汽车转向拉杆及球头销寿命试验台的开发
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!""# 年 第$期
J $ 2M 连续可调； 加载频率 " OP N "< "! OP。
— !#—
・试验・测试・
!
试验台的组成及原理
试验台由三部分组成： 机械部分、 液压系统及电
拆下件 & 及拉杆， 换装件 )、 件 * 于件 % 上， 连接 球头销用螺杆与力臂 # 固定， 球头销总 回转机构 ’， 成即安装完。 开动液压系统， 摆动及加载方法同拉杆 试验， 回转运动驱动如下： 液压马达驱动偏心轮 ( 转 动， 偏心轮通过连杆推动球头销回转。 通过调节液压 马达转速改变回转频率，调节偏心距改变回转角 度。 试件的装夹固定： 拉杆 ./ 拉杆的装夹较简单，只将拉杆的螺纹拧入件 & 的螺孔即可。件 & , 拉杆固定夹具 - 设计时要求球的 圆心与摆动机构的 , 油缸 - 回转轴线重合， 即与件 % 轴线重合， 以确保摆动时不产生严重干涉。 略微干涉 可通过力臂 # 的变形及油缸的伸缩得到补偿。 球头销 0/ 球头销运动较复杂， 尺寸小， 故装夹较难， 。 该夹 具结构如图 % 所示，图 % 中球头销的锥面与锥套配 合后装在空心轴内， 用螺套拉紧， 使空心轴与球头销 连接在一起， 空心轴又与回转臂连接在一起， 当回转 臂驱动空心轴回转时， 即可驱动球头销回转。 空心轴 与夹具安装座 ( 之间设计了两排钢球，确保摆动灵 活， 因球头销的摆动加载时既有轴向力又有径向力， 普通向心轴承无法承受此力 , 因做寿命试验 - ， 故设 计了两排钢球， 既可承受轴向力又可承受径向力， 且 体积极小。 锥套 % 用来调整不同的产品， 确保球头销 摆动中心与油缸摆动中心重合，更换不同的锥套即
!""# 年 第$期
"
结论
由于 % ( 路波车采用了各种尖端创新技术，使 得它成为一辆性能优异的经济型轿车。其发动机采 用前横置安装，使得轿车结构更加紧凑，座舱更加 宽大， 它有 ) 个座椅和足够大的行李舱。 % ( 路波车 *+! 排放量仅为 ,# - . #"" /0，比德国官方规定的 而在排放控制方面， 由 1" - . #"" /0 限制要低许多。 于采用初级和主催化转换器 （ 二级催化转换） 、 234 等措施及使用低硫柴油等，可把排放污染物控制在 最低水平。
!
创新的生产方法
% ( 路波轿车由于采用了新材料，对生产过程 进行了大量改造。如在铝部件的生产过程中，对表 面的预处理和后处理都采用了特殊的热处理工 艺。先是在压铸车间成形后， 再对毛坯进行清洗、 钝 化， 最后装入部件中， 进行硬化处理。各种部件的连 接也采用了创新的技术，如采用铆冲和扎钉式连接 方式进行车门和挡泥板的生产。所谓冲装铆钉式生 产方式，即两个要接合的部件间无需预先打孔，只 要将半空的冲装铆钉夹钳插入到部件的连接点 上。动作时， 铆钉穿透上层金属板， 同时展开， 在下 层金属板上形成接合点。下层的金属板只是有所变 形，而并未完全穿透。扎钉式连接则是将要接合在
— !!— 图% #$ 固定座 &$ 空心轴 压紧螺母 !$ 平键 ’$ 钢球 *$ 回转臂 "$ 球头销总成 #+$ 螺套 汽 车 技 术 %$ 锥套 )$ ($ 球头销夹具安装座
・试验・测试・ #$ # 液压系统 运动，调节液压马达转速，从而改变摆动、回转频 率。溢流阀起安全作用。 #$ % 电气系统 电气系统 & 原理图略 ’ 主要完成以下功能： 89 控 制油泵工作；:9 控制加载油缸的加载频率范围在 " 计数范围在 # = 111111 ;< = "9 "! ;<； >9 完成计数， 任意预置，计数传感器采用无触点开关；?9 控制温 度。试验时， 球面与球座磨擦产生热量， 当温度大于 设计温度时， 即判断产品不合格， 预置范围为 " @ = #$" @ 。试验时将微型 AB 结传感器粘在产品外壳 上， 传感器体积越小反应时间越短。 液压系统原理如图 $ 所示。液压泵输出压力油 分两路减压： 一路输出换向阀后给加载油缸， 二位三 通电磁阀动作，即可使油缸工作在单作用状态及差 动状态， 使油缸输出正、 负力 & 油缸的活塞面积等于 使输出的正、 负力相等 ’ ， 调节减压阀 # . ! 油缸面积， 改变压力， 即可调整油缸输出力大小； 另一路经两个 调速阀后分别输给两个液压马达， 完成摆动及回转
