转向管柱万向节微小摆动扭矩测量方法的研究

　　0　引言

　　随着汽车工业的快速发展,人们对汽车在动力性、舒适性和安全性方面提出了更高的要求[1]。在我国未来汽车技术的发展趋势中,安全性已成为人们普遍关注的焦点[2]。Rover75型转向管柱是基于被动安全技术的设计理念,除能够完成动力的传递,适应汽车在转向和运动时由于车身上下跳动造成的角度变化外[3],它的可溃式伸缩吸能结构和管内变形元件的设计,以及两刚性杆件之间的万向节连接,还能在车辆发生碰撞时,通过溃缩、变形吸收能量,有效减少驾驶员受方向盘的冲击力,使整个转向系统具有更好的安全性。

　　对于Rover75型转向管柱,除了完成常规的测试外,还必须进行1Nm、30Nm的间隙测量和万向节摆动扭矩的测量。当摆动扭矩过大时,在转向过程中则有迟滞爬行的现象无法保证转向的准确性;反之,则在汽车运动过程中轻微的晃动都会引起行驶方向的改变,也是十分危险的。

　　目前对万向节摆动扭矩的测量,均采用弹簧挂钩的人工测量方式,测量效率低,系统误差大,而且引入了人为误差,不能真实的反映万向节的性能。

　　1　测量的要求

　　万向节的基本结构形式如图1所示[4]。主动轴1和从动轴2的末端各有一个分叉,它们分别铰接于一个十字轴的两端,十字轴中心O与两轴线交点相重合。

　　当固定主动轴1,并且使轴A与坐标轴z重合,带动从动轴2绕轴z在xy平面内作缓慢的匀速运动,就可以测量轴A的摆动扭矩。将主动轴1转动90°,使轴B与坐标轴z重合,带动从动轴2绕轴z在xy平面内作缓慢的匀速运动,就可以测量轴B的摆动扭矩。

　　可以看出,在测量轴A的摆动扭矩时,从动轴2不仅能在xy平面内作匀速运动,还能绕轴B在自身和轴z构成的平面内运动;同理,在测量轴B的摆动扭矩时,从动轴2同样能绕轴A在自身和轴z构成的平面内运动。所以,在测量过程中,必须始终保持从动轴2只能作xy平面内的匀速运动。

　　此外,由于轴A和轴B的摆动扭矩是在近似静止状态下的一个非常小的摩擦力扭矩(0·02~0·3 Nm),测量精度要求达到±0·002 Nm。因此,外部支架在保证从动轴2只作xy平面内运动的同时,不能对其引入xy平面内的任何分力。

　　2　测量方法的原理分析

　　为了能够对万向节的性能进行正确的评价,对测量结果进行比照分析,包括现有的弹簧挂钩方法在内,共设计了三种不同原理的测量方法,并对前两种方法设计了相应的试验装置对工件进行测量。

　　试验装置的动力部分都相同。在从动轴2和轴z构成的平面内,有一个以轴z为旋转轴,与从动轴2平行的刚性力臂。刚性力臂在直流永磁力矩电动机的驱动下,带动力传感器和从动轴2在xy平面内作缓慢的匀速运动。