專利名稱：一種汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的吸能轉(zhuǎn)向管柱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)，具體涉及一種汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向管柱結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前，汽車的碰撞安全要求越來(lái)越高，各主機(jī)廠在汽車設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)被動(dòng)安全技術(shù)的要求 也越來(lái)越高，國(guó)家在相關(guān)方面也制定了明確的規(guī)定，像國(guó)標(biāo)GB11557-89中明確規(guī)定，最大 碰撞力ll. 123脂，轉(zhuǎn)向盤向后的最大位移量不得超過(guò)127mm?；谂鲎仓斜Ｗo(hù)駕駛者的需求， 現(xiàn)在的轉(zhuǎn)向管柱為了保證在碰撞壓縮時(shí)轉(zhuǎn)向盤向后位移量限值不大于127 mm，同時(shí)保證二 次碰撞時(shí)，轉(zhuǎn)向盤對(duì)駕駛員胸部的碰撞力不超過(guò)11.123KN，目前普遍能量吸收式轉(zhuǎn)向柱結(jié) 構(gòu)如圖5所示，該轉(zhuǎn)向柱由轉(zhuǎn)向柱安裝座套管、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向柱安裝座組成。其中，轉(zhuǎn)向柱 安裝座套管由上安裝座套管2-7、下安裝座套管2-4組成，轉(zhuǎn)向軸由轉(zhuǎn)向上軸總成2-6、轉(zhuǎn)向 下軸總成2-l組成，轉(zhuǎn)向柱安裝座由上安裝座2-8、下安裝座2-3組成，轉(zhuǎn)向軸安裝在轉(zhuǎn)向柱 安裝座套管內(nèi)，轉(zhuǎn)向柱的上安裝座焊接在上安裝座套管上，下安裝座焊接在轉(zhuǎn)向柱下安裝 座套管上，轉(zhuǎn)向柱上安裝座上安裝有鋁墊塊2-10，鋁墊塊通過(guò)剪斷銷2-9與轉(zhuǎn)向柱上安裝座 聯(lián)接，并通過(guò)螺栓固定在車身上，轉(zhuǎn)向軸上軸總成與下軸總成之間釆用花鍵連接，并通過(guò) 橫穿過(guò)的注塑銷2-5固定，橡膠軸承2-2安裝在下安裝座套管左端部。
當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時(shí)，駕駛者在自身慣性的作用下同轉(zhuǎn)向盤撞擊，撞擊的力傳遞到轉(zhuǎn)向 上軸總成，當(dāng)作用力達(dá)到一定時(shí)剪斷銷斷開，轉(zhuǎn)向柱同車身脫開，隨作用力的增大注塑銷 也被剪斷，這時(shí)轉(zhuǎn)向下軸總成和轉(zhuǎn)向上軸總成之間相對(duì)滑動(dòng)，通過(guò)相對(duì)滑動(dòng)的接觸摩擦來(lái) 消除部分碰撞力；其轉(zhuǎn)向下軸總成和轉(zhuǎn)向上軸總成間的相對(duì)位移量也將減少碰撞壓縮時(shí)轉(zhuǎn) 向盤向后的位移量，保證位移量小于127咖的要求。
基于現(xiàn)有的普通吸能管柱吸收碰撞能量主要依靠摩擦力消耗，消耗的能量有限，大部 分的能量還是被人體所吸收，不能對(duì)人體形成很好的保護(hù)。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出一種汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的吸能轉(zhuǎn)向管柱，該吸 能轉(zhuǎn)向管柱能吸收更多的碰撞能量，延長(zhǎng)碰撞力作用于人體的作用時(shí)間，以減少駕駛者所 受的碰撞力，更好的保護(hù)駕駛者免受傷害。