转向操纵机构设计报告.pdf

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实验一：可别离式汽车转向操作机构设计

与三维CAD建模分析实验报告

一、实验过程说明

1、引言

随着社会经济和汽车工业的开展，汽车变得越来越普及。汽车转向管柱作为

驾驶员操控汽车的重要部件，其平安性和可靠性显得尤为重要。在汽车行驶的过

程中，任何来自转向管柱的异响、卡滞和变形过大都会给驾驶员造成很大的心理

压力，影响行车平安。转向管柱主要包括转向轴总成、上柱管、管柱支架、紧定

螺栓、拉脱锁、下柱管、下支架、旋铆销轴、锁定手柄等。转向轴总成通常是上

端加工有连接花键，用来安装方向盘；下端焊接有万向节总成，与转向器连接，

实现转向扭矩的传递。上、下柱管装配在一起，通过管柱支架和下支架安装在车

架上。拉脱锁与管柱支架通过注塑装配在一起。

它的作用是将驾驶员转动转向盘的操纵力传给转向器。同时装有转向柱管平

安装置和方向盘位置调节装置，分别是用于当转向轴受到巨大的冲击时产生轴向

位移，使支架或支撑塑性变形来吸收冲击能量，防止驾驶人员因转向机构原因而

受伤；以及因驾驶员身高不同，把握方向盘时要调整方向盘的高度来到达平安舒

适的状态。转向操作机构是汽车上不可或缺的一局部，其工作可靠性直接影响行

驶平安。

本实验是根据机械原理，参考群众新桑塔纳转向操作机构参数，设计了转向

操作机构的传动机构和动力机构。并运用本课程所学的知识，基于UG建模软件

对转向操作机构的机构零件进展构造设计和优化，然后运用ADAMS运动学仿真软

件对转向操作机构进展仿真分析以及动画制作，对相关的参数进展分析，终完本

钱转向操作机构的简易设计。

2、可别离式机构设计方案与参数计算

〔1〕设计方案

根据网上查找的资料，转向吸能装置的设计方案一般有如下几种：

①可别离式

机构简图如图2.1所示。此类转向操纵机构的转向管柱分为上下两段，当发

生撞车时，上下两段相互别离或相互滑动，从而有效地防止转向盘对驾驶员的伤

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害，但转向机构本身并不包含吸能装置。

②网格管、波纹管变形吸能式

机构简图如图2.2所示。其转向操纵机构的转向轴和转向管柱都分成两段，

上转向轴和下转向轴之间通过细花键结合并传递转向力矩，同时它们二者之间可

以作轴向伸缩滑动。在下转向轴的外边装有波纹管，它在受到压缩时能轴向收缩

变形并消耗冲击能量。它的下转向管柱的上端套在上转向管柱里面，但二者不直

接连接，而是通过管柱压圈和限位块分别对它们进展定位。当汽车撞车时，下转

向管柱向上移动，在第一次冲击力的作用下限位块首先被剪断并消耗能量，与此

同时转向管柱和转向轴都作轴向收缩。当受到第二次冲击时，上转向轴下移，压

缩波纹管使之收缩变形并消耗冲击能量。

③钢球滚压变形式

机构简图如图2.3所示。其构造分为转向管柱上下两段，上转向管柱比下转

向管柱稍细，可套在下转向管柱的孔里，二者之间压入带有塑料隔圈的钢球。隔

圈圈起钢球保持架的作用，钢球与上下转向管柱压紧并使之结合在一起。在撞车

时，上下管柱在轴向相对移动，这时钢球边转动边在上下转向管柱的壁上压出沟

槽，从而消耗了冲击能量。

④支架变形缓冲式

机构简图如图2.4所示。发生碰撞时，转向器向后移动，下转向传动轴插入

上转向传动轴的孔中，上转向传动轴被压扁，吸收了冲击能量。此外，转向管柱

通过支架和U形金属板固定在仪表板上。当驾驶员身体撞击转向盘后，转向管柱

和支架将从仪表板上脱离下来向前移动。这时，一端固定在仪表板上而另一端固

定在支架上的U形金属板就会产生扭曲变形并吸收冲击能量。

图2.1图2.2

图2.3图2.4

（2）设计要求

根据汽车驾驶的要求，汽车转向操作机构有如下设计要求：

①操纵轻便，转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。

②转向盘转动方向与汽车行驶方向的改变相一致。

③按照防止汽车转向机构对驾驶员伤害的规定的试验程序，人体模块以

24.1km/h—25.3km/h的相对速度撞击转向操纵装置时，转向操纵装置作用在人

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