一种汽车方向盘总成的扭转疲劳强度测试装置及方法

摘要

一种汽车方向盘总成的扭转疲劳强度测试装置及方法，属于汽车性能测试技术领域，该测试装置中的测试平台上设置定位部件Ⅰ和定位部件Ⅱ，定位部件Ⅱ上安装方向盘总成，定位部件Ⅰ上安装有两组扭转驱动部件，两组扭转驱动部件分别位于方向盘总成外缘相对的两侧，每组扭转驱动部件包括直线伺服电机、测力计和连接支架，直线伺服电机和测力计与PLC控制箱电连接，直线伺服电机通过测力计、连接支架与方向盘总成可拆卸相连，本发明的有益效果是，本发明涉及的测试装置整体结构简单，方向盘总成的定位简单稳定，通用性强，易于操作，便于维护，可靠性高，测试成本低，测试方法满足了标准要求，测试精度高。

说明书

技术领域

本发明涉及汽车性能测试技术领域，尤其涉及一种汽车方向盘总成的扭转疲劳强度测试装置及方法。

背景技术

汽车已经成为人们日常所需的交通工具，随着汽车各项安全技术水平的不断逐步提高，汽车方向盘骨架是控制汽车行驶方向的重要零部件，能承受一定扭转力及弯曲应力外，还必需要具有一定的强度和硬度，确保驾驶员的安全。方向盘总成强度偏大的方向盘的轮缘在驾驶中变形量小,不利于碰撞能最大的能量吸收，同样地，强度偏小的方向盘轮缘在碰撞中变形过快，也起不了良好的吸收碰撞能量的作用。

方向盘总成一般是通过花键与转向轴相连，其功能是将驾驶员作用到转向盘边缘上的力转变为转矩后传递给转向轴。使用直径大些的转向盘转向时，驾驶员作用到转向盘上的手力可小些。转向传动轴在转向器与转向轴之间作为连接件有利于转向器通用化，补偿制造与安装时产生的误差，使转向器、转向盘在整车上的安装更合理。

在国内外相关主机厂都有不同测试标准及验证规范，结合方向盘总成的轮边缘载荷测试特性，在常温使用条件下进行方向盘轮边缘载荷测试，但是传统的测试方法需要将方向盘紧固在转向柱原件上，需要将转向柱原件通过夹具安装在试验台上，不同的方向盘需要制作不同的夹具安装，使方向盘的定位比较麻烦，提高了方向盘的定位成本；而且对方向盘的边缘载荷测试一般是通过气缸进行加载，通过调节气压来调整对方向盘的推拉力，气缸的气压不稳定，使推拉力的控制精度差，因此使测试后的结果误差较大，不能很好地反应实际的方向盘的扭转疲劳强度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种汽车方向盘总成的扭转疲劳强度测试装置，其整体结构简单，方向盘总成的定位简单，可调性高，通用性强，易于操作，便于维护，可靠性高，测试精度高，对方向盘总成的扭转疲劳强度测试方法可满足标准要求。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述汽车方向盘总成的扭转疲劳强度测试装置，包括PLC控制箱、测试平台、扭转驱动部件、定位部件Ⅰ和定位部件Ⅱ，所述测试平台上设置有定位部件Ⅰ和定位部件Ⅱ，所述定位部件Ⅱ上安装方向盘总成，所述定位部件Ⅰ上安装有两组所述扭转驱动部件，两组所述扭转驱动部件分别位于方向盘总成外缘相对的两侧，每组扭转驱动部件包括直线伺服电机、测力计和连接支架，所述测力计通过PLC控制箱与直线伺服电机电连接，所述直线伺服电机通过测力计与连接支架相连，所述连接支架与所述方向盘总成可拆卸相连。

进一步地，所述定位部件Ⅰ包括托架、固定框架和固定板，所述测试平台上设置所述托架和固定框架，所述托架设置有两个且两个托架沿着所述测试平台的宽度方向滑动定位相连，所述固定框架的一侧沿竖直方向设置所述固定板，每个所述托架的上端与一个直线伺服电机的动子滑动定位相连，所述固定板与所述直线伺服电机的定子的一端固定相连。

进一步地，所述托架包括支撑柱、固定底座和安装板，所述支撑柱的底端设置与之一体的固定底座，所述固定底座通过螺栓固定在所述测试平台上，所述支撑柱的上端与所述安装板焊接相连，所述安装板上设置有沿所述测试平台的宽度方向设置的条形槽，所述条形槽通过螺栓与所述直线伺服电机的动子固定相连。