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的吸能轉(zhuǎn)向管柱，由轉(zhuǎn)向柱安裝座套管、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向柱安裝座組 成；其中，轉(zhuǎn)向柱安裝座套管由上安裝座套管、下安裝座套管組成，轉(zhuǎn)向軸由轉(zhuǎn)向上軸總 成、轉(zhuǎn)向下軸總成組成，轉(zhuǎn)向柱安裝座由上安裝座、下安裝座組成；轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)向上軸總 成、轉(zhuǎn)向下軸總成分別通過(guò)上安裝座、下安裝座安裝在上、下安裝座套管內(nèi)，上安裝座焊 接在上安裝座套管上，下安裝座焊接在下安裝座套管上；上安裝座通過(guò)剪斷銷連接安裝有 鋁墊塊，鋁墊塊通過(guò)螺栓固定在車身上；轉(zhuǎn)向軸的的轉(zhuǎn)向上軸總成與轉(zhuǎn)向下軸總成之間采 用花鍵連接，并通過(guò)橫穿過(guò)的注塑銷固定，轉(zhuǎn)向下軸總成與下安裝座套管的裝配位置設(shè)置 有橡膠軸承。本實(shí)用新型是在普通的吸能管柱的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增設(shè)一組吸能結(jié)構(gòu)，即在上、 下安裝座套管中還安裝有上簧座、下簧座、彈簧和橡膠套管，上簧座裝在上安裝座套管內(nèi)， 其軸向定位通過(guò)上安裝座套管右端的收口結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，下簧座裝在下安裝座套管內(nèi)，其軸向 定位通過(guò)下安裝座套管左端的收口結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，上簧座、下簧座之間設(shè)有彈簧，轉(zhuǎn)向下軸總 成靠近橡膠軸承處開設(shè)一孔，橡膠套管套裝在該孔位置的轉(zhuǎn)向下軸外圓上。
參見圖l，根據(jù)能量守恒定律，轉(zhuǎn)向管柱的力學(xué)模型圖，這樣整個(gè)管柱系統(tǒng)在碰撞時(shí)， 管柱本身所吸收的能量如下
彈性勢(shì)能￡4=1&^2 (由彈性變形吸收的能量) K一彈性元件剛度；5 --變形量
耗散能￡e =iCv2 (由系統(tǒng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)件間阻尼產(chǎn)生的能量) c 2
C一阻尼系數(shù)；！Z--相對(duì)速度
熱能五，=FS (由摩擦力產(chǎn)生) F—?jiǎng)幽Σ亮?；S—相對(duì)位移 這里人體吸收的能量我們以Ew表示 由能量守恒
碰撞中由人和管柱共同作用需要吸收的能量EE二Ew+Ek+Ec+Er (1)
由式(1)可知，在總能量EE為定值時(shí)，其余方式的能量增加將使人體吸收的能量 Ew減少，從而更好的保護(hù)人體；
根據(jù)動(dòng)量守恒，彈簧力、剪斷銷剪斷力、阻尼力的選取時(shí)要充分考慮人體所受最大力 11.123KN的限制要求，力的確定根據(jù)動(dòng)量守恒
F承Z = W* V轉(zhuǎn)向下軸總成和橡膠套管構(gòu)成了一單向阻尼器，彈簧可以吸收更多的碰撞能量，將其 以彈性勢(shì)能的形式存儲(chǔ)，同時(shí)配合阻尼結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在整個(gè)潰縮吸能過(guò)程中均布力，以降低 碰撞峰值力；當(dāng)二次碰撞時(shí)，轉(zhuǎn)向上軸總成同轉(zhuǎn)向下軸總成間相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)向下軸總成 中的空氣被壓縮，空氣從上、下軸的結(jié)合處溢出，單向阻尼結(jié)構(gòu)主要起兩個(gè)作用， 一是壓 縮空氣流出時(shí)產(chǎn)生阻尼力，以便控制碰撞時(shí)上、下軸相對(duì)的滑移速度，以控制作用時(shí)間，
同時(shí)產(chǎn)生五。^^CV^的耗散能；二是彈簧在壓縮后，轉(zhuǎn)化的彈性勢(shì)能會(huì)在后期釋放，這 2
樣將又反過(guò)來(lái)作用在人體，使人體反彈受到再次傷害，單向阻尼結(jié)構(gòu)可以阻止彈性勢(shì)能的 短時(shí)釋放，防止人體受到傷害。
