汽车与转向压溃结构分析

1、 学号：24111900373毕业设计（论文）题 目：汽车转向压溃结构分析作 者届 别系 别专 业指导老师职 称完成时间2015年5月14日摘 要汽车转向压溃系统是在传统的转向系统基础上增加了可溃缩变形的吸能减力减伤部件。在汽车发生正面碰撞时，压溃系统各部件可按照预先设计而溃缩变形,转向压溃系统的溃缩吸能作用，对驾驶者胸部、腿部的保护有着决定性影响。我国虽然对汽车的安全性进行了一定程度的研究，但对被动安全性研究最多的主要集中在安全带、安全气囊、吸能保险杆等碰撞安全措施，以及车身的耐撞性和整车的碰撞试验与仿真等，而对于安全转向机构的研究还没有引起足够的重视。本文通过对汽车转向系统的结构分析，了解

2、其压溃特点和工作方式，首先从汽车转向系统国内外的发展逐步了解压溃系统对汽车安全的重要影响，并建立简易的汽车转向系统模型，特别对压溃结构进行深入了解，分析其结构特点。选取一种汽车转向压溃系统，确定其整体相关尺寸，对压溃部分的结构进行详细分析。使用PRO/E三维软件进行建模，然后用CAD出二维工程图。进而有效的针对其被动安全压溃时的结构变化特点进行分析，并针对常见的碰撞出现的被动安全事故，说明汽车转向系统在压溃瞬间对人体的保护作用。关键词：压溃结构；转向管柱；PRO/E；结构分析IAbstractAutomobile steering crushing system is increased on

3、 the basis of the traditional steering system can crumple deformation energy absorption force and harm reduction components. In car head-on collision occurs, crushing system components can be crumple deformation according to the preliminary design, and the steering crushing system of crumple energy

4、absorption effect, have a decisive impact on the rider to the protection of the chest, legs.This article through to automobile steering system structure analysis, understand its crushing characteristics and way of working, starting from the development of the automobile steering system at home and a

5、broad gradually understand can crushing system the important influence to the auto safety, and to establish a simple and easy car steering system model, especially to an in-depth understanding of crushing structure, analyzes its structural characteristics. Select a car steering crushing system, dete

6、rmine the overall size, structure and size of the crushing system design calculation and checking. Using PRO/E 3d software modeling, and then use CAD two-dimensional engineering graphics. And effective for the passive safety of crushing structure change characteristic is analyzed, and in view of the

7、 common collision of passive safety accident, automotive steering system in crushing instantaneous protection to the human body. Keyword:Crush structure;Steering Column;PRO/E;structured analysisII南湖学院毕业设计（论文）目 录摘 要IAbstractII第一章 绪 论11.1汽车转向压溃系统的研究与发展11.2国内外转向系统安全性法规及规范21.3汽车转向压溃系统的意义4第二章 汽车转向系统工作原理及

8、结构型式62.1汽车转向系统的工作原理62.1.1机械式液压助力转向系统62.1.2电子式液压助力转向82.1.3电动助力转向92.2汽车转向系统压溃结构型式102.2.1套筒式吸能转向管柱102.2.2脱开式吸能转向管柱122.2.3网孔式吸能转向管柱132.2.4其他压溃吸能部件13第三章 压溃部分三维建模及二维工程图173.1 压溃特点及工作方式173.2简易汽车转向压溃结构PRO/E模型183.2.1汽车转向压溃结构的相关尺寸183.2.2转向管柱的结构组成及分析183.3汽车转向系统压溃结构CAD二维工程图193.3.1汽车转向系统总成203.3.2碰撞瞬间汽车转向压溃结构吸能反映2

9、0第四章 总结与展望22参考文献24致 谢26I南湖学院毕业设计（论文）第一章 绪 论1.1汽车转向压溃系统的研究与发展汽车自上个世纪末诞生以来，已经走过了风风雨雨的一百多年。从卡尔.本茨造出的第一辆三轮汽车开始，汽车这一代步工具已经取得了相当大的发展，汽车已经成为当今世界人类生活必不可少的工具。进入二十一世纪，人们对汽车的追求，更多的朝着安全，环保和节能的方面发展。其中，汽车安全被认为是最重要的因素。汽车安全性被越来越多的关注。 根据交通事故的统计资料和对汽车碰撞试验的研究，当汽车发生正面碰撞时，有46%的驾驶员伤害是有方向盘，转向管柱和转向器组成的转向系统造成的1瞿喆文.吸能式转向系统在正

