专利名称：汽车转向管柱调节耐久性能试验机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车转向管柱调节耐久性能试验机，由于我国现行行业标准发展相对滞后，未提出转向管柱的调节耐久性能检测标准，本发明可以按照国际各类先进标准，如日本马自达标准MES PA 32100C、日本三菱标准ES-X23023等，进行转向管柱的调节耐久性能试验，该试验机能得到各类标准中所要求测量的数据。本发明属于汽车零部件测试技术领域。
背景技术：
转向管柱在汽车中主要起支撑、固定方向盘，传递驾驶人员通过方向盘施加的扭矩的作用。随着人们对驾车舒适性要求越来越高，方向盘的位置可调四向可调式转向管柱广泛的使用在汽车上，管柱出厂前的质量检测问题显得尤为重要。目前针对转向管柱四向调节耐久性能的检测设备甚少，一些转向管柱生产厂家多用手动试验机，现有的管柱调节耐久自动检测设备也存在着功能单一、结构复杂、不能准确的模拟人对方向盘的操作、测得数据不准确、没有可重复使用性，对各种型号的管柱没有广泛适用性等问题，这些问题都限制了转向管柱调节耐久性能检测技术的整体提升。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种能准确模拟驾驶员对方向盘的调节动作、精确获得标准中所规定的三种调节力、快捷实现重复测试、并能对所有转向管柱适用的汽车转向管柱调节耐久性能试验机。为了达到上述目的，本发明的构思是:通过可调式的夹持机构固定管柱试件，测试机的轴向和径向调节机构同时运动实现转向管柱带动方向盘的复合运动，与解锁机构的运动相结合实现了准确的模拟驾驶员对方向盘的调节动作，从而准确模拟了实际使用中转向管柱的运动状态，保证了测试结果的准确性。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案:
一种汽车转向管柱调节耐久性能试验机，包括试验台框架、被测管柱组件、轴向调节装置、径向调节装置、管柱夹持可调装置、解锁装置、以及数据采集与处理系统；其特征在于:径向调节装置固接在试验台框架上，轴向调节装置一端与试验台框架铰接，另一端与径向调节装置通过销连接，管柱夹持可调装置固接在试验台框架上，用以夹持被测管柱组件，并调整被测管柱组件的位置，使被测管柱组件的输出端与轴向调节装置连接，解锁装置安装在轴向调节装置上，夹持被测管柱组件的调节手柄；在将被测管柱组件夹持在管柱夹持可调装置上，并调整其位置后启动试验机，轴向调节装置带动被测管柱组件做轴向调节运动的同时，径向调节装置带动被测管柱组件做径向调节，两向调节运动完成后，解锁装置对被测管柱组件实施上锁和解锁动作，模拟司机对管柱的操作，实现对汽车转向管柱调节耐久性能的测试。所述试验台框架的结构是:由铝合金型材拼接成一长方体框架,有两对短铝型材分别安装在框架的正面和背面，短型材一用以安装两个带座轴承，短型材二用以安装所述管柱夹持可调装置。所述被测管柱组件的结构是:一个试件支架与管柱试件的支架固接，管柱试件的输出端与一个等效于方向盘的惯量盘固接。所述轴向调节装置的结构是:两对一长一短的铝型材垂直固连，并分别固连于一根铝型材的两端，构成一个L型支架，该L型支架两边各用加强筋板刚接，增加支架的刚性；L型支架上面固定一块中空的底板，一个直线式电动缸通过一个固定支架安装在所述底板的下面，一根直线导轨安装在底板上面；直线式电动缸的活塞杆通过一个推动连接板连接一个施力板，施力板下面固定连接一个滑块，滑块与直线导轨滑配；直线式电动缸推动连接板，从而带动安装在直线导轨上的施力板，通过直线式电动缸活塞杆的伸缩，带动施力板的前后移动山型支架的短边顶端各装有带座轴承，通过阶梯销轴与所述试验台框架的带座轴承铰接。