验后，总成不允许损坏。
6 试验条件在各项试验项目中，应满足以下条件：总成应按实际装车状态安装与固定。
7 试验方法7.1 总成间隙试验7.1.1 将总成与转向器联接的一端固定，从转向盘一端施加±3Nm的转矩，所施加的转矩也可以按设计要求确定。
7.1.2 测定总成的扭转角度。
7.1.3 测量误差不大于2％。
7.2 转动力矩试验7.2.1 将转向柱管固定，从转向盘一侧驱动。
7.2.2 测出总成的转动力矩。
7.2.3 测量误差不大于2％。
7.3 滑动花键的滑动起动力试验7.3.1 将滑动花键轴或套固定，在花键拉出的方向上施加力。
7.3.2 测出滑动花键拉出时的起动力。
QCT649_2013汽车转向操纵机构性能要求与试验方法
QC/T 649-2000(200-07-07发布，2001-01-01实施）前言本标准是根据全国汽车标准化技术委员会汽车行业标准制、修订计划制定的。
本标准由国家机械工业局提出。
本标准由全国汽车标准化技术委员会归口。
本标准由汽车研究所负责起草。
本标准主要起草人：旌扬、宏、夏小俊、游城、自标。
本标准由全国汽车标准化技术委员会负责解释。
中华人民国汽车行业标准汽车转向传动轴总成性能要求及试验方法QC/T 649-20001 围本标准规定了汽车转向传动轴总成的性能要求及试验方法。
本标准适用于汽车转向传动轴总成。
2 试验项目2.1 总成间隙试验2.2 转动力矩试验2.3 滑动花键的滑动起动力试验2.4 静扭强度试验2.5 扭转疲劳寿命试验3 试验样品试验样品应按照规定程序批准的图样和技术文件制造，其材料、尺寸、热处理及装配状态应符合图样和技术文件规定。
每项试验样品数量不少于3件。
4 损坏的判定4.1 总成的零件表面出现可见裂纹。
4.2 总成运动不灵活，不能继续使用。
5 性能要求5.1 总成间隙试验5.1.1 对于滑动花键结构，总成包含1个万向节，总成的扭转角度不大于45＇。
5.1.2 对于滑动花键结构，总成包含2个万向节，总成的扭转角度不大于1°。
5.1.3 对于无滑动花键结构，总成包含1个万向节，总成的扭转角度不大于15＇。
5.2 转动力矩试验转动力矩应符合设计要求。
5.3 滑动花键的滑动起动力试验滑动起动力应符合设计要求。
5.4 静扭强度试验施加转矩M j进行静扭强度试验后，总成不允许损坏。
5.5 扭转疲劳寿命试验施加正反方向的疲劳寿命试验转矩M，经3×105次循环试验后，总成不允许损坏。
6 试验条件在各项试验项目中，应满足以下条件：总成应按实际装车状态安装与固定。
7 试验方法7.1 总成间隙试验7.1.1 将总成与转向器联接的一端固定，从转向盘一端施加±3Nm的转矩，所施加的转矩也可以按设计要求确定。
关于汽车传动轴总成扭转疲劳特性测试的试验研究与应用-图文-百(精)
上海:2007年10月中国内燃机学会第七届学术年会论文集关于汽车传动轴总成扭转疲劳特性测试的试验研究与应用王明辉(东风本田发动机有限公司,广东省广州市,510700擒要:零部件疲劳性能测试是进行开发设计和质量控制的重要依据,本文以疲劳试验为基础,统计学理论为手段,介绍获得疲劳特性曲线及确定疲劳极限的基本方法及试验结果的应用,讨论传动轴疲劳特性。
关键词:汽车传动轴、扭转疲劳、试验研究与应用、S—N曲线、疲劳极限随着社会的发展和汽车行业竞争的日趋激烈.车型及零部件的更新不断加快。
缩短研发周期.提高产品竞争力成为各个汽车公司的当务之急。
汽车传动轴作为重要的传动部件。
如何精确快速的确定其疲劳寿命,是传动设计人员十分关注的问题。
由于传动轴高周疲劳失效的离散性很大,使得理论计算往往和实际寿命相差较远。
但是可以运用统计学理论。
在试验台架上快速、精确的获得疲劳寿命数据。
研究传动轴总成在扭转疲劳试验台架上获取S—N曲线的试验方法。
不仅可以为特定存活率下传动轴的疲劳特性计算提供依据,而且对于产品开发和生产质量控制都有积极指导作用。
试验研究的范围,以导致传动轴失效的主要因素——扭转力矩为首选目标。
1试验简介1.1试验原理按照某种循环方式。
施加绕其纵轴方向的力偶进行。
直至传动轴最薄弱的零件疲劳破坏。