10、面碰撞过程中的运动响应D.上海：同济大学硕士研究生毕业论文，2003.。汽车转向系统是驾驶员操纵汽车的基本媒介。为了减轻或者避免汽车在正面碰撞事故中由转向系统对人体的伤害，在二十世纪六十年代，汽车制造厂商纷纷与汽车安全性研究组织合作，研究开发能够符合足够强度和刚度传递转向力，又能在汽车发生正面碰撞时，转向系统能够阻止方向盘和转向柱向乘员方向移动，当人体胸部撞击方向盘时，转向系统能够吸收冲击力，减轻人体所受到的伤害的转向系统。1967年，世界上第一个吸能式转向系统被安装在了美国通用（General Motors）的概念车上2Bahig FiletaIntrusion Factors and Th

11、eir Effects on Steering Column Movements During VehicleS Frontal Impact TestingJSAE970573.。这个吸能式转向系统主要是在转向管柱中间增加了可以压溃的网孔结构，通过网孔在受力溃缩破损来吸收碰撞所带来的冲击力。相关的研究表明，使用吸能式转向系统后，造成乘车人员致命的危险降低了12%，造成乘员重伤的危险降低了38%3徐引龙.吸能式转向系统几个主要影响因素分析J.大连：中国汽车工程学会第七届汽车安全技术会议，2002.。经过近半个世纪的发展，汽车转向结构中的吸能溃缩系统也得到了非常快速的发展，转向压溃结构的研究也主

12、要集中于对可溃缩式转向管柱的设计，可变形汽车防撞支架，中间轴结构吸能，方向盘吸能等几个方面。从最初的纯机械控制液压助力转向，电子控制液压助力转向，电子控制电动助力转向，四轮转向，到线控转向系统的出现。每一次技术改革都向着操作舒适、使用安全、节能环保的方向进步。在转向系统发展的同时，压溃吸能式转向管柱作为汽车转向压溃系统的重要组成部分，也发展出了许多适应不同车型的转向管柱。其中，套筒式吸能转向管柱，脱开式吸能转向管柱，网孔式吸能转向管柱便应运而生。1.2国内外转向系统安全性法规及规范目前，全球的汽车安全性法规主要有美国的b3CVSS，欧洲的ECE以及日本的TRIAS。这些安全法律法规的推出以及强

13、制执行，促使全球整车以及零部件生产厂商加大对汽车安全性的发展，推动了汽车安全性技术的发展，为人类发展做出了不可磨灭的贡献。除了这些国家和政府颁布的强制性的法律法规外。还有受到大量认可的星级评价体系(NCAP)。虽然，星级评价体系不是强制性执行的，但是由于它具有公平、有效、客观的评价方法，以及受到广泛认可的可靠易懂的汽车安全性能评估方法，受到广大普通用户的认同，同样也对全球汽车生产厂商研究和发展汽车安全技术作出了贡献。1.GB11557-1998：针对防止汽车转向系统对驾驶员伤害的技术要求和试验方法的法规最早于1967年在美国诞生。随后，欧洲、日本也根据本国的国情和基本规章制度制定了各自的标准。

14、在我国，汽车的发展以及汽车安全性的研究比较落后，尤其是在汽车转向系统方面的研究起步较晚，使我国长期遭受汽车正面碰撞安全事故造成大量伤亡的情况。在主要参考了欧美转向系统安全性法律法规的基础上，我国于1998年制定并颁布了GBll5571998防止汽车转向机构对驾驶员伤害的规定，从而使我国汽车工业结束了没有统一的转向系统安全标准的时代。GB11557-1998规定了人体碰撞模型实验中人体模块以2425km/h的速度撞击方向盘，撞击的方向与车体纵向中心线基本平行。其中，人体模块作用在方向盘上的水平力不得超过11123N。 2.欧美、日本转向系统安全性法规及规范美国FMVSS 203，FEVSS 20