所述径向调节装置的结构是:一个升降机通过一个安装座悬挂固定安装在所述试验台框架上，由伺服电机通过涡轮蜗杆而驱动升降机螺杆；升降机螺杆底部螺纹连接一双耳接头，一个中间短轴两端各连接一双耳接头后与所述L型支架销联接；升降机螺杆的上下运动，带动所述轴向调节装置以所述试验台框架的带座轴承为旋转中心，沿圆弧轨迹上下运动；中间短轴用于消除所述轴向调节装置运动过程中由于过定位而卡死的问题。所述管柱夹持装置的结构是:两块小T型槽滑块在一个大T型槽板上滑动，调节两块小T型槽滑块的间距，使得所述被测管柱组件的试件支架与小T型槽滑块固接，实现试验机对不同长度的管柱试件的适用性；大T型槽板与水平面成15°角与水平放置的铝合金型材固连，铝合金型材两边打孔放置内有螺纹的螺母；手轮带动两对布置在中间轴两端的锥齿轮转动，梯形丝杠与锥齿轮键连接，另一端与带座轴承铰接，通过与螺母的螺纹连接，带动大T型槽板上下移动，实现了试验机对不同安装位置的管柱试件的适用性，并通过锁紧机构将铝合金型材与所述试验台架固连，实现在耐久试验过程中试验机的可靠性。所述解锁装置的结构是:由一个伺服电机驱动一个蜗轮蜗杆减速器，蜗轮蜗杆减速器输出孔内嵌一个螺母，梯形丝杠外部开槽，通过安装在蜗轮蜗杆减速器上的防转凸台旋入螺母，将伺服电机的转动直接转化为梯形丝杠的直线运动；梯形丝杠头部与所述解锁力传感器连接，通过鱼眼接头，与所述管柱试件手柄的夹具销联接，从而推拉所述管柱试件的调节手柄实现解锁、上锁功能；减速器底座与双耳固定板用销轴连接，双耳固定板安装在所述轴向调节装置的L型支架的短边上，蜗轮蜗杆减速器可在销轴上滑动，使得夹具位置可随所述管柱试件手柄的位置调整，并增强了所述轴向调节装置的L型支架刚性；所述数据米集与处理系统的结构是:一个高速ARM7单片机、轴向力传感器、径向力传感器和解锁力传感器；轴向力传感器和径向力传感器一边通过连接件与所述惯量盘铰接，一边通过鱼眼接头与所述施力板连接，将施力点归为一点，准确的模拟了人对方向盘的操作。本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进
I K
少:
本发明解决了现有检测设备中不能准确模拟人对方向盘的操作的技术缺陷，并能对所有型号的转向管柱进行检测。本发明将设备在检测中对转向管柱径向调节和轴向调节的施力点归为一点，准确的模拟了人在对方向盘调整动作中的施力点位置，确保试验结果的准确性。本发明实现了检测过程中转向管柱轴向调节和径向调节运动的符合，改变了在以往检测中轴向调节径向调节分开交替进行的模式，使得检测过程与人们实际对方向盘的操作相符，确保了试验结果的准确性。本发明提供了可调的管柱夹持机构，使得试验机能对不同型号的转向管柱适用，大大降低了检测成本,减少资源浪费,并且管柱夹持机构将管柱以倾斜15°的方式，按照实车位置安装，试验环境与实际相吻合，确保了实验结果的准确性。在数据采集和处理方面，采用高速ARM7单片机、力传感器，在测试过程中能够产生三组力数据，通过相关的测试数据能做到测试结果科学公正，在数据库构件上，能对转向管柱调节耐久性能检测行业起到一个引领作用。
图1是结合转向管柱试验组件实例的一种汽车转向管柱调节耐久试验机的结构示意图。图2是图1的左视图。
具体实施例方式本发明的优选实施例结合
如下:
实施例一:参见图1，本汽车转向管柱调节耐久性能试验机，包括试验台框架1、被测管柱组件2、轴向调节装置3、径向调节装置4、管柱夹持可调装置5、解锁装置6、以及数据采集与处理系统；其特征在于:径向调节装置4固接在试验台框架I上，轴向调节装置3 —端与试验台框架I铰接，另一端与径向调节装置4通过销连接，管柱夹持可调装置5固接在试验台框架I上，用以夹持被测管柱组件2，并调整被测管柱组件2的位置，使被测管柱组件2的输出端与轴向调节装置3连接，解锁装置6安装在轴向调节装置3上，夹持被测管柱组件2的调节手柄；在将被测管柱组件2夹持在管柱夹持可调装置5上，并调整其位置后启动试验机，轴向调节装置3带动被测管柱组件2做轴向调节运动的同时，径向调节装置4带动被测管柱组件2做径向调节，两向调节运动完成后，解锁装置6对被测管柱组件2实施上锁和解锁动作，模拟司机对管柱的操作，实现对汽车转向管柱调节耐久性能的测试。实施例二:本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下:
所述试验台框架I的结构是:由铝合金型材拼接成一长方体框架，有两对短型材分别安装在框架的正面和背面，短型材一 12用以安装两个带座轴承11，短型材二 13用以安装所述管柱夹持可调装置5。所述被测管柱组件2的结构是:试件支架23与管柱试件21的支架固接，管柱试件21的输出端与等效于方向盘的惯量盘22固接。所述轴向调节装置3的结构是:两对一长一短的铝型材垂直固连，并分别固连于一根铝型材的两端，构成一个L型支架31，该L型支架31两边各用加强筋板311刚接，增加支架的刚性山型支架31上面固定一块中空的底板36，一个直线式电动缸321通过一个固定支架322安装在所述底板36的下面，一根直线导轨34安装在底板36上面；直线式电动缸321的活塞杆通过一个推动连接板33连接一个施力板35，施力板35下面固定连接一个滑块342，滑块342与直线导轨34滑配；直线式电动缸321推动连接板33，从而带动安装在直线导轨34上的施力板35，通过直线式电动缸321活塞杆的伸缩，带动施力板35的前后移动山型支架31的短边顶端各装有带座轴承37，通过阶梯销轴38与所述试验台框架I的带座轴承11铰接。所述径向调节装置4的结构是:一个升降机411通过一个安装座412悬挂固定安装在所述试验台框架I上，由伺服电机413通过涡轮蜗杆而驱动升降机411螺杆；升降机411螺杆底部螺纹连接一双耳接头421，一个中间短轴422两端各连接一双耳接头421后与所述L型支架31销联接；升降机411螺杆的上下运动，带动所述轴向调节装置3以所述试验台框架I的带座轴承11为旋转中心，沿圆弧轨迹上下运动；中间短轴422用于消除所述轴向调节装置3运动过程中由于过定位而卡死的问题。所述管柱夹持装置5的结构是:两块小T型槽滑块511在一个大T型槽板512上滑动，调节两块小T型槽滑块511的间距，使得所述被测管柱组件2的试件支架23与小T型槽滑块511固接，实现试验机对不同长度的管柱试件21的适用性；大T型槽板512与水平面成15°角与水平放置的铝合金型材52固连，铝合金型材52两边打孔放置内有螺纹的螺母531 ;手轮541带动两对布置在中间轴542两端的锥齿轮543转动，梯形丝杠532与锥齿轮543键连接，另一端与带座轴承533铰接，通过与螺母531的螺纹连接，带动大T型槽板512上下移动，实现了试验机对不同安装位置的管柱试件21的适用性，并通过锁紧机构55将铝合金型材52与所述试验台架I固连，实现在耐久试验过程中试验机的可靠性；
所述解锁装置6的结构是:由一个伺服电机612驱动一个蜗轮蜗杆减速器611，蜗轮蜗杆减速器611输出孔内嵌一个螺母614，梯形丝杠62外部开槽，通过安装在蜗轮蜗杆减速器611上的防转凸台613旋入螺母614，将伺服电机612的转动直接转化为梯形丝杠62的直线运动；梯形丝杠62头部与所述解锁力传感器68连接，通过鱼眼接头，与所述管柱试件手柄的夹具66销联接，从而推拉所述管柱试件21的调节手柄实现解锁、上锁功能；减速器底座615与双耳固定板64用销轴65连接，双耳固定板64安装在所述轴向调节装置3的L型支架31的短边上，蜗轮蜗杆减速器611可在销轴65上滑动，使得夹具66位置可随所述管柱试件21手柄的位置调整，并增强了所述轴向调节装置3的L型支架31刚性；所述数据采集与处理系统的结构是:一个高速ARM7单片机、轴向力传感器69、径向力传感器67和解锁力传感器68 ;轴向力传感器69和径向力传感器67 —边通过连接件68与所述惯量盘22铰接，一边通过鱼眼接头与所述施力板35连接，将施力点归为一点，准确的模拟了人对方向盘的操作。在具体操作时:将被测管柱组件2安装在两个小T型槽滑块511上，转动手轮541调整被测管柱组件2位置，在惯量盘22与连接件68对准后固连。