汽车转向管柱总成设计规范

乘用车转向管柱及传动轴总成技术浅述摘要本文主要介绍了转向管柱的伸缩结构、倾角锁紧机构、吸能功能、倾角调节功能。

关键词转向管柱；转向轴组成；套管组成转向管柱是连接方向盘和转向器的传动元件，是汽车转向系统的核心部件。

主要用于控制汽车行进方向、传递扭矩、吸收汽车撞击时的能量。

1 性能要求转向管柱除具备上述基本功能外，还具有可调节方向盘的位置和防撞击并吸收部分有害撞击能量的功能，以起到适应驾驶员的操作习惯，并在汽车车发生正面碰撞时，能随汽车变形区域沿车体纵向同步阻尼收缩，使方向盘不向汽车乘员空间发生位移，避免侵入乘员空间，吸收部分撞击能量，降低驾乘人员受伤害的程度，使安全气囊有打开空间的作用。

管柱总成还具有一定的刚度，以保证车辆在正常行驶时驾驶人员有和使用原型转向管柱相同的“路感”。

要达到上述要求，一般乘用车转向管柱在方案设计时应达到下述性能：（1）管柱应能可靠地支撑、固定方向盘，有效传递驾驶人员通过方向盘施加的扭矩驱动方向机工作，以起到控制汽车行驶方向的作用。

（2）管柱自身摩擦扭矩值应在汽车行业规定的范围内。

（3）管柱方向盘端的位置，应能轻松地在一定范围内前后调节，调节结束后，应能方便、快速、有效地锁定管柱，使其不得有丝毫松动。

（4）管柱安装位置处于车体变形区，当车体变形，安装位置产生位移时，为使管柱不随变形车体发生位移，应有脱开装置使管柱和车体分离。

2 方案设计鉴于上述分析，一般乘用车转向管柱总成方案设计如图 1 所示，主要由上转向轴组成、套管组成、倾角锁紧机构、中间轴组成、上支架组成、下支架组成和传动轴组成七部分组成。

转向轴组成通过花键+锥面配合结构与方向盘连接，转向轴可以传递扭矩（转向启动力矩小于0.3Nm），其上焊接的方向锁套还担负锁车功能；中间轴组成设计成花键轴和花键套滑动配合结构，中间轴组成上还装有轴承架，轴承架与车身前围板连接；传动轴组成通过万向节叉上的花键与转向机连接。

套管组成是连接轴系与车体的纽带，套管组成主体是由套管（内部铆轴承）与两个冲压件焊接组成，内部通过轴承与轴系连接，外部安装有上、下支架组成。

上海精粹机电科技有限公司企业标准QB/JC-CP-0 -2008转向管柱技术条件（试行）2008-XX-XX发布 2008-XX-XX 实施上海精粹机电科技有限公司发布前言本标准规定了上海精粹机电科技有限公司轿车吸能式转向管柱的企业标准，为保证产品质量特制订此标准.国家标准、行业标准已有明确规定且适合于本产品的，直接引用作为本标准的内容。

本标准按照GB/T1.3-1997《标准化工作导则第1单元：标准的起草与表述规则第3部分：产品标准编写规定》和GB/T1.1-2000《标准化导则第1部分：标准的结构和编写规则》的要求编写，是在满足市场需求和产品性能的实际情况下制定的。

本企业标准由范围、规范性引用文件、试验条件、试验方法、检验和试验规则、标志、包装、运输及贮存等部分组成。

本标准由上海精粹机电科技有限公司提出。

本标准由研发部底盘科负责起草。

本标准由研发部情报资料科归口。

本标准主要起草人:本标准校对人：本标准标准化审查人：本标准审核人：本标准批准人：转向管柱技术条件1、主题内容与适用范围本标准规定了汽车转向管柱总成的技术要求、试验方法、检验和试验规则、标识、包装、运输、储存及质量保证。

本标准适用于长丰汽车科技轿车转向管柱。

2、引用标准GB/T13384-1992 机电产品包装通用技术条件QC/T649-2000 汽车转向传动轴总成性能要求及试验方法QC/T647-2000 汽车转向万向节总成性能要求及试验方法3、定义本标准采用以下定义3.1万向节总成最大工作角转动万向节时,两万向节叉不产生相互干涉,万向节能够传递转向转矩的最大摆角。