15、4以及FMVSS 208： FMVSS的全称是美国联邦机动车辆安全法规(U.S.Federal Motor Vehicle SafetyStandard)，是美国联邦法律第49篇第571部。虽然，FMVSS包括了大约25项主动安全性法律法规和约23项被动安全性法律法规，已经具有较为全面的框架结构，但它仍然处于发展过程中，还有许多需要改进和加强的内容。同时,它被越来越多的国家和机构参照，作为范本资料来继续改进加深内容。 3.欧洲ECE R12(Steering Mechanism)： ECE的全称是欧洲经济委员会(Economic Commission for Europe Regulation

16、s)。ECER12是欧盟参照了美国的安全性法律法规后所制定的关于防止汽车转向系统对驾驶员伤害的技术要求的法规。因此，ECE R12中的规定基本与美国FMVSS较为相近。 4.日本TRIAS 11-4-6： TRIAS的全称是日本道路运输车辆保安标准(Traffic Safety and Nuisance Research Institutes Automobile Type Approval Test Standards)。TRIAS 11-4-6是参考了欧洲汽车安全法规所制定的关于转向系统碰撞技术标准的法规，其中，涉及了人体模块与转向操纵机构的碰撞试验。相比之下，日本的法律法规比欧美的法律法

17、规要简单的多，只对碰撞过程中转向系统作用于人体模块上的冲击力作了相关规定。而欧洲的法律法规较为全面，因为它在不仅增加了转向系统的头型试验，同时对转向管柱在垂直方向和侧向的位移做出了规定，对乘员的保护更为全面。 5.星级评价NCAP：星级评价NCAP星级评价体系(Star Rating System)是用来表示按新车安全评价标准，NCAP(New CarAssessment Programm)要求所进行的碰撞试验中乘员伤害结果的一种有效的清晰体现。它是根据试验中测得的假人所受的各项伤害信息数据，对乘员伤害的各项指标进行星级划分，以此来评估车辆的安全性能。一般来说，综合各项指标的评估结果最高为5颗

18、星(在日本最高为6颗星)。得到的星数越多，表示该项指标的安全性越好。称为五星级，表示乘员严重伤害的概率小于或等于10%； 称为四星级，表示乘员严重伤害的概率为11%-20%； 称为三星级，表示乘员严重伤害的概率为21%-35%； 称为二星级，表示乘员严重伤害的概率为36%-45%； 称为一星级，表示乘员严重伤害的概率等于或大于46%；除了对乘员伤害评定以外，星级评价还可以在汽车的碰撞响应，如方向盘位移、脚踏板运动、转向柱位移等做出相应的评定4Joseph NKanianthraGovernment status reportUnited StatesJThe 19th Enhanced Saf

19、ety of Vehicles：2005.。 由于每个国家的具体情况不同，所以各个国家制定的汽车碰撞安全法规也都是有相应的差异。但都是为了汽车在碰撞事故发生后能减少或避免驾驶员受到伤害，车辆的指导设计和改进的安全性。纵观国内外的研究和相关规定，汽车碰撞安全措施分为两类： (1)汽车缓冲结构和减震吸能措施良好的控制“一次碰撞”； (2)根据相关报道和记录的分析研究，“二次碰撞”给乘员的伤害更为直接也更加严重，为了减轻“二次碰撞”给乘员造成的伤害，主要采取了一下一些措施： 安装安全带，并提高其固定强度； 安装安全气囊； 安装吸能式转向压溃系统； 软化仪表板的其他内饰构件； 安装一圈缓冲装置； 避免

20、风窗玻璃破碎损伤乘员，采取保护措施等5林小哲.汽车吸能转向机构的设计与碰撞仿真D.浙江：浙江大学机械与能源工程学院硕士学位论文，2008.。 大量的实践情况表明，良好的汽车转向系统设计可以大幅减轻乘员在遭受正面碰撞时受伤害的程度，降低死亡率！1.3汽车转向压溃系统的意义 汽车转向压溃系统对人体受到碰撞冲击力起到了有效的减轻与避免。研究表明，1978年在美国有41，400名驾驶员由于在汽车事故中撞击转向系统导致死亡或者不同程度的受伤。而假若汽车上没有安装吸能式转向系统，这一数字将会上升至63，000人6丁海建.可伸缩式汽车碰撞缓冲吸能装置研究D.湖南：湖南大学硕士学位论文，2009.。当驾驶员正