进一步地，所述安装板的两端伸出所述支撑柱，且所述条形槽的长度大于所述支撑柱的宽度，所述直线伺服电机的动子的一侧固定有安装架，所述安装架上固定有螺栓，所述螺栓穿过所述条形槽后通过螺母定位。

进一步地，所述固定框架由多个水平横梁、水平纵梁和竖直梁焊接成矩形框架，所述竖直梁固定在所述测试平台上，所述固定板通过多个垫块与所述固定框架的一侧固定相连，所述固定板的中部设置有固定支耳，所述固定支耳与所述直线伺服电机的定子的一端固定相连。

进一步地，所述直线伺服电机的定子远离所述固定板的一端通过连接杆Ⅰ与所述测力计的一端相连，所述测力计的另一端与所述连接支架相连。

进一步地，所述连接支架包括连接杆Ⅱ和抱箍，所述连接杆Ⅱ的一端与所述测力计的一端固定相连，所述连接杆Ⅱ的另一端设置有安装座，所述安装座与所述抱箍通过螺栓连接件相连并将所述方向盘总成的外缘卡接相连。

进一步地，所述定位部件Ⅱ包括固定底板和花键轴，所述固定底板固定在所述测试平台上，所述固定底板与所述花键轴的下端插接定位相连，所述花键轴的上端与所述方向盘总成相连后通过锁紧螺母固定。

进一步地，所述固定底板的中部设置有方形槽，所述固定底板的一侧设置有与所述方形槽相连通的安装孔，所述花键轴的下端设置截面为方形的插接段，所述插接段上设置有与之垂直的定位孔，所述插接段插接在所述方形槽内并通过销钉穿过所述安装孔后与定位孔相连，所述花键轴的另一端设置花键连接段，所述花键连接段与所述方向盘总成相连。

一种汽车方向盘总成的扭转疲劳强度测试方法，运用所述的测试装置，包括以下步骤：

1)在PLC控制箱中设置对方向盘总成的加载力、加载频率和加载次数；

2)将所要检测的方向盘总成安装固定在定位部件Ⅱ上；

3)调整两个直线伺服电机的动子在托架上的安装位置并定位，将两个直线伺服电机的定子的一端固定在固定板上，将两个直线伺服电机的定子的另一端通过连接杆Ⅰ、测力计、连接支架与方向盘总成外缘相对的两侧固定相连，使两个连接支架与方向盘总成的中心点的连线在同一直线上；

4)将PLC控制箱上的信号线缆与直线伺服电机和测力计相连；

5)开启PLC控制箱，使两个直线伺服电机在设定的实验参数下以相反的方向运行，当运行达到设定的加载次数后，PLC控制箱控制直线伺服电机停止动作，并观察方向盘总成上是否出现断裂或裂缝。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过在测试平台上设置定位部件Ⅱ，通过定位部件Ⅱ将方向盘总成固定在测试平台上，该定位部件Ⅱ代替了现有技术中的转向柱原件和相应的夹具，使方向盘总成的定位更加简单方便，通过在测试平台上设置定位部件Ⅰ，通过定位部件Ⅰ安装两组包括直线伺服电机、测力计和连接支架组成的扭转驱动部件，其中的直线伺服电机通过测力计、连接支架与方向盘总成的外缘相连，通过控制直线伺服电机的运行速度来控制对方向盘总成的推拉力，通过测力计检测推拉力的数值并实时反馈给PLC控制箱，通过PLC控制箱控制直线伺服电机的运行速度使推拉力的数值符合测试的要求，其中的直线伺服电机的运行速度可以精准的控制，使对方向盘总成施加的推拉力也更精确，提高了试验检测的精度。

2、其中的定位部件Ⅰ中的两个托架的底端沿着测试平台的宽度方向滑动连接，可用于调节两个托架上端的两个直线伺服电机之间距离，使两个直线伺服电机的定子之间的距离与所要检测的方向盘总成的外径相配合，而且托架上端的安装板上设置有截面为T形的条形槽，条形槽的长度大于托架中部的支撑柱的宽度，可将螺栓连接在直线伺服电机的动子的一侧后由条形槽的端部穿过与螺母相连，在托架上端滑动两个直线伺服电机来微调其位置，并通过螺母定位，调节过程方便快捷，适用于不同外径大小的方向盘总成的扭转疲劳试验检测，提高了检测的通用性。

3、其中的扭转驱动部件中的连接支架包括连接杆Ⅱ和抱箍，连接杆Ⅱ的端部设置安装座，安装座与抱箍之间通过螺栓连接件相连模拟的是人手握方向盘总成的状态，进一步提高了试验检测的精度和可靠性。