3.2 万向节总成摆动力矩固定万向节的一个节叉,而另一个万向节叉绕十字轴摆动时的摆动力矩值。

3.3 万向节总成转动方向间隙在转动方向上万向节的间隙。

3.4 万向节总成十字轴轴向间隙万向节十字轴的端面和轴承或调整垫圈之间的间隙。

3.5 万向节与轴的拔拉力在装配状态下,在夹紧固定时，万向节叉和轴之间轴向拔拉至滑动时所需的负荷。

转向管柱分析标准1 转向管柱与转向器连接结构转向管柱与转向器连接常用的三种结构：普通螺栓+内螺纹偏心螺栓+螺母螺栓和内锯齿锁紧垫圈组合件2.转向管柱要求2.1转向管柱下节插段满足可伸缩要求2.2确定转向管柱的初始位置，保证节插处安装螺栓便于观察2.3确定转向管柱节插花键要有盲齿或其它限位的结构2.4确定转向管柱要有安装导向套，便于员工拿取转向管柱节插插接转向器2.5确认产品保证供货状态，确认装配时安装螺栓位置满足工具操作要求（需做人机仿真）3.装配工艺可行性要求3.1转向管柱安装在仪表板加强梁上，仪表板加强梁要有预安装结构，在仪表板加强梁上避免转动3.2电动转向的电机线束插接操作空间满足双手大于80mm3.3转向器与转向管柱连接时空间双手插接要求大于80mm3.4转向器与转向管柱连接时空间满足可视化要求3.5人员紧固转向管柱螺栓时要考虑作业人员姿势，避免出现勉强作业（参考人机工程分析标准，避免出现高亮色）3.6转向管柱进入驾驶室后随仪表板安装时，转向管柱避免与制动踏板、离合踏板或油门踏板干涉4.转向管柱与转向器连接工艺4.1 承载车型转向器安装在副车架上，转向管柱与仪表加强梁安装，当前悬动力总成整体举升后，转向管柱与转向器需要在组装线驾驶舱/机舱内进行连接：4.2非承载车型转向器安装在车架上，转向柱与仪表加强梁安装，当车身车架总成合装完成后，转向管柱与转向器需要在组装线机舱内/轮胎侧进行连接。

5 转向管柱与转向器连接SE分析内容及要求5.1转向管柱与转向器在驾驶室连接时：此时仪表板总成、制动踏板、离合踏板及加速踏板已经安装完成。

需要重点分析连接空间是否足够，员工预拧紧是否方便，工具与制动踏板、仪表板总成及车身地板是否存在干涉，以及员工是否存在盲装等；5.2转向管柱与转向器在机舱连接时：此时发动机、制动总泵已经安装完成。

需要重点分析连接空间是否足够，员工预拧紧是否方便，工具与周围零部件是否存在干涉，以及员工是否存在盲装等；5.3转向管柱与转向器在轮胎侧连接时：此时发动机、制动总泵、车轮已经安装完成。

前言本标准是对汽车行业标准ZB／T T36 014一90《汽车用转向管柱上组合开关技术条件》进行的修订。

原标准在内容和结构上基本上是成功的，本次修订在原标准的基础上，对使用过程中发现问题的部份内容作适当修改、完善。

以日本标准JISD1605一1988《汽车用转向信号开关的性能》及JISD1601 一1990《汽车部件振动试验方法》为主要参照对象对标准进行了修改。

本标准格式按GB／T1.1～1993《标准化工作导则第1单元：标准的起草与表述规则第1部分：标准编写的基本规定》要求编写。

修订的主要内容说明如下：关于振动试验问题，原标准引用ZB T35 001，在执行过程中发现不合理之处，经专题研究及验证工作，现决定按日本标准JIS D1605一1988及JIS D1601 一1990规定修订。

外形尺寸检查，明确为“对使用性能有直接影响的外形、安装及连接尺寸”。

对转向柱锁技术条件和试验方法明确了相关标准。

考虑批量生产的特点，取消了出厂检验的绝缘电阻检查项目，在型式检验中进行。

本标准由机械工业部汽车工业司提出。

本标准由全国汽车标准化技术委员会归口。

本标准由华阳电工厂负责起草。

本标准主要起草人：夏永忠。

本标准从生效之日起代替ZB/T T36014一90。

中华人民共和国汽车行业标准QC／T 218一1996汽车用转向管柱上组合开关技术条件代替ZB／T T36 014 一901 范围本标准规定了汽车用转向管柱上组合开关的技术要求、检验规则和试验方法等。