图#
电磁阀换向频率不能太高，故换向周期最小取 $ 较合适 H 只要加载力正、 负时间相等， 试验时均可得 出准确结果， 主要试验非金属球座的耐磨性 I 。 拉杆 5< 摆动角度、 频率及受力与球头销相同。 9: ; 试验台参数 根据以上要求确定试验台的参数如下： 摆动角度 回转角度 摆动频率 J C"K可调； J A$K可调； " 次 L )*/ N !"" 次 L )*/； " 次 L )*/ N A" 次 L )*/；
%
结论
我们开发的这一汽车转向拉杆及球头销寿命试
验台， 经工厂使用效果良好， 既能满足 CDE!%""7— 又能满足工厂对转向拉杆及球头销的要 ,6 的要求， 求。做球头销试验时， 能同时满足回转运动、 摆动及
图$ %5 调速阀 #、 & 回转 ’ 通电磁阀 流阀 !5 液压马达 & 摆动 ’ )5 液压马达 ,5 二位三 #!5 溢 $、 65 调压阀 15 加载油缸 #%5 油泵 7、 #)5 油滤器
%$ 固定座 &$ #+$
气系统。 !" # 机械部分 如图 " 所示，该机械部分主要功能是模拟产品 在汽车上的运动及受力情况， 原理如下。
图" #$ 力臂 偏心轮 摆动机构 !$ 拉杆 )$ 球头销 "$ 加载油缸 拉杆固定夹具 ’$ 回转机构 ($ 回转驱动马达及
可做不同的产品试验。该夹具装夹方便、 体积小， 与 拉杆夹具更换时只要用手拔出， 然后对准键 , 图 % 中 件 ! - 将拉杆夹具装入即可。
图 # 为球头销总成，其受力 J ! 为转向时转向 器齿条推 H 拉 I 动转向轮转向时产生的力。球头销回 转运动 J " 为转向时转向梯形角变化产生的回转运 动。摆动角 J # 为车轮上下跳动产生的运动。
图!
回转频率 加载力
图 ! 为拉杆， 因工作时拉杆与球头销相接， 故受 力 J ! 同球头销受力相等， 摆动角 J # 也相等。
*$ 球头销总成固定夹具
##$ 摆动驱动马达及偏心轮
图中件 ! 为被试拉杆，其受力及运动要求如图 将件 ! 与件 & ! 所示。完成此功能由以下机构实现， 装在一起， 然后将其装在件 % 上 , 图中已装上 - ， 将件 试件 ! 即装夹完。 开动液压系 ! 与件 # 用螺母固定， 统， 油缸输出力， 该力通过力臂传给试件， 液压马达 带动偏心轮转动， 偏心轮通过摆动机构 #+ 推动油缸 力臂 # 及试件 ! 摆动。调节偏心轮的偏心距即可 "、 改变摆动角度，调节液压马达转速可改变摆动频 率。载荷力大小通过调节油压大小来实现，载荷频 率通过改变电磁阀换向周期来实现。 图中件 ) 为被试球头销，该产品在车上的运动 及受力要求如图 #。球头销壳轴向受拉压力并绕球 头摆动， 球头销绕其轴线回转。 此功能由以下机构完成。
另外为使该车具备更好的空气动力特性，大众 公司还采用了激光交会技术 （ 一般通过局部高强度 照射，气流即变得可视化。交会技术是通过一个光 学系统在一个平面内吹散出紧紧结合在一起的气 体激光束得以实现的。根据所需达到的光交会效 果，光束既可水平也可垂直地输出，从而可以启动 一个影像系统来引导风洞测量区内的光平面） 。
& 责任编辑 原稿收到日期为 !""" 年 ## 月 #$ 日。 — !%— 李 想’
Βιβλιοθήκη Baidu
・试验・测试・
汽车转向拉杆及球头销寿命试验台的开发
中国航空工业标准件制造公司 金
良
