转向管柱总成的性能设计要求及疲劳寿命试验项目的研究分析

转向管柱总成是汽车转向系统的最基本组成部分之一。它是决定汽车行驶安全性与可靠性的关键部件。如何保证转向管柱总成符合设计的性能要求是我们最关注的问题，特别是对转向管柱总成的疲劳寿命试验，是保证和提高产品质量的一个重要环节。

试验标准与规范

我国汽车行业标准对汽车转向管柱产品性能要求及试验方法在“QC/T649-2000《汽车转向传动轴总成性能要求及试验方法》”的标准中做了明确规范。依据标准规范对汽车转向管柱总成进行疲劳寿命试验。

近几年来，由于国内外汽车生产商对汽车转向管柱总成的疲劳寿命试验内容和要求在不断更新和提高，本公司产品试验室对标准与规范中疲劳寿命试验的项目也在不断增加。在QC/T649-2000《汽车转向传动轴总成性能要求及试验方法》中条款5.5扭转疲劳寿命试验的基础上做了进一步的补充（主要内容依据汽车生产商的要求，以及提供的相关技术资料，详见表）。

汽车转向管柱总成疲劳寿命试验

样件与试验项目

以上五项管柱疲劳寿命试验基本上代表了当前国内外汽车转向管柱总成疲劳寿命试验的项目。样件试验的具体项目要依据转向管柱总成所选用的技术标准而定。

样件试验项目选取的基本原则如下：

1.一般采用国内标准规范的汽车转向管柱总成试件选用第一项疲劳寿命试验。

2.采用日本标准规范的汽车转向管柱总成试件选用第二项疲劳寿命试验。

3.采用欧美标准规范的汽车转向管柱总成试件选用第三项、第四项和第五项疲劳寿命试验。

试验设备与试验方法

按5个试验项目，分别由6个试验设备来完成。它们是：扭转疲劳寿命试验台、回转耐久性试验台、电动可变倾角寿命与垂直疲劳试验台、手动可变倾角寿命与垂直疲劳试验台及管柱结构侧向疲劳试验台和转向系统寿命试验台

1. 扭转疲劳寿命试验

（1）试验设备见图1，由试验台架和驱动机构组成。其中，试验台架：底座板、驱动机构和固定座联接固定一体。功能是为试件提供一端是固定点，另一端产生正反扭矩作用；驱动机构：驱动机构是由电机、减速机和装有滑槽的摆块组成，功能是提供正反扭矩。

（2）试验方法：先将试件安装在试验台架上。在转向轴顶端配上幢块，调整中心安装在驱动机构，另一端固定在固定座位置上。然后接通电源，对试验件施加正反方向扭矩。试验完成后，卸下试件按标准规范对试件进行试验后检测。 

2.回转耐久性试验

（1）试验设备见图2，由试验台架、驱动机构和负载扭矩箱组成。其中，试验台架：立式支架，驱动机构和负载扭矩箱联接固定一体。功能是由驱动机构为试件提供产生正反±700驱动扭矩，同时由负载扭矩箱产生阻力扭矩；驱动机构：驱动机构是由电机、减速机和齿轮齿条组成。功能提供产生±700的驱动扭矩；负载扭矩箱：负载扭矩箱是由制动轮与制动带以及手动调解阻力扭矩的弹簧与镙母组成，功能为产生阻力扭矩。

（2）试验方法：先将试件安装在试验台架上。试件的转向轴顶端调整中心安装在驱动机构，另一端固定在负载扭矩箱的联接法兰位置上，然后，接通电源，对试验件施加正反方向的旋转扭矩。试验完成后，卸下试件按标准规范对试件进行试验后检测。

3．电动可变倾角寿命与垂直疲劳试验

试验设备见图3。由试验台架、控制电动管柱系统、加载系统和控制软件组成。其中，立式支架的功能是固定试件；控制电动管柱系统：由电源电流控制表，通过控制线驱动试件的可变倾角与垂直电机；加载系统：气缸与拉力传感器安装在一体。拉力大小值由显示表显示；控制软件：按标准规范编写试验控制程序。主要内容是控制电动管柱系统和加载系统的试验控制程序。