由于本實(shí)用新型的吸能轉(zhuǎn)向管柱中增加彈簧，可以吸收更多的碰撞能量，采用單向阻 尼器結(jié)構(gòu)，可以阻止彈性勢(shì)能的短時(shí)釋放，防止人體受到傷害。這樣，碰撞被吸收的能量， 有摩擦力產(chǎn)生的熱能、螺簧的彈性勢(shì)能、管柱材料變形的彈性勢(shì)能、單向阻尼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的 耗散能等，這樣，人體吸收的能量將大為減少，可更好的保護(hù)駕駛者免受傷害。


圖l為轉(zhuǎn)向管柱力學(xué)模型圖2為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖3為本實(shí)用新型單向阻尼器示意圖4本實(shí)用新型彈簧安裝示意圖5現(xiàn)有技術(shù)的吸能轉(zhuǎn)向管柱結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施方式
如圖2、圖3和圖4所示，本吸能轉(zhuǎn)向管柱是在普通的吸能管柱的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增設(shè)一 組吸能結(jié)構(gòu)，即由螺簧7、下簧座6、上簧座12、橡膠套管4和下軸總成1組成一套吸能 結(jié)構(gòu)，即增加系統(tǒng)彈性系數(shù)K、系統(tǒng)阻尼C來(lái)調(diào)解力的大小及能量的吸收。
本吸能轉(zhuǎn)向管柱的下軸總成1通過(guò)聚氨酯銷8同上軸總成9相連形成一根可以傳遞扭 矩的軸；上下軸分別通過(guò)上端軸承13和下端橡膠軸承2同管柱的上下外殼體相連，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn) 動(dòng)；上安裝座套管10和上安裝座11焊接連接；鋁墊塊15通過(guò)8個(gè)剪斷銷14同上安裝座 ll相連；鋁墊塊15通過(guò)螺栓同車身相連實(shí)現(xiàn)管柱上段同車身的安裝；上簧座12通過(guò)小過(guò) 盈裝入上安裝座套管IO，軸向定位通過(guò)上安裝座套管10上端的收口結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)；下安裝座3 同下安裝座套管5焊接連接；下簧座6通過(guò)小過(guò)盈裝入下安裝座套管5，軸向定位通過(guò)下 安裝座套管5下端的收口結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)；上簧座12、下簧座6之間設(shè)螺簧7，上安裝座套管IO和下安裝座套管5相套入一定長(zhǎng)度尺寸實(shí)現(xiàn)上、下段管柱移動(dòng)時(shí)的導(dǎo)向作用；橡膠套管4 的同下軸管外壁的套緊情況是要同下軸上開出的阻尼孔17直徑相匹配。 具體的工作如下，碰撞吸能分兩種情況
情況一 一次碰撞中，車體向駕駛艙內(nèi)潰縮造成下十字節(jié)叉16受到圖1中Fl方向的 力后管柱向駕駛者方向移動(dòng)。此時(shí)的管柱吸能結(jié)構(gòu)的作用主要是保證碰撞壓縮時(shí)轉(zhuǎn)向盤向 后的位移量在127mm以內(nèi)，本實(shí)用新型管柱對(duì)于此種碰撞時(shí)吸收的能量作用很小，主要是 這時(shí)的碰撞能量很大，相對(duì)來(lái)說(shuō)管柱吸收的能量很小，所以，此種情況下本實(shí)用新型和普 通吸能管柱的區(qū)別不大。
情況二 二次碰撞時(shí)是人體在慣性的作用下沖向方向盤并與其碰撞，此時(shí)管柱的吸能 作用對(duì)于人員的傷害來(lái)說(shuō)就很重要，此種情況下的吸能工作情況如下
1、人體同方向盤發(fā)生接觸方向盤產(chǎn)生彈性變形吸收部分能量，當(dāng)人體和方向盤的作用 力圖1中的力F的軸向分力達(dá)到剪斷銷14的剪斷極限時(shí)，同車身相連的鋁墊塊15同上安 裝座11分離，這樣方向盤帶動(dòng)上軸總成9，上軸總成9又通過(guò)上端軸承13與上安裝座11 和上安裝座套管10相連，整個(gè)轉(zhuǎn)向柱上部完成第一次碰撞吸能，隨著軸向力的繼續(xù)增加， 聚氨酯銷8被剪斷，完成二次緩沖吸能，此后整個(gè)轉(zhuǎn)向管柱上部相對(duì)下部產(chǎn)生滑移，這時(shí) 上簧座12隨管柱上安裝座套管10—同向下移動(dòng)，螺簧7壓縮，下軸管中空氣被壓縮，通 過(guò)阻尼孔17沖開橡膠套管4排出產(chǎn)生阻尼力和耗散能，同時(shí)調(diào)節(jié)上軸同下軸相對(duì)移動(dòng)速度， 當(dāng)管柱上部下移到行程極限時(shí)，螺簧7會(huì)回彈，這時(shí)上軸總成9反向移動(dòng)造成下軸管中產(chǎn) 生負(fù)壓，由于橡膠套管4的作用使下軸管中的負(fù)壓無(wú)法得到減少，使螺簧7無(wú)法或非常緩 慢的回彈，起到單向阻尼控制。