【 !"#$%&’$】 %&’()(’*+, -’,,.*/0 1*/2 3/4 5311 ,/4 3., *)6(.’3/’ 63.’- */ )(’(. +,7*81,-9 ’7,*. -’.,/0’7 3/4 .,1*35*1*’: -7311 3;;,8’ 4*.,8’1: ’7, 4.*+*/0 -3;,’: (; )(’(. +,7*81,-< =/ (.4,. ’( ),,’ ’7, .,>&*.,),/’- (; ’7,-, 63.’-9 3 ’,-’ 5,/87 ;(. -’,,.*/0 1*/2 3/4 5311 ,/4 1*;, *- 4,-*0/,4< ?7, 636,. */’.(4&8,- ’7, ’,87/*831 63.3),’,.-9 8()6(-*’*(/- 3/4 6.*/8*61, (; ’7, ’,-’ 5,/87< =’ 73- 3 5,’’,. .,-&1’ 3;’,. *’ &-,4 */ ;38’(.:< 【 摘要 】 汽车转向拉杆及球头销是汽车上的重要部件， 其强度和可靠性直接关系到汽车行驶安全。为满足该部件 的产品要求， 设计了一种转向拉杆及球头销寿命试验台。 介绍了试验台的试验技术参数， 试验台的组成及原理。 该试 验台经工厂使用， 效果良好。
()*+’ ,)%-#. /$00%+12 20&%3 /$00%+12 4+153 6+703 (0#$ "01’8 主题词： 转向器 拉杆 寿命 试验台 中图分类号： @ABCD A$ 文献标识码： E 文章编号： #""" F CG"C H !""# I "$ F ""!# F "! 为模拟该产品在实车上的运动及受力情况，试 验得出球碗及球头副的耐磨性及球头销的疲劳强 度， 更好地为现生产服务， 我们开发了汽车转向拉杆 及球头销寿命试验台。
拉压载荷要求，很好地模拟球头销在车上的受力及 运动情况。该试验台体积小， 结构紧凑， 零件装夹方 便。
& 责任编辑 原稿收到日期为 !""" 年 #" 月 #1 日。 吕光源 ’
#" 、 ##5 压力表
& 上接第 #" 页 ’
一起的部件放于一个模具中，冲压机向下移动，在 部件要接合的部位处压向模具。通过紧固作用以及 冷挤压和由此引起的变形作用使部件接合在一 起。 另外，在车门坎板、连接侧板生产中采用了激 光钎焊技术。不但实现了侧板和车门坎板的连接为 高强度连接，而且形成了高质量的表面。同时在车 门坎板连接中用这种技术也避免了侧板上的材料 重叠现象。
汽车转向拉杆及球头销是汽车上的重要部件， 其强度和可靠性直接关系到汽车行驶安全。该产品 由球头销 H 球杆 I 、 非金属球碗及球座组成。非金属 材料的性能及球面的粗糙度对产品寿命影响极大， 球面一旦磨损，将产生间隙，使转向盘自由行程增 大， 产生异响， 汽车操纵失稳。球头销断裂， 将导致 操纵失灵。 该产品在车上的受力情况及运动如图 #、 图 ! 所示。
9
9: 9
试验要求及试验台参数的确定
试验要求 球头销 3< 对于球头销一般要求其回转角度 / J A$K， 回转
频率 /!"" 次 L )*/。摆动角度 / J C"K， 摆动频率 / 受力大小和汽车的前轴载荷有关， 一般 !"" 次 L )*/。 为 # L A 左右的前轴载荷。根据产品主要是轻型车转 向器及微型车转向器的现状，加载力 ! 取 $ 2M 较 合适。对于加载频率的确定， 因采用液压方式加载，
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试验台的组成及原理
试验台由三部分组成： 机械部分、 液压系统及电
拆下件 & 及拉杆， 换装件 )、 件 * 于件 % 上， 连接 球头销用螺杆与力臂 # 固定， 球头销总 回转机构 ’， 成即安装完。 开动液压系统， 摆动及加载方法同拉杆 试验， 回转运动驱动如下： 液压马达驱动偏心轮 ( 转 动， 偏心轮通过连杆推动球头销回转。 通过调节液压 马达转速改变回转频率，调节偏心距改变回转角 度。 试件的装夹固定： 拉杆 ./ 拉杆的装夹较简单，只将拉杆的螺纹拧入件 & 的螺孔即可。件 & , 拉杆固定夹具 - 设计时要求球的 圆心与摆动机构的 , 油缸 - 回转轴线重合， 即与件 % 轴线重合， 以确保摆动时不产生严重干涉。 略微干涉 可通过力臂 # 的变形及油缸的伸缩得到补偿。 球头销 0/ 球头销运动较复杂， 尺寸小， 故装夹较难， 。 该夹 具结构如图 % 所示，图 % 中球头销的锥面与锥套配 合后装在空心轴内， 用螺套拉紧， 使空心轴与球头销 连接在一起， 空心轴又与回转臂连接在一起， 当回转 臂驱动空心轴回转时， 即可驱动球头销回转。 空心轴 与夹具安装座 ( 之间设计了两排钢球，确保摆动灵 活， 因球头销的摆动加载时既有轴向力又有径向力， 普通向心轴承无法承受此力 , 因做寿命试验 - ， 故设 计了两排钢球， 既可承受轴向力又可承受径向力， 且 体积极小。 锥套 % 用来调整不同的产品， 确保球头销 摆动中心与油缸摆动中心重合，更换不同的锥套即