1.2设备简介试验设备扭转疲劳专用试验机.能够实现扭矩正弦波、方波、角波以及组合波形的设定,可选角度或扭矩的控制模式。
试验机有两个传动轴连接端,一个固定端一个驱动端,分别连接传动轴总成的外接头(接轮毂和内接头(接变速箱输出端,保证传动轴轴线位于试验机驱动轴的轴线之上。
1.3疲劳试验的分类疲劳试验按试验对象可以分为材料疲劳试验和结构疲劳试验,传动轴总成试验是利用全尺寸零部件进行疲劳试验.属于典型的结构疲劳试验。
按失效循环数可以分为高周疲劳试验和低周疲劳试验.传动轴实车失效的方式遵循高周疲劳的特点。
按试验的目的可以分为:性能测试疲劳试验、验证疲劳试验、影响系数疲劳试验、对比疲劳试验等。
传动轴总成检验报告
传动轴总成检验报告摘要本文档旨在对传动轴总成进行检验，并总结检验结果。
通过对传动轴总成的各项检测指标进行评估，可以评估其质量和性能是否符合相关要求。
1. 检验目的确定传动轴总成的质量和性能是否符合相关要求，以保证产品的可靠性和安全性。
2. 检验方法根据国家标准和相关技术要求，采用以下检验方法对传动轴总成进行检验：- 外观检查：检查传动轴总成的外观是否完好无损。
- 尺寸检测：测量传动轴总成的各项尺寸参数是否符合要求。
- 硬度测试：测试传动轴总成的硬度是否符合要求。
- 材料成分分析：分析传动轴总成的材料成分是否符合要求。
- 动平衡测试：测试传动轴总成在运转过程中是否保持平衡。
- 性能测试：测试传动轴总成在实际使用中的性能是否符合要求。
3. 检验结果经过以上检验方法的评估，我们得出以下检验结果：- 外观检查：传动轴总成外观完好无损。
- 尺寸检测：传动轴总成各项尺寸参数符合要求。
- 硬度测试：传动轴总成硬度符合要求。
- 材料成分分析：传动轴总成材料成分符合要求。
- 动平衡测试：传动轴总成保持平衡。
- 性能测试：传动轴总成在实际使用中性能符合要求。
4. 结论经检验评估，传动轴总成质量和性能均符合相关要求，可投入使用。
5. 建议鉴于传动轴总成经过检验合格，建议继续保持良好的制造和检验流程，确保产品质量的稳定性和可靠性。
附录- 检验报告附件1：外观检查记录表- 检验报告附件2：尺寸检测记录表- 检验报告附件3：硬度测试报告- 检验报告附件4：材料成分分析报告- 检验报告附件5：动平衡测试报告- 检验报告附件6：性能测试报告。
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报鸣电路
为了试验系统更加人性化，本设计设计了一报鸣电 路，实现特殊情况下报鸣。
六、试验系统软件设计
试验系统整体 程序流程图
电动机驱动控 制程序路程图
结 论
本汽车转向传动轴总成性能试验系统是一机电一体化系统，采 用AT89C52单片机智能化检测并记录。本试验系统以JN338A型旋转 式传感器对汽车转向传动轴总成的转角与扭矩进行信号采集，以 AT89C52单片机为控制单元，以数据存储器6116为存储单元，以键 盘与按钮为输入，以七段码为信息显示。整个试验系统的结构简 单使用，精度高，抗干扰能力强，可靠性好，具有很好的检测性 能，且易于维护。
致谢
谢谢各位评委老师！
联轴器的选择
联轴器选用WSD型 十字轴万向联轴器、套 筒联轴器、凸缘联轴器 三种联轴器。
WSD型十字轴万向联轴器
套筒联轴器
凸缘联轴器
传感器的选择
根据汽车转向传动轴总成性能试验内容分析可知，所需的传感器 为扭矩传感器、转角传感器。为了安装测试方便优选扭矩转角传感器， 查选采用北京三晶创业科技集团有限公司的JN338A型旋转式传感器。
本设计系统需要显示扭矩与转角，分别用4 位的共阳极七段码来显示，同时需要键盘输入。 故选用8255并口来连接实现键盘显示接口。
试验项目方式选择
试验项目总三种分别是总成间隙试验、静扭强度试验和扭转 疲劳寿命试验，通过三个按钮来选则与单片机P1.4、P1.5 。
电动机驱动控制设计
电动机为北京和利时电机技术有限公司130BYG三 相混合式步进电机，具体型号为130BYG350FHSAKRMA-0602，同时得知采用选择北京和利时电机技 术有限公司的三相混合式步进电机细分驱动器SH32206。
汽车转向传动轴总成性能 试验系统设计 XXXXXXXX学院 机械电子工程专业 学生： XX 指导教师： XX