通過(guò)上述的工作過(guò)程，本實(shí)用新型較普通吸能管柱在能量吸收上通過(guò)增加的彈簧、阻 尼孔多吸收了彈簧的彈性勢(shì)能、和阻尼小孔產(chǎn)生的耗散能，這樣，作用于人體的碰撞能量 就減少了；單向阻尼結(jié)構(gòu)是為了保證彈簧壓縮后不回彈或緩慢回彈，以免回彈力對(duì)人員造 成傷害。
權(quán)利要求1、一種汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的吸能轉(zhuǎn)向管柱，由轉(zhuǎn)向柱安裝座套管、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向柱安裝座組成；其中，轉(zhuǎn)向柱安裝座套管由上安裝座套管、下安裝座套管組成，轉(zhuǎn)向軸由轉(zhuǎn)向上軸總成、轉(zhuǎn)向下軸總成組成，轉(zhuǎn)向柱安裝座由上安裝座、下安裝座組成；轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)向上軸總成、轉(zhuǎn)向下軸總成分別通過(guò)上安裝座、下安裝座安裝在上、下安裝座套管內(nèi)，上安裝座焊接在上安裝座套管上，下安裝座焊接在下安裝座套管上；上安裝座通過(guò)剪斷銷連接安裝有鋁墊塊，鋁墊塊通過(guò)螺栓固定在車身上；轉(zhuǎn)向軸的的轉(zhuǎn)向上軸總成與轉(zhuǎn)向下軸總成之間采用花鍵連接，并通過(guò)橫穿過(guò)的注塑銷固定，轉(zhuǎn)向下軸總成與下安裝座套管的裝配位置設(shè)置有橡膠軸承；其特征在于在上、下安裝座套管中還安裝有上簧座、下簧座、彈簧和橡膠套管，上簧座裝在上安裝座套管內(nèi)，其軸向定位通過(guò)上安裝座套管右端的收口結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，下簧座裝在下安裝座套管內(nèi)，其軸向定位通過(guò)下安裝座套管左端的收口結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，上簧座、下簧座之間設(shè)有彈簧，轉(zhuǎn)向下軸總成靠近橡膠軸承處開設(shè)一阻尼孔，橡膠套管套裝在該孔位置的轉(zhuǎn)向下軸外圓上。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的吸能轉(zhuǎn)向管柱，由轉(zhuǎn)向柱安裝座套管、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向柱安裝座組成，在上、下安裝座套管中還安裝有上簧座、下簧座、彈簧和橡膠套管，上簧座裝在上安裝座套管內(nèi)，其軸向定位通過(guò)上安裝座套管右端的收口結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，下簧座裝在下安裝座套管內(nèi)，其軸向定位通過(guò)下安裝座套管左端的收口結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，上簧座、下簧座之間設(shè)有彈簧，轉(zhuǎn)向下軸總成靠近橡膠軸承處開設(shè)一孔，橡膠套管套裝在該孔位置的轉(zhuǎn)向下軸外圓上。本實(shí)用新型由于較普通吸能管柱在能量吸收上通過(guò)增加的彈簧、阻尼孔多吸收了彈簧的彈性勢(shì)能和阻尼小孔產(chǎn)生的耗散能，這樣，使作用于人體的碰撞能量減少，從而保證彈簧壓縮后不回彈或緩慢回彈，避免回彈力對(duì)人員造成傷害。
文檔編號(hào)B62D1/19GK201228025SQ20082009860
公開日2009年4月29日 申請(qǐng)日期2008年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者浩 何, 華 李 申請(qǐng)人:重慶長(zhǎng)安汽車股份有限公司