启动数据采集和处理系统，手动调节管柱试件21位置，使得管柱试件21处于伸缩最短、倾斜最下方位置后启动自动运行程序，控制直线式电动缸321、升降机411，电动缸321杆伸出，升降机411螺杆上升，数据采集和处理系统通过轴向力传感器69、径向力传感器67采集在管柱试件21刚刚移动时的力值，即为各标准中所规定的高度调节力、角度调节力。在径向、轴向调节完成后控制解锁装置6的伺服电机612，梯形丝杠62伸出，为管柱试件21上锁后，梯形丝杠62缩回，管柱试件21解锁，记录力解锁力传感器68的力值，即为各标准锁要求的手柄操作力。控制直线式电动缸321、升降机411，直线式电动缸321杆缩回，升降机411螺杆下降，在完成径向和轴向调节后驱动控制解锁装置6的伺服电机612，梯形丝杠62伸出，为管柱试件21上锁后，梯形丝杠62缩回，管柱试件21解锁。以上步骤重复两千次，即为各标准中所要求的管柱调节耐久试验。试验结束后，数据采集处理系统记录采集数据，处理分析，完成存储。上述实例实施不以任何形式限制本发明，凡采取等同替换或者等效变换的方式所获得技术方案，均在本发明保护范围内。
权利要求
1.一种汽车转向管柱调节耐久性能试验机，包括试验台框架(I)、被测管柱组件(2)、轴向调节装置(3)、径向调节装置(4)、管柱夹持可调装置(5)、解锁装置(6)、以及数据采集与处理系统；其特征在于:径向调节装置(4)固接在试验台框架(I)上，轴向调节装置(3) —端与试验台框架(I)铰接，另一端与径向调节装置(4)通过销连接，管柱夹持可调装置(5)固接在试验台框架(I)上，用以夹持被测管柱组件(2)，并调整被测管柱组件(2)的位置，使被测管柱组件(2)的输出端与轴向调节装置(3)连接，解锁装置(6)安装在轴向调节装置(3)上，夹持被测管柱组件(2)的调节手柄；在将被测管柱组件(2)夹持在管柱夹持可调装置(5)上，并调整其位置后启动试验机，轴向调节装置(3)带动被测管柱组件(2)做轴向调节运动的同时，径向调节装置(4)带动被测管柱组件(2)做径向调节，两向调节运动完成后，解锁装置(6)对被测管柱组件(2)实施上锁和解锁动作，模拟司机对管柱的操作，实现对汽车转向管柱调节耐久性能的测试。
2.根据权利要求1所述的汽车转向管柱调节耐久性能试验机，其特征在于:所述试验台框架(I)的结构是:由铝合金型材拼接成一长方体框架，有两对短型材分别安装在框架的正面和背面，短型材一(12)用以安装两个带座轴承(11 )，短型材二( 13)用以安装所述管柱夹持可调装直(5)。
3.根据权利要求1所述的汽车转向管柱调节耐久性能试验机，其特征在于:所述被测管柱组件(2)的结构是:一个试件支架(23)与管柱试件(21)的支架固接，管柱试件(21)的输出端与一个等效于方向盘的惯量盘(22)固接。
4.根据权利要求1所述的汽车转向管柱调节耐久性能试验机，其特征在于:所述轴向调节装置(3)的结构是:两对一长一短的铝型材垂直固连，并分别固连于一根铝型材的两端，构成一个L型支架(31)，该L型支架(31)两边各用加强筋板(311)刚接，增加支架的刚性；L型支架(31)上面固定一块中空的底板(36)，一个直线式电动缸(321)通过一个固定支架(322)安装在所述底板 (36)的下面，一根直线导轨(34)安装在底板(36)上面；直线式电动缸(321)的活塞杆通过一个推动连接板(33 )连接一个施力板(35 )，施力板(35 )下面固定连接一个滑块(342)，滑块(342)与直线导轨(34)滑配；直线式电动缸(321)推动连接板(33)，从而带动安装在直线导轨(34)上的施力板(35)，通过直线式电动缸(321)活塞杆的伸缩，带动施力板(35)的前后移动；L型支架(31)的短边顶端各装有带座轴承(37)，通过阶梯销轴(38 )与所述试验台框架(I)的带座轴承(11)铰接。