21、常使用安全带的情况下，传统转向系统与带有压溃结构的吸能式转向系统对人体伤害的对比7杜小辉.基于HyperWorks的汽车转向管柱静压溃性能分析C.浙江：Altair 2009 HyperWorks技术大会论文集，2009.。如图1.1所示：图1.1带有压溃结构的吸能式转向系统与传统转向系统效果对比 安全转向系统没有引起人们足够的重视有很大一部分原因是因为安全带和安全气囊的发展，在一定程度上降低了汽车碰撞时乘员的伤亡率，使不了解真正原因的人认为安全转向系统的并没有那么重要。还有一种原因就是，人们都安全转向系统的认识和了解十分有限，不清楚安全转向系统在汽车碰撞事故中起到的作用。事实上，这种想法过于

22、片面，原因是： (1)当汽车发生碰撞时，驾驶员的身体很容易与转向系统发生多次碰撞，给成驾驶员头部、腿部和胸部造成不同程度的伤害。尤其是因为车速的不断提升，单纯的依靠安全带和安全气囊来保护驾驶者的安全，驾驶员撞击转向盘而造成胸部骨折或内脏受损的车辆安全事故越来越多，因此现代汽车研发及安全机构投入了越来越多的人力和物理对转向系的研究和设计。 (2)据统计，佩戴座椅安全带可以使汽车发生碰撞时的死亡率降低15一30，而安全气囊可以使事故伤死亡率降低18左右。当两者配合使用时，死亡率可下降47左右。可事实上，汽车安全带由于不舒适，很多驾驶员并没有按规定佩戴，尤其是在我国，中低档汽车并没有安装安全气囊。在

23、这种情况下，一旦发生碰撞安全事故，对驾驶员的伤害是非常严重的8刘文举.基于动态冲击试验的转向管柱压溃力分析C.重庆：2013年中国汽车工程学会年会论文集，2013.。 (3)根据事故统计资料，在汽车发生正面碰撞时，转向系统的冲击是驾驶员的主要伤害。研究表明，在汽车正面碰撞事故中，具有压溃结构的汽车转向系统可使驾驶员伤害降低60左右。 (4)在严重的汽车正面碰撞事故中，汽车驾驶室生存空间的缺乏是使驾驶员受伤的一大原因，安全带及安全气囊装置所起到的保护作用并不能替代转向系统压溃吸能的保护。 (5)我国在1989年开始颁布防止转向机构对驾驶员伤害的规定，为了使汽车的转向系统能够满足国家标准的要求，进

24、行转向机构的安全性研究也是必要的9杜天强.防止汽车转向机构对驾驶员伤害的规定S.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会,1989.。可见，对汽车安全转向机构的研究是十分必要的，而且由于对相关领域的研究与发展，也促进了汽车技术的进一步提升，对经济的发展一起到了一定的作用。第二章 汽车转向系统工作原理及结构型式2.1汽车转向系统的工作原理图2.1转向系统结构示意图汽车在转向时，转矩传感器会接收到转向盘的力矩和拟转动的方向，通过数据总线发给电子控制单元，电控单元会根据传动力矩、拟转的方向等数据信号，向电动机控制器发出动作指令，从而电动机就会根据具体的需要输出相应大小的转动力

25、矩，产生助力转向。如果不转向时，则系统不工作，处于休眠状态等待调剂。2.1.1机械式液压助力转向系统机械液压助力系统主要包括齿轮齿条转向系统结构和液压系统、液压升压泵、液压缸、活塞等等。工作原理是通过液压泵皮带驱动的引擎(由发动机皮带带动)提供油压活塞移动,从而产生辅助力使拉杆和辅助轮转向。图2.2液压助力转向系统构造图首先位于转向机机身上的机械阀体(能够与转向柱一起移动)，在方向盘没有旋转时，机械阀体保持原位，活塞两侧的油压处于平衡状态，汽车车轮不会发生偏移。当转动方向盘时，产生转向控制阀门的打开或关闭，一侧的油液不通过液压缸而直接返回油箱，另一侧的油液继续流入液压缸，活塞两侧可以产生压差而

