杭州电子科技大学本科毕业设计
第五章 其它部件设计
5.1 防伤安全机构方案分析与设计
通过查询资料得知，在进行汽车碰撞的试验中，分析的结果表明：在汽车正面碰撞的事故中，汽车转向盘和转向管柱等装置会因为碰撞，在驾驶室内移动与驾驶员碰撞在一起。为了增加汽车的安全性能，研究人员做了很多碰撞试验，为了能在车祸的时候尽可能的减少伤害。其中一个碰撞试验中，汽车以48km／h的速度进行碰撞，汽车内的一些零件都因为碰撞发生了位移。这样会严重影响驾驶员的安全，所以对转向管柱等零件进行了规定。通过试验得知，汽车在发生碰撞的时候，车内是非常危险的，所以防伤安全装置就显得很关键。如果在发生了碰撞以后，车内有能够吸收冲击能量的装置，那么驾驶员的安全能得到很好的保障。在转向传动轴中的一个万向节，它能够防止在车祸的时候转向轴向后移动，很可能就因此保护了驾驶员的安全。如图5-1所示。这种结构并不能吸收碰撞时能量，但通过万向节连接的两轴间有夹角，撞车后转向盘没有向后移就不会危及到驾驶员的安全。
图5-1 防伤转向传动轴简图
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还有一种结构最简单的防伤安全机构，制造容易，能够在轿车上使用。就像图中看到的那样转向轴并不是一整根了，它被弯曲分为两节焊接在一个固定板上。从图中能很清楚看出安全转向轴既能有效传递转矩，而且在发生意外时，它受到的轴向力到达一定程度就会自动脱开，这样很好的安全保护作用。
图5-1 防伤转向轴
a）弹性联轴器 b）弹性垫片
图5-2 防伤机构图
如图所示，弹性垫片在汽车出现严重事故的时候，弹簧垫片的作用才能发挥出来，它会吸收部分的冲击。这种结构简单、容易制造的防伤装置非常适用于汽车上。弹性垫片它也存在着缺点，就是它的存在降低了扭转刚度。但它的强度决定了这个结构是否可靠，特别是在汽车碰撞事故时，从下面公式可以看出来弹性垫片的强度。即有：
其中a0是实际断面宽度，t垫片厚度，δ是垫片帘布层数，k1是不同垫片损坏
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的系数取0.85，k2是危险断面边缘的完整性被破坏的系数取0.80；
σ1:伸应力，σ1 =5.5MPa; Fz:取9KN;
选取δ为1，t取6mm,解得a0=100mm。
5.2 转向盘
转向盘主要由轮圈、轮辐和轮毂组成，结构如下图所示。轮辐有三种形式，每种结构都有它不同的作用，第一种是两根辐条式，另外两种轮辐的辐条是递增的。现在私家车的轮辐和轮圈结构基本相同，里面是合金骨架，外面都是些类似塑料的合成品。在转向盘的下方通常还会设计一些花纹，这样驾驶员握在手中更加有舒适。带锥度的细花键将转向盘和转向轴连接在一起，再通过螺母将端部压紧固定。大多数车辆在方向盘上还装有汽车喇叭，这样在行驶的过程中，驾驶员能轻易使用它，用起来特别的便利。
整个转向系统是由各个零件组装起来的，每个部件之间不可能都完美组装在一起，肯定会有一些组装形成的间隙。这些间隙全部表现在转向盘上，就形成了方向盘的空转角度。这个空转角度还是有一定的用处的，在汽车行驶的过程中，遇到不好的路面，空转角度能够缓和路面传来的冲击。这个角度也不能过于大，否则会影响驾驶员的操纵性能的。
图5-3转向操纵机构示意图 图5-4转向盘结构
5.3 球头销
球头销损坏的原因常常是球面部分经常和别的部件发生摩擦导致磨损严重，下式可以验算其接触应力σi
球头上的作用力与通过球心垂直于作用力方向上的平面内，球面承载部分的投影面积之比就为它的接触应力。
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设计时，球头直径d可从表5-1中来选择合适的数据。
表5-1 球头直径
转向轮负荷 球头直径 ／N 20 22 25 27 30
0到5999 35 6000～8999 40 9000～12499 45 12500～15999 50 16000～23999 70000～99999 49000～69999 34000～48999 24000～33999 球头直径 ／N 转向轮负荷 球头销因球面部分经常磨损，所以在制造它时，会选用一些质量还可以的合金钢材。
球头销与其他部件在连接时通常是通过螺纹连接的，球头销与齿条相连接就是这种方式。当球头销安装上后，相当于在球头销上施加了一个预载荷。在转向器中通常会配有防尘套使用，否则有异物进入这些机构中，会导致一些不可预测的后果。
用螺纹连接的还有一些其他机构，比如像是转向横拉杆的端部和外端。结构与梯形转向杆系的类似。
图5-7 转向横拉杆外接头
1横拉杆 2锁紧螺母3外接头壳体 4球头销 5六角开槽螺母 6球碗 7-端盖 8梯形臂 9开口
销
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