（2）试验方法先将试件安装在试验台架上。试件的方向盘与气缸通过接力件联接在一起。然后，打开计算机，调出控制程序开始试验。试验完成后，卸下试件按标准规范对试件进行试验后检。

4．手动可变倾角寿命与垂直疲劳试验

（1）试验设备见图4和图5。由试验台架、伸缩机构、倾角机构、锁紧机构、加载机构和控制软件。其中，试验台架由墙式立架和试件顶座组成。功能是为试件提供附着支撑和固定作用；伸缩机构：气缸活塞杆与推杆固定一体。推动试件套管伸缩；倾角机构：气缸固定在伸缩机构上。推动管柱垂直上下；锁紧机构：步进电机齿轮推动齿条，齿条带动曲柄对试件手柄进行锁紧与打开；加载机构：气缸活塞杆与试件方向盘联在一起。施加向下力。气缸下端安装有拉力传感器，拉力值由显示器显示值大小；控制软件：按标准规范编写试验控制程序软件。主要内容是将伸缩机构、倾角机构、锁紧机构与加载机构按标准要求的先后顺序和停留时间进行程序控制。

（2）试验方法：先将试件安装在试验台架上，试件的方向盘与气缸通过联接件联接在一起。见图4和图5。然后，打开计算机，调出控制程序开始试验。试验完成后，卸下试件按标准规范对试件进行试验后检。

5．管柱结构侧向疲劳试验

（1）试验设备见图6。由试验台架和侧向力机构组成。其中，试验台架由墙式立架和箱式底座组成。功能是为侧向力机构和试件提供附着支撑和固定作用；侧向力机构：气缸双活塞杆固定在墙式立架上，底板固定在气缸体上，力传感器固定在底板上。力值由显示器显示值大小。

（2）试验方法：先将试件安装在墙式立架上，在试件的转向轴顶端配上幢块，然后调整试件，让幢块在两个力传感器的中间位置上，然后接通电源与气源，计算机以8次/min开断来控制电磁阀，让侧向力机构对试验件施加345±17.25N左右方向力。最后，设置计算机计数，达到1.5万次自动报警。试验完后，卸下试件按标准规范进行试验后检测。

6．转向系统寿命试验

（1）试验设备局部见图7。由试验台架、驱动机构、负载机构和控制软件组成。其中，试验台架由墙式立架和箱式底座组成。功能是为驱动机构、负载机构和试件提供附着支撑和固定作用；驱动机构：驱动机构由步进电机与蜗杆减速器组成；负载机构：负载机构由磁粉制动器与扭矩传感器组成；控制软件：按标准规范编写试验控制程序。主要内容是按标准要求的先后顺序和停留时间进行程序控制。将步进电机的转速和正反方向旋转的角度设置为变量，程序的循环次数自动记录和显示。设定耐久循次数，达到设定值自动报警。

（2）试验方法：先将试件安装在墙式立架上；然后打开计算机，选取自动控制程序，参数设置：顺时针1.5γ，逆时针3γ，然后顺时针1.5γ，确定为一个循环。自动计数满6万次自动报警。最后按确定，试验开始；接下来，设置负载：由显示器可观察到目前磁粉制动器的加载数值，手动调整磁粉制动器控制电源，通过增加（减少）电流，来增加（减少）阻力扭矩负载，调至41±5Nm 为止。试验完成后自动报警，卸下试件按标准规范进行试验后检测。

结束语

本文介绍了我公司疲劳寿命试验项目，以及每项试验的设备和试验方法。这些试验项目基本上代表了当前国内外汽车转向管柱总成疲劳寿命试验的项目。目的是与同行互相交流，共同提高国产汽车零部件的试验水平。