4、其中的定位部件Ⅱ包括固定底板和花键轴，固定底板的中部设置方形槽，方形槽与花键轴的底端插接配合后通过销钉沿着与花键轴垂直的方向将固定底板与花键轴进一步紧固相连，防止了花键轴的转动，花键轴的上端通过花键连接段与方向盘总成相连后通过锁紧螺母固定，通过花键轴模拟了转向柱原件的结构，使方向盘总成的定位更加方便，定位牢固稳定，而且对于不同尺寸的方向盘总成可通过更换不同外径大小的花键轴即可进行定位，降低了定位成本。

综上，本发明涉及的测试装置整体结构简单，方向盘总成的定位简单稳定，通用性强，易于操作，便于维护，可靠性高，测试成本低，测试方法满足了标准要求，测试精度高。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明中的测试装置的主视图；

图2为本发明中的测试装置的俯视图；

图3为本发明中连接支架的结构示意图；

图4为本发明中托架的俯视图；

图5为图4的A-A向剖视图；

图6为本发明中花键轴的全剖视图；

图7为本发明中固定底板的俯视图；

上述图中的标记均为：1.PLC控制箱，2.测试平台，3.扭转驱动部件，31.直线伺服电机，32.测力计，33.连接支架，331.连接杆Ⅱ，332.抱箍，333.安装座，34.连接杆Ⅰ，4.定位部件Ⅰ，41.托架，411.支撑柱，412.固定底座，413.安装板，414.条形槽，42.固定框架，43.固定板，44.垫块，45.固定支耳，5.定位部件Ⅱ，51.固定底板，511.方形槽，512.安装孔，52.花键轴，521.插接段，522.定位孔，523.花键连接段，53.锁紧螺母，6.方向盘总成。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明具体的实施方案为：如图1和图2所示，一种汽车方向盘总成的扭转疲劳强度测试装置，包括PLC控制箱1、测试平台2、扭转驱动部件3、定位部件Ⅰ4和定位部件Ⅱ5，其中的PLC控制箱1包括工控机和PLC控制单元，通过工控机可向其中输入多种试验参数，工控机给PLC控制单元控制指令，其中的测试平台2上设置有定位部件Ⅰ4和定位部件Ⅱ5，定位部件Ⅱ5上安装方向盘总成6，该定位部件Ⅱ5代替了现有技术中的转向柱原件和相应的夹具，使方向盘总成6的定位更加简单方便；其中的定位部件Ⅰ4上安装有两组扭转驱动部件3，两组扭转驱动部件3分别位于方向盘总成6外缘相对的两侧，每组扭转驱动部件3包括直线伺服电机31、测力计32和连接支架33，测力计32与PLC控制箱1与直线伺服电机31电连接，直线伺服电机31通过测力计32与连接支架33相连，连接支架33与方向盘总成6可拆卸相连，通过控制直线伺服电机31的运行速度来控制对方向盘总成6的推拉力，通过测力计32检测推拉力的数值并实时反馈给PLC控制箱1，通过PLC控制箱1控制直线伺服电机31的运行速度使推拉力的数值符合测试的要求，其中的直线伺服电机31的运行速度可以精准的控制，使对方向盘总成6施加的推拉力也更精确，提高了试验检测的精度。

具体地，如图1、图4和图5所示，其中的定位部件Ⅰ4包括托架41、固定框架42和固定板43，测试平台2上设置托架41和固定框架42，托架41设置有两个且两个托架41沿着测试平台2的宽度方向滑动定位相连，具体地，在测试平台2的宽度方向设置有两条平行的条形安装槽，托架41的底端通过螺栓和螺母安装在条形安装槽内并可调节两个托架41上的两个直线伺服电机31之间的距离；固定框架42的一侧沿竖直方向设置固定板43，每个托架41的上端与一个直线伺服电机31的动子滑动定位相连，还可微调在每个托架41上的直线伺服电机31的位置，使两个直线伺服电机31的定子之间的距离与所要检测的方向盘总成6的外径相配合；固定板43与直线伺服电机31的定子的一端固定相连，直线伺服电机31的定子的另一端通过测力计32与连接支架33相连，使直线伺服电机31的动子的位置固定，而直线伺服电机31的定子相对于动子来回移动，从而通过连接支架33带动方向盘总成6的两侧进行扭转动作。