26、被推动，从而产生辅助推力推动转向拉杆，使转向变得更容易。机械式液压助力转向系统在大型车辆上运用的比较多，是因为大型汽车装载的货物质量比较大，使得在转向过程中需要克服更大的前轮转向阻力矩，从而要驾驶员在方向盘上施加比较大的转向力，长时间驾驶中就会使驾驶员感到更加疲惫。为了是驾驶员更轻便的操纵汽车行驶，就需要在汽车转向系统上做出改进。其中一种方法就是在汽车转向系统中加装助力装置，借助汽车本身的动力系统，以液压力、空气压缩力、电动力来增加驾驶员对前轮操作的力矩。图2.3液压助力转向系统工作原理示意图在液压转向系统中，如车轮在遇到坑洼路面而导致产生剧烈跳动，轮胎出现被动转向时，可以通过液压活塞上的影响

27、良好的缓冲和减震，使传递到方向盘的振动大大降低。机械液压助力器技术成熟和稳定，可靠性高，应用广泛。但结构复杂，维护成本高。单纯的机械液压系统动态强度不能调整，很难满足在低速和高速行驶过程中指向精度的需求。2.1.2电子式液压助力转向电子式液压助力转向系统的结构是基于液压式助力转向改进的，它们最大的区别在于提供油压油泵的驱动方式不同。机械式液压助力是由发动机本身提供动力，通过皮带驱动液压系统的伸缩，而电子式液压助力由单独的电动机驱动的电子液压泵来完成转向动作。图2.4电子液压转向系统结构图 电子液压助力的电子泵，不用消耗发动机本身的动力，而是由单独的电动机控制带动。而且电子泵是由电子系统控制的，

28、不会在不需要转向的时候打开，降低功耗。电子液压助力转向系统的特制电子控制器，是利用对车速传感器、转向角度传感器等传感器的信息处理，通过改变电子泵的液压流量来改变转向助力的力度大小。2.1.3电动助力转向 电动助力主要由电动机、电池、传感器、控制单元构成，没有了液压助力系统的液压泵、液压管路、转向柱阀体等结构，结构非常简单。图2.5电动助力转向系统结构图主要工作原理是，在方向盘转动时，位于转向柱位置的转矩传感器将转动信号传到控制器，控制器通过运算修正给电机提供适当的电压，驱动电机转动。而电动机输出的扭矩经减速机构放大后推动转向柱或转向拉杆，从而提供转向助力。电动助力转向系统可以根据速度改变助力的

29、大小，能够让方向盘在低速时更轻盈，而在高速时更稳定。图2.6电动助力转向系统结构图 电动助力转向有两种实现方式，一种是对转向柱施加助力，是将助力电机经减速增扭后直接连接在转向柱上，电机输出的辅助扭矩直接施加在转向柱上，相当于电机直接帮助我们转动方向盘。另一种是对转向拉杆施加助力，是将助力电机安装在转向拉杆上，直接用助力电机推动拉杆使车轮转向。后者结构更为紧凑、便于布置，目前使用比较广泛10胡春花.汽车电动助力转向系统的设计N.江苏：常州工学院学报,2009.。2.2汽车转向系统压溃结构型式当汽车发生正面碰撞时，碰撞冲击能量的吸收主要是通过构件的变形、破坏，或是通过构件之间的摩擦来实现的。由于汽

30、车压溃吸能转向系统在传统转向系统的基础上增加了能够变形、破坏、或是通过摩擦吸收能量的结构，所以，它能在发生事故时起到良好的保护驾驶员安全的作用。 转向管柱、注塑剪切块、塑料衬套、中间芯轴及可以产生较大摩擦的上下柱筒，能发生溃缩变形的支架等等。其中，关键的转向管柱的压缩变形能够减轻或避免驾驶员受到伤害，现在用的比较多的转向管柱有以下三种：1 套筒式吸能转向管柱；2 脱开式吸能转向管柱；3 网孔式吸能转向管柱11李岩和.浅谈汽车吸能转向管柱型式D.中国汽车技术研究中心,2007.。2.2.1套筒式吸能转向管柱套筒式吸能转向管柱是这三种可溃缩变形转向管柱中较为成熟的一种，其应用也较为普遍。它的结构是