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结论
由于 % ( 路波车采用了各种尖端创新技术，使 得它成为一辆性能优异的经济型轿车。其发动机采 用前横置安装，使得轿车结构更加紧凑，座舱更加 宽大， 它有 ) 个座椅和足够大的行李舱。 % ( 路波车 *+! 排放量仅为 ,# - . #"" /0，比德国官方规定的 而在排放控制方面， 由 1" - . #"" /0 限制要低许多。 于采用初级和主催化转换器 （ 二级催化转换） 、 234 等措施及使用低硫柴油等，可把排放污染物控制在 最低水平。
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创新的生产方法
% ( 路波轿车由于采用了新材料，对生产过程 进行了大量改造。如在铝部件的生产过程中，对表 面的预处理和后处理都采用了特殊的热处理工 艺。先是在压铸车间成形后， 再对毛坯进行清洗、 钝 化， 最后装入部件中， 进行硬化处理。各种部件的连 接也采用了创新的技术，如采用铆冲和扎钉式连接 方式进行车门和挡泥板的生产。所谓冲装铆钉式生 产方式，即两个要接合的部件间无需预先打孔，只 要将半空的冲装铆钉夹钳插入到部件的连接点 上。动作时， 铆钉穿透上层金属板， 同时展开， 在下 层金属板上形成接合点。下层的金属板只是有所变 形，而并未完全穿透。扎钉式连接则是将要接合在
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・试验・测试・ #$ # 液压系统 运动，调节液压马达转速，从而改变摆动、回转频 率。溢流阀起安全作用。 #$ % 电气系统 电气系统 & 原理图略 ’ 主要完成以下功能： 89 控 制油泵工作；:9 控制加载油缸的加载频率范围在 " 计数范围在 # = 111111 ;< = "9 "! ;<； >9 完成计数， 任意预置，计数传感器采用无触点开关；?9 控制温 度。试验时， 球面与球座磨擦产生热量， 当温度大于 设计温度时， 即判断产品不合格， 预置范围为 " @ = #$" @ 。试验时将微型 AB 结传感器粘在产品外壳 上， 传感器体积越小反应时间越短。 液压系统原理如图 $ 所示。液压泵输出压力油 分两路减压： 一路输出换向阀后给加载油缸， 二位三 通电磁阀动作，即可使油缸工作在单作用状态及差 动状态， 使油缸输出正、 负力 & 油缸的活塞面积等于 使输出的正、 负力相等 ’ ， 调节减压阀 # . ! 油缸面积， 改变压力， 即可调整油缸输出力大小； 另一路经两个 调速阀后分别输给两个液压马达， 完成摆动及回转
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电磁阀换向频率不能太高，故换向周期最小取 $ 较合适 H 只要加载力正、 负时间相等， 试验时均可得 出准确结果， 主要试验非金属球座的耐磨性 I 。 拉杆 5< 摆动角度、 频率及受力与球头销相同。 9: ; 试验台参数 根据以上要求确定试验台的参数如下： 摆动角度 回转角度 摆动频率 J C"K可调； J A$K可调； " 次 L )*/ N !"" 次 L )*/； " 次 L )*/ N A" 次 L )*/；
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结论
我们开发的这一汽车转向拉杆及球头销寿命试