一、设计背景
随着汽车保有量的增多以及汽车行驶速度的不断提 高，汽车的行驶安全越来越受到关注。汽车转向传动轴 总成性能直接关系着汽车行驶的安全性欲可靠性。
目前，汽车转向传动轴总成性能进行定性检测，需要 大量的实车试验。实车试验需要消耗大量的物力、人力、 财力。因此，汽车转向传动轴总成性能试验系统设计是十 分重要的。
传感器的选择
考虑到试验台试验转矩与三相混合式步进电机扭矩等， 选择传感器规格为50 N.m，转速输出信号（旋转编码器 式）选配2000个脉冲/转。该传感器一端分别通过凸缘联 轴器与步进电机，另一端通过套筒联轴器。整体用螺栓 固定在机座上。
五、电路元件选择与电路设计
试验台系统电路控制部分主要是实现扭矩信号、 转角脉冲信号的记录与显示，电机驱动控制，键盘输 入扫描与试验项目选择控制等功能。
二、试验标准分析
根据《汽车转向传动轴总成性能要求及试验方法》试验标准 分析可知如下表。
试验项目 总成间隙 试验 转动力矩 试验 滑动花键 的滑动起 动力试验 静扭强度 试验 扭转疲劳 寿命试验 试 验 方 法 将总成与转向器联接的一 端固定，从转向盘一端施 加 ±3Nm 的转矩 将转向柱管固定，从转向 盘一侧驱动 将滑动花键轴或套固定， 在花键拉出的方向上施加 力 将总成与转向器连接的一 端固定，从转向盘一端施 加转矩 将总成与转向器联接的一 端固定，从方向盘一端施 加正反方向转矩 测定总成的扭转 角度 测出总成的转动 力矩 测出滑动花键拉 出时的起动力 测出输入转矩随 总成扭角变化的 曲线 试验后检查样品 的损坏情况 试验分析 机械支持台 可控转矩伺服电 动系统 扭矩传感器 转角传感器 轴向力 力传感器
整体电路原理主要包括单片机、译码器（或片 选器）、地址所存器、外部存储器、看门狗、细分驱 动器、模数转换器、并口扩展及键盘显示器等。
试验台系统输入有扭矩信号、转角脉冲信号、键盘、试验项 目选择，输出信号有三相混合步进电机、转角显示与扭矩显 示、指示灯、看门狗、报鸣器。其中扭矩信号需先经过AD处 理，键盘与显示通过8255并口扩展，三相混合步进电机需细 分驱动器来驱动。
单片机最小单元系统
为了完成系统控制功能首先应布置单片机最小单元系 统，其中元件有单片机AT89C52、12M晶振电路、 MAX813L看门狗电路、74LX373地址锁存器、74LX139译 码器、6116外部数据存储器。
扭矩信号AD模数转换电路图转角脉冲信ຫໍສະໝຸດ 通过反相器接单 片机外部中断INT0
可控正反转伺服 电动系统
三、汽车转向传动轴总成的工作原理
汽车转向传动轴总成是转向操纵机构组成部分。 转向操纵机构包括转向盘、转向柱管、转向轴、上万 向节、下万向节和转向传动轴等。转向柱管中部用橡 胶垫片和半圆形冲压转向柱管支架固定在驾驶室前围 板上，下端插入铸铁转向柱管支座的孔中，支座则固 定在转向操纵机构支架上 。
穿过转向柱管的转向轴上端借转向轴衬套支承，下端则支 承在转向柱管支座中的圆锥滚子轴承上，其轴向位置由转向 轴限位弹簧限定。转向轴通过由万向节与转向传动轴组成的 转向传动装置与转向器相连。
汽车转向传动轴总成组成
1. 上万向节
2.下万向节
3.转向传动轴
四、试验系统机械结构
本设计试验系统对总成间隙试验、静扭强度试验和扭转疲劳寿 命试验这三项试验项目进行试验测试，其机械机构组成依次为三相 混合式步进电机、电机固定支座、凸缘联轴器、转矩转速传感器、 传感器垫座、套筒联轴器、传动轴、汽车转向传动轴总成、固定轴 、固定支座、机座等 。
电动机的选择
汽车转向传动轴总成性能试验系统中需要了 1个 Text 电动机。此电动机的功能是根据电控单元的指令输 出适宜的转向力矩且可低速正反转运行。 考虑到低速运行或准静态运行，要求电动机能 小转角运行，且要求能实现单片机或上位机控制， 能一步一动且要求每一动位移角很小，同时能在不 转动的状态下保持扭矩不变。综合可知电动机优选 永磁直流电机、步进电机、感应电机、伺服控制电 机。 鉴于以上因素，本设计选择北京和利时电机技 术有限公司130BYG三相混合式步进电机，具体型号 为130BYG350FH-SAKRMA-0602。