本标准适用于安装在汽车转向管柱上的组合开关（以下简称“组合开关”)。

2 引用标准下列标准包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。

在标准出版时，所示版本为有效。

所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。

GB2423.4一81电工电子产品基本环境试验规程试验Db：交变湿热试验方法GB 2423.17一81电工电子产品基本环境试验规程试验ka：盐雾试验方法GB 2828一87逐批检查计数抽样程序及抽样表（适用于连续批的检查）GB 4094—94汽车操纵件指示器和信号装置的标志JB 2864—81汽车用电镀层和化学处理层ZB T36 009一89汽车电器接线柱标记QC／T 29028一91汽车用带点火开关的转向柱锁性能试验方法QC／T 29029一91汽车用带点火开关的转向柱锁技术条件3 定义本标准采用下列定义：3．1 转向管柱上组合开关安装在汽车转向管柱上，由两个以上用以控制汽车的灯光、信号、操纵电器等部件的开关组成的装置。

转向管柱总成的性能设计要求及疲劳寿命试验项目的研究分析转向管柱总成是汽车转向系统的最基本组成部分之一。

它是决定汽车行驶安全性与可靠性的关键部件。

如何保证转向管柱总成符合设计的性能要求是我们最关注的问题，特别是对转向管柱总成的疲劳寿命试验，是保证和提高产品质量的一个重要环节。

试验标准与规范我国汽车行业标准对汽车转向管柱产品性能要求及试验方法在“QC/T649-2000《汽车转向传动轴总成性能要求及试验方法》”的标准中做了明确规范。

依据标准规范对汽车转向管柱总成进行疲劳寿命试验。

近几年来，由于国内外汽车生产商对汽车转向管柱总成的疲劳寿命试验内容和要求在不断更新和提高，本公司产品试验室对标准与规范中疲劳寿命试验的项目也在不断增加。

在QC/T649-2000《汽车转向传动轴总成性能要求及试验方法》中条款5.5扭转疲劳寿命试验的基础上做了进一步的补充（主要内容依据汽车生产商的要求，以及提供的相关技术资料，详见表）。

汽车转向管柱总成疲劳寿命试验样件与试验项目以上五项管柱疲劳寿命试验基本上代表了当前国内外汽车转向管柱总成疲劳寿命试验的项目。

样件试验的具体项目要依据转向管柱总成所选用的技术标准而定。

样件试验项目选取的基本原则如下：1.一般采用国内标准规范的汽车转向管柱总成试件选用第一项疲劳寿命试验。

2.采用日本标准规范的汽车转向管柱总成试件选用第二项疲劳寿命试验。

3.采用欧美标准规范的汽车转向管柱总成试件选用第三项、第四项和第五项疲劳寿命试验。

试验设备与试验方法按5个试验项目，分别由6个试验设备来完成。

它们是：扭转疲劳寿命试验台、回转耐久性试验台、电动可变倾角寿命与垂直疲劳试验台、手动可变倾角寿命与垂直疲劳试验台及管柱结构侧向疲劳试验台和转向系统寿命试验台1. 扭转疲劳寿命试验（1）试验设备见图1，由试验台架和驱动机构组成。

其中，试验台架：底座板、驱动机构和固定座联接固定一体。

功能是为试件提供一端是固定点，另一端产生正反扭矩作用；驱动机构：驱动机构是由电机、减速机和装有滑槽的摆块组成，功能是提供正反扭矩。

中华人民共和国汽车行业标准 QC／T 29097一92汽车转向器总成技术条件代替JB2957一811 主题内容与适用范围本标准规定了汽车转向器总成（不包括转向轴及转向管柱总成、转向轴万向节叉总成、横、直拉杆总成）（以下简称转向器）技术要求、检验规则、标志、包装、运输、贮存。