31、用一个空心套筒连接上、下两段转向管柱，通过花键传递转向的扭矩。当汽车受到碰撞冲击时，上、下两段转向管柱在套筒内滑动，通过产生一定的摩擦和变形吸收冲击能量，同时转向系统中间的可破环支架结构发生断裂，避免方向盘向后冲击撞击乘员，造成伤害。图2.7是套简式吸能转向管柱的一种形式12刘长军.可调节、吸能式转向管柱设计D.现代零部件，2006.。在套筒上有很多排凹槽。套筒与转向管柱之间在设计时有一定的过盈量，装配后能够达到设计所要求的压紧力。当转向系统受到向后的冲击能量时，下段转向管柱能够缩进套筒内，并利用凹槽与套筒产生的摩擦来吸收冲击能量。1-上转向管柱 2-下转向管柱 3-套筒2.7一种套筒式吸能转

32、向管柱 小球式吸能转向管柱，如图2.8所示，是套筒式吸能转向管柱的另外一种形式，也是目前可溃缩变形的吸能式转向管柱中吸能效果比较好的一种。图2.8小球式吸能转向管柱吸能式转向柱的小球式吸能转向管柱的特性是在其内套筒之间的上、下管柱上设有若干硬化钢珠。内套筒和上、下转向管柱之间没有明显的接触，但作为它的保持构件，钢珠的直径会比套筒的直径略大。在受到冲击时，上、下管柱会形成相对运动。位于内套筒中间的钢珠受力碰撞挤压，导致转向管柱的内层和外层破裂，产生压缩变形来吸收冲击能量。当钢珠施加的压力大于套筒管壁设计承受力时，钢珠就会将转向管柱套筒壁撕裂，进一步吸收冲击能量。通过改变转向管柱的直径或调节钢珠的

33、直径 来改变转向管柱所受的冲击载荷。2.2.2脱开式吸能转向管柱脱开式吸能转向管柱比套筒式吸能转向管柱的结构更简单一些，其特点是当碰撞冲击力达到设计限度时，上、下两段转向管柱能够自动脱开，使转向器和方向盘断开联系，从而避免转向盘向后冲击造成对驾驶员的伤害。但是，一旦转向器与方向盘发生断裂，就无法传递驾驶员的转向力，使汽车失去控制，很容易发生侧翻，再次撞击。因此，现在现在的汽车脱开式吸能转向管柱中添加了(如图2.9)所示的在上、下两段转向管柱之间柔性的联轴节，既能减少撞击冲击力，又可以在上下转向管柱断开后继续传递转向力。图2.9脱开式吸能转向管柱2.2.3网孔式吸能转向管柱网孔式吸能转向管柱的管

34、柱上有网状结构(图210所示)。转向管柱分为上下两段，通过细花键连接，传递转向机械扭矩。另外，在上下两段转向管柱之间通过塑料销轴向连接，由于塑料销材质及结构的问题，其抗剪切力比金属转向管柱要低很多。在转向管柱受到冲击力时被剪断，使上下两段转向管柱也能产生自由的轴向相对运动，同时，转向柱在碰撞冲击力的作用下，网状部分受力压缩变形，吸收冲击能量，起到保护安全的作用。图2.10网孔式吸能转向管柱2.2.4其他压溃吸能部件 除了吸能式转向管柱外，方向盘、中间轴结构和转向管柱的变形支架也是转向压溃系统中的重要部件。方向盘从结构上可以分为二轮辐式，三轮辐式和四轮辐式。在这三种结构中，四轮辐式结构抗轴向变形

35、的强度最高，使人体在撞击方向盘边缘轮时产生明显的减速度，最大限度的减少人体携带较大的运动能量撞击方向盘中间轮毂部分。而二轮辐式结构是三种结构中抗轴向变形强度最低的，容易使人体产生几次冲撞力差异碰撞，导致人体加速度多次变化，产生较大的相互作用力，对驾驶员伤害也最为严重13邓楚南.轿车构造M.北京：人民交通出版社，2000.。中间轴结构也是转向压溃系统中的重要吸能部件。（如图2.11）所示的是安装在某车型上的吸能式转向系统。中间轴结构在碰撞过程中受到冲击时能够发生折叠，避免其上部尖锐结构在汽车发生正面碰撞后向驾驶员方向移动，损伤人体胸部头部等。同时，人体在撞击方向盘时，方向盘下安装的的网孔结构也会