其中的托架41包括支撑柱411、固定底座412和安装板413，支撑柱411的底端设置与之一体的固定底座412，固定底座412通过螺栓固定在测试平台2上的条形安装槽内，支撑柱411的上端与安装板413焊接相连，安装板413上设置有沿测试平台2的宽度方向设置的条形槽414，条形槽414通过螺栓与直线伺服电机31的动子固定相连。具体地，安装板413的两端伸出支撑柱411，且条形槽414的长度大于支撑柱411的宽度，直线伺服电机31的动子的一侧固定有安装架，安装架上固定有螺栓，螺栓穿过条形槽414的两端后通过螺母定位固定，该条形槽414的设置也可对直线伺服电机31的位置进行微调，使两个直线伺服电机31的定子之间的距离与所要检测的方向盘总成6的外径相配合，保证了加载的扭转力的方向与方向盘总成6的外缘相垂直。

具体地，其中的固定框架42由多个水平横梁、水平纵梁和竖直梁焊接成矩形框架，竖直梁固定在测试平台2上，固定板43通过多个垫块44与固定框架42的一侧固定相连，垫块44起到了缓冲减震的作用，防止了两个直线伺服电机31动作产生的振动通过固定板43、固定框架42传递到测试平台2，而影响整个试验测试的精度，固定板43的中部设置有固定支耳45，固定支耳45与直线伺服电机31的定子的一端固定相连，直线伺服电机31的定子远离固定板43的一端通过连接杆Ⅰ34与测力计32的一端固定相连，连接杆Ⅰ34可通过螺纹连接的方式连接在直线伺服电机31的定子和测力计32之间，测力计32的另一端与连接支架33相连。

具体地，如图1、图2和图3所示，其中的连接支架33包括连接杆Ⅱ331和抱箍332，连接杆Ⅱ331的一端与测力计32的一端固定相连，连接杆Ⅱ331的另一端设置有安装座333，安装座333与抱箍332通过螺栓连接件相连并将方向盘总成6的外缘卡接相连，安装座333与抱箍332之间通过螺栓连接件相连模拟的是人手握方向盘总成6的状态，进一步提高了试验检测的精度和可靠性。

具体地，如图1、图6和图7所示，其中的定位部件Ⅱ5包括固定底板51和花键轴52，固定底板51固定在测试平台2上，固定底板51与花键轴52的下端插接定位相连，即固定底板51的中部设置有方形槽511，固定底板51的一侧设置有与方形槽511相连通的安装孔512，花键轴52的下端设置截面为方形的插接段521，插接段521上设置有与之垂直的定位孔522，插接段521插接在方形槽511内并通过销钉穿过安装孔512后与定位孔522相连，防止了花键轴52的转动；花键轴52的上端设置花键连接段523，花键连接段523与方向盘总成6相连后通过锁紧螺母53固定，通过花键轴52的结构模拟了转向柱原件的结构，使方向盘总成6的定位更加方便，定位牢固稳定，而且对于不同尺寸的方向盘总成可通过更换不同外径大小的花键轴即可进行定位，降低了定位成本。

运用上述测试装置对汽车方向盘总成进行扭转疲劳强度测试的方法，包括以下步骤：

1)在PLC控制箱1中设置对方向盘总成6的加载力、加载频率和加载次数，PLC控制箱1中的控制程序根据M＝F*R＝I*α，其中，M为力矩，F为加载力，R为方向盘总成的外径，I为方向盘总成的转动惯量，α为方向盘总成的角加速度，其中，I＝mR

2)将所要检测的方向盘总成6安装固定在定位部件Ⅱ5上；

3)调整两个直线伺服电机31的动子在托架41上的安装位置并定位，将两个直线伺服电机31的定子的一端固定在固定板43上，将两个直线伺服电机31的定子的另一端通过连接杆Ⅰ34、测力计32、连接支架33与方向盘总成6外缘相对的两侧固定相连，使两个连接支架33与方向盘总成6的中心点的连线在同一直线上；

4)将PLC控制箱1上的信号线缆与直线伺服电机31和测力计32相连，通过测力计32实时监控直线伺服电机31输出的推拉力并反馈给PLC控制箱1，通过PLC控制箱1控制直线伺服电机31的速度，使输出的推拉力在设定的范围内，使测力计32、PLC控制箱1和直线伺服电机31形成闭环控制；

5)开启PLC控制箱1，使两个直线伺服电机31在设定的实验参数(速度、加载频率)下以相反的方向运行，当运行达到设定的加载次数后，PLC控制箱1控制直线伺服电机31停止动作，并观察方向盘总成6上是否出现断裂或裂缝。若方向盘总成6出现断裂或裂缝损坏，则所要检测的方向盘总成6的扭转疲劳强度不符合要求。

综上，本发明涉及的测试装置整体结构简单，方向盘总成的定位简单稳定，通用性强，易于操作，便于维护，可靠性高，测试成本低，测试方法满足了标准要求，测试精度高。

以上所述，只是用图解说明本发明的一些原理，本说明书并非是要将本发明局限在所示所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。