本标准适用于蜗杆滚轮式、循环球式、蜗杆指销式、齿轮齿条式汽车转向器总成。

本标准不适用于动力转向器。

2 引用标准QC／T 29096汽车转向器总成台架试验方法JB／Z 111汽车油漆涂层JB 4044汽车转向器清洁度测定方法3 术语3．1 额定输出扭矩（力）：转向器设计时规定的安全使用的输出扭矩（力）。

3．2 线角传动比i rp：齿轮齿条式转向器的齿条位移增量与齿轮转角增量之比。

3．3 全转角：转向器的轴（输入轴或摇臂轴），从一个极限位置转到另一个极限位置时的总转角。

4 技术要求4．1 转向器应符合本标准要求，并按照经规定程序批准的图样及技术文件制造。

4．2 性能4．2．1 传动效率应符合表1的规定，正效率均方差值不大于3％。

4．2．2 传动比及输入全转角应符合设计要求。

4．2．3 转向器在输入轴全转角范围内，其传动间隙特性应符合设计要求。

4．2．4 输入轴在中间位置的转动力矩应符合设计要求。

4．2．5 转向器在中间位置的小转角扭转刚度G n不得低于25N·m／rad；大转角扭转刚度G t不得低于32N·m／rad；对焊有转向轴的转向器，G n不得低于20N·m／rad；G不得低于27N·m／rad。

t4．3 强度4．3．1 静扭4．3．1．1 蜗杆滚轮式、循环球式、蜗杆指销式转向器在承受下列公式计算的静扭载荷试验后，不得出现损坏。

4．3．1．2 齿轮齿条式转向器在承受按下列公式计算的静扭载荷试验后，不得出现损坏。

4．3．2 冲击：球面蜗杆滚轮式、循环球式、曲柄指销式转向器按表2的规定进行落锤冲击试验后，不应出现裂纹、扭曲或转动不灵活。

转向管柱带中间轴总成设计指南底盘部图1 转向管柱带中间轴总成示意图1.概述转向管柱带中间轴总成是连接转向盘与转向机的传动机构。

它基本上有两部分组成：一部分是转向管柱总成，另一部分是中间轴总成。

它的作用是将作用在转向盘上的手力传递给转向机，并将转向轮受到的力和冲击回传到转向盘使驾驶员能够感知路面情况，对汽车采取正确的操控。

转向管柱上一般固定有方向盘、时钟弹簧、组合开关、点火开关以及组合开关护罩等件，所以设计时要做好各件配合部分的尺寸链计算。

从结构方面可以分为可调转向管柱和不可调转向管柱，可调转向管柱一般分角度可调、高度可调以及角度和高度均可调三种。

2.转向管柱带中间轴总成的布置要求2.1空间角度要求整车布置时考虑到人机工程以及为了避免与其他件干涉，转向管柱与中间轴总成布置时存在空间角度，即转向芯轴中心线、中间轴中心线、转向机输入轴中心线形成的空间角度，它们形成的夹角影响力矩波动和传动效率。

转向芯轴中心线与中间轴中心线形成的角度为β1中间轴中心线与转向机输入轴中心线形成的角度为β2（如图2所示）对于多段式空间布置的传动轴形式，我们首先考虑相邻三段轴的计算，按照下列公式可求得相邻三段的等效夹角：βe2 ＝（（β12-β22⨯cos 2（2（ψα+）））2+β24⨯sin 4（2（ψα+）））211β―――输入轴（转向芯轴）与中间轴夹角 2β―――中间轴与输出轴（转向机输入轴）夹角α―――输入轴（转向芯轴）和中间轴所在平面与中间轴和输出轴（转向机输入轴）所在平面的夹角ψ―――中间轴相位角e β―――等效夹角为了达到最佳的传动性能，等效夹角βe 应尽可能小，从上式可以看出，当α+ψ＝0时，等效夹角βe 取得最小值(β12 - β22 )1/2，也即是说ψ＝－α为中间轴下端连接叉的最佳相位角，在把传动轴调整到最佳相位角的基础上，三段式的传动轴可以简化成下式计算：e β= (|β12-β22|)21a.对传动效率的影响 为了获得较高的传动效率，要求1β、2β锐角小于等于030，此角度越小越好。

qc t 29097-1992汽车转向器总成技术条件汽车转向器总成技术条件代替JB2957一811主题内容与适用范围本标准规定了汽车转向器总成〔不包括转向轴及转向管柱总成、转向轴万向节叉总成、横、