5.根据权利要求1所述的汽车转向管柱调节耐久性能试验机，其特征在于:所述径向调节装置(4)的结构是:一个升降机(411)通过一个安装座(412)悬挂固定安装在所述试验台框架(I)上，由伺服电机(413)通过涡轮蜗杆而驱动升降机(411)螺杆；升降机(411)螺杆底部螺纹连接一双耳接头(421 )，一个中间短轴(422)两端各连接一双耳接头(421)后与所述L型支架(31)销联接；升降机(411)螺杆的上下运动，带动所述轴向调节装置(3)以所述试验台框架(I)的带座轴承(11)为旋转中心，沿圆弧轨迹上下运动；中间短轴(422 )用于消除所述轴向调节装置(3)运动过程中由于过定位而卡死的问题。
6.根据权利要求1所述的汽车转向管柱调节耐久性能试验机，其特征在于:所述管柱夹持装置(5)的结构是:两块小T型槽滑块(511)在一个大T型槽板(512)上滑动，调节两块小T型槽滑块(511)的间距，使得所述被测管柱组件(2)的试件支架(23)与小T型槽滑块(511)固接，实现试验机对不同长度的管柱试件(21)的适用性；大T型槽板(512)与水平面成15°角与水平放置的铝合金型材(52)固连，铝合金型材(52)两边打孔放置内有螺纹的螺母(531);手轮(541)带动两对布置在中间轴(542)两端的锥齿轮(543)转动，梯形丝杠(532)与锥齿轮(543)键连接，另一端与带座轴承(533)铰接，通过与螺母(531)的螺纹连接，带动大T型槽板(512)上下移动，实现了试验机对不同安装位置的管柱试件(21)的适用性，并通过锁紧机构(55)将铝合金型材(52)与所述试验台架(I)固连，实现在耐久试验过程中试验机的可靠性。
7.根据权利要求1所述的汽车转向管柱调节耐久性能试验机，其特征在于:所述解锁装置(6)的结构是:由一个伺服电机(612)驱动一个蜗轮蜗杆减速器(611)，蜗轮蜗杆减速器(611)输出孔内嵌一个螺母(614)，梯形丝杠(62)外部开槽，通过安装在蜗轮蜗杆减速器(611)上的防转凸台(613)旋入螺母(614)，将伺服电机(612)的转动直接转化为梯形丝杠(62)的直线运动；梯形丝杠(62)头部与所述解锁力传感器(68)连接，通过鱼眼接头，与所述管柱试件手柄的夹具(66)销联接，从而推拉所述管柱试件(21)的调节手柄实现解锁、上锁功能；减速器底座(615 )与双耳固定板(64 )用销轴(65 )连接，双耳固定板(64 )安装在所述轴向调节装置(3)的L型支架(31)的短边上，蜗轮蜗杆减速器(611)可在销轴(65)上滑动，使得夹具(66)位置可随所述管柱试件(21)手柄的位置调整，并增强了所述轴向调节装置(3)的L型支架(31)刚性；所述数据采集与处理系统的结构是:一个高速ARM7单片机、轴向力传感器(69)、径向力传感器(67)和解锁力传感器(68);轴向力传感器(69)和径向力传感器(67 ) —边通过连接件(68 )与所述惯量盘(22 )铰接，一边通过鱼眼接头与所述施力板(35 )连接，将施力点归为 一点，准确的模拟了人对方向盘的操作。
全文摘要
本发明提供了一种汽车转向管柱调节耐久试验机。它包括使被测转向管柱组件按实车位置安装的管柱夹持装置，能夹持不同型号的转向管柱用于测试；轴向调节装置在电动缸的牵引下，带动被测管柱活塞杆的伸缩，模拟转向管柱轴向调节；径向调节装置在升降机的牵引下，模拟被测管柱径向调节；解锁装置模拟了人对管柱的解锁、上锁动作；轴向力传感器、径向力传感器、解锁力传感器记录试验的被测力值，并配有数据采集和处理系统。本发明测试方法方便快捷，被测管柱较准确地模拟实际使用情况进行测试，切合国内外标准中关于转向管柱调节耐久检测的相关思想，保证了测试结果的精确性和稳定性。
文档编号G01M13/00GK103207072SQ20131014032
公开日2013年7月17日 申请日期2013年4月22日 优先权日2013年4月22日
发明者王志明, 李为, 陈珊, 李阜, 姜文博, 于鑫, 冯盼盼 申请人:上海大学