验台， 经工厂使用效果良好， 既能满足 CDE!%""7— 又能满足工厂对转向拉杆及球头销的要 ,6 的要求， 求。做球头销试验时， 能同时满足回转运动、 摆动及
图$ %5 调速阀 #、 & 回转 ’ 通电磁阀 流阀 !5 液压马达 & 摆动 ’ )5 液压马达 ,5 二位三 #!5 溢 $、 65 调压阀 15 加载油缸 #%5 油泵 7、 #)5 油滤器
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图" #$ 力臂 偏心轮 摆动机构 !$ 拉杆 )$ 球头销 "$ 加载油缸 拉杆固定夹具 ’$ 回转机构 ($ 回转驱动马达及
可做不同的产品试验。该夹具装夹方便、 体积小， 与 拉杆夹具更换时只要用手拔出， 然后对准键 , 图 % 中 件 ! - 将拉杆夹具装入即可。
图 # 为球头销总成，其受力 J ! 为转向时转向 器齿条推 H 拉 I 动转向轮转向时产生的力。球头销回 转运动 J " 为转向时转向梯形角变化产生的回转运 动。摆动角 J # 为车轮上下跳动产生的运动。
图!
回转频率 加载力
图 ! 为拉杆， 因工作时拉杆与球头销相接， 故受 力 J ! 同球头销受力相等， 摆动角 J # 也相等。
*$ 球头销总成固定夹具
##$ 摆动驱动马达及偏心轮
图中件 ! 为被试拉杆，其受力及运动要求如图 将件 ! 与件 & ! 所示。完成此功能由以下机构实现， 装在一起， 然后将其装在件 % 上 , 图中已装上 - ， 将件 试件 ! 即装夹完。 开动液压系 ! 与件 # 用螺母固定， 统， 油缸输出力， 该力通过力臂传给试件， 液压马达 带动偏心轮转动， 偏心轮通过摆动机构 #+ 推动油缸 力臂 # 及试件 ! 摆动。调节偏心轮的偏心距即可 "、 改变摆动角度，调节液压马达转速可改变摆动频 率。载荷力大小通过调节油压大小来实现，载荷频 率通过改变电磁阀换向周期来实现。 图中件 ) 为被试球头销，该产品在车上的运动 及受力要求如图 #。球头销壳轴向受拉压力并绕球 头摆动， 球头销绕其轴线回转。 此功能由以下机构完成。
另外为使该车具备更好的空气动力特性，大众 公司还采用了激光交会技术 （ 一般通过局部高强度 照射，气流即变得可视化。交会技术是通过一个光 学系统在一个平面内吹散出紧紧结合在一起的气 体激光束得以实现的。根据所需达到的光交会效 果，光束既可水平也可垂直地输出，从而可以启动 一个影像系统来引导风洞测量区内的光平面） 。
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拉压载荷要求，很好地模拟球头销在车上的受力及 运动情况。该试验台体积小， 结构紧凑， 零件装夹方 便。
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一起的部件放于一个模具中，冲压机向下移动，在 部件要接合的部位处压向模具。通过紧固作用以及 冷挤压和由此引起的变形作用使部件接合在一 起。 另外，在车门坎板、连接侧板生产中采用了激 光钎焊技术。不但实现了侧板和车门坎板的连接为 高强度连接，而且形成了高质量的表面。同时在车 门坎板连接中用这种技术也避免了侧板上的材料 重叠现象。
汽车转向拉杆及球头销是汽车上的重要部件， 其强度和可靠性直接关系到汽车行驶安全。该产品 由球头销 H 球杆 I 、 非金属球碗及球座组成。非金属 材料的性能及球面的粗糙度对产品寿命影响极大， 球面一旦磨损，将产生间隙，使转向盘自由行程增 大， 产生异响， 汽车操纵失稳。球头销断裂， 将导致 操纵失灵。 该产品在车上的受力情况及运动如图 #、 图 ! 所示。
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试验要求及试验台参数的确定
试验要求 球头销 3< 对于球头销一般要求其回转角度 / J A$K， 回转
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