36、被压缩变形，使方向盘向下放溃缩，减轻或者避免乘员的伤害。图2.11带有中间轴结构的网孔式吸能转向系统各种功能的变形支架的发展与应用也提高了在汽车正面碰撞中转向系统对驾驶员的保护能力。(如图2.12)所示的变形支架分为上、下两个部分。上支架固定在车身结构上，并连接转向管柱。下支架固定在转向管柱的外壁上。下支架上安装有定位导向槽，当受到冲击能量时，下支架会与车身发生定位滑动，甚至发生脱落。同时，在下支架的定位栓处安装了金属变形条，起到了多重保护作用。图2.12碰撞前的变形支架汽车发生正面碰撞时，前车身首先会被破坏，转向装置受到冲击就会对驾驶员造成挤压，这是第一次冲击。由于碰撞后的急剧制动效果，在惯

37、性的作用下，驾驶员会继续向前快速冲击，再次碰撞转向盘和转向装置，造成二次冲击。当方向盘受到二次碰撞后(如图2.13所示)，本来固定在车身上的上支架会发生变形，并与转向管柱脱开。下支架按照预先设计的导向槽方向向下滑动。同时，安装在下支架上的金属变形条被定位栓拉直。上、下转向管柱与中间轴一起收缩。这一系列的变形、滑动、摩擦、收缩吸收了一部分冲击力，从而起到了保护驾驶员的作用。图2.13碰撞后的变形支架以上所介绍的吸能式转向系统的都是用纯机械式结构组成的。而随着现代电子技术的迅猛发展，大大提高了吸能式转向系统在不同情况下的适应能力。世界上最大的吸能式转向系统生产厂商Delphi正致力于研究出更优秀、

38、更好用、更安全的吸能式转向系统14Moisey BShkolnikovApplications of the ThinWalled Beam Theory in the Analysis of Automobile StructuresJSAE840731.。第三章 压溃部分三维建模及二维工程图3.1 压溃特点及工作方式一般转向管柱的溃缩吸能结构为：上安装支架采用注塑剪切块、上下柱筒之间采用塑料衬套、中间芯轴为花键注塑结构（中间芯轴位于转向管柱内部，仅可见一部分）15徐引龙.吸能式转向管柱结构分析及研究D.北京：清华大学汽车安全与节能国家重点实验室，2001.。（如图3.1）所示。3.1转向管

39、柱的一般结构一般转向管柱的压溃过程为: 驾驶员与方向盘接触, 碰撞开始, 方向盘被挤压变形到一定程度后, 转向管柱开始压溃, 之后转向管柱压溃到底，同时，驾驶员仍然在继续挤压方向盘, 当驾驶员的碰撞速度降为零的时候开始反弹, 驾驶员胸部离开转向系统。当汽车发生正面碰撞是，车身首先被撞坏，转向操纵装置中的转向轴和方向盘被推出而使驾驶员受到第一次冲击伤害。碰撞后车速急剧降低，驾驶员在惯性的作用下向前方移动，再次受到来自转向轴和转向盘的第二次冲击伤害。这两次冲击伤害均可以使汽车转向系统对驾驶员造成严重的伤害。然而，在有压溃结构的汽车转向系统可以通过一系列变形溃缩，来吸收冲击力，减轻或避免驾驶员所受到

40、的伤害。3.2简易汽车转向压溃结构PRO/E模型图3.2简易汽车转向压溃结构PRO/E模型3.2.1汽车转向压溃结构的相关尺寸1. 根据GB11557-1998防止汽车转向机构驾驶员伤害的规定方向盘中心向后位移窜动量不能超过127mm。保证汽车安装的安全气囊及其他防护装置的正常打开，以免对人体造成过大的伤害16GB11557-1998.防止汽车转向机构驾驶员伤害的规定S.1998.。2. 下转向管柱：外圆柱直径30mm内圆柱直径28mm，配合下方支架及上方转向盘结构。3. 细花键结构：齿数24，模数3.5，压力角30°，传递转向扭矩。4. 塑料销：直径6mm，长60mm的圆柱体。5.

41、 上转向管柱：外花键结构，齿数24，模数3.5，压力角30°与下转向管柱配合。3.2.2转向管柱的结构组成及分析 转向管柱由转向轴机构和套筒机构组成17周洪波.ZG410D转向管柱及传动轴总成简介D.辽宁：北方重工集团有限公司汽车转向系统分公司.2015.。转向轴部分： 1.转向轴部分又由转向轴、万向节、传动轴、传动轴套等组成，转向轴与传动轴是通过万向节叉连接； 2.转向轴的上部分是花键加上锥面配合结构与方向盘形成完美配合； 3.下部分结构是下万向节与转向机联接； 4.转向轴的上端有一个深沟球轴承，下端为橡胶滚针轴承，它们之间的良好配合，起到了支撑转向轴的作用，同时因为橡胶滚针轴承具

42、有调心的作用，又解决了转向轴的不同轴问题； 5.传动轴之间采用花键配合滑动方式，传动轴表面注塑有特殊材料尼龙PA11，尼龙PA11具有质量轻、机械强度高、耐腐蚀、不易开裂、抗软化、耐热、摩擦系数低、吸震、消音、耐油、耐弱酸、耐碱、密封性好等诸多优点。套管部分： 1.套管焊接、组合开关固定板、变倾角锁紧机构和可变形固定支架的组合； 2.变倾角锁紧机构能够控制支架的松开与锁紧，由凸轮旋转产生高度差来实现，同时，凸轮的限位键可以实现档位倾角的变化，完成多角度锁紧与松开；3.塑料销的塑性变形，使管柱从车身脱落，阻断方向盘与转向轴的硬性联系。3.3汽车转向系统压溃结构CAD二维工程图图3.3简易汽车转向

43、压溃结构二维工程图3.3.1汽车转向系统总成图3.4汽车转向系统总成 当汽车发生正面碰撞时，转向盘的压迫是使驾驶员受伤的一个主要原因，因此，现代汽车转向操纵机构都设置有各种压溃吸能装置。当汽车受到碰撞时，压溃吸能结构可以比较有效的缓和转向盘对驾驶员造成的冲击，减轻驾驶员所受到的伤害。转向轴和转向管柱和受到冲击后，能产生轴向的收缩、摩擦、折断、破损等，吸收冲击能量。3.3.2碰撞瞬间汽车转向压溃结构吸能反映 当汽车发生正面碰撞时，碰撞首先会使汽车前部发生变形，汽车转向管柱就会在碰撞力的作用下向后位移，撞击驾驶员胸部、腿部、头部等。另外，由于惯性问题，在汽车发生正面碰撞时，人体会继续向前运动冲向方

44、向盘，汽车安全带、安全气囊会吸收一部分能量起到一定的保护作用。另一部分能量传递给方向盘和转向管柱等，这部分能量会通过转向管柱破损压溃来进行约束，防止给人体造成较大的伤害，超出人体的承受能力。转向中间轴能隔绝首次碰撞的冲击力，阻碍转向装置向后运动。碰撞力先使联接中的塑料销剪断，转向管柱从车身脱落。约3-5s后，转向轴内的塑料销再次被剪断，转向轴压缩；与此同时，转向管柱的上下套筒也会受到压缩，在上下套筒内的钢球会碰撞，并使上下套筒筒壁变形，起到吸收部分冲击能量的作用18高健.一种吸能式转向管柱的分析J.中国科技博览.2012.19王常友.汽车转向系统的现状及发展趋势J.北京汽车.2007.。第4章

45、 总结与展望 本文首先对国内外汽车转向系统的发展进行了初步的了解，并结合相应的安全性法律法规说明了汽车转向压溃系统对汽车驾驶员的安全意义。通过查阅资料，了解各种汽车转向系统的工作原理，并分析它们的压溃特点及工作方式。通过建立简易的汽车转向压溃结构PRO/E模型，对转向管柱的结构组成及压溃吸能动作进一步分析，从而反映出压溃结构在汽车发生正面碰撞时对驾驶员的保护作用。由于汽车产业的飞速发展及人民生活水平的不断提升，我国越来越多的家庭对中低端汽车的需求量加大。但人们往往并不注意汽车安全性，尤其是在汽车转向装置方面，一些基本知识的匮乏，使人们面临着“发生车祸就需要付出伤亡代价”的威胁！为此，文中也利用数字和图表对是否安装转向压溃系统在汽车发生正面碰撞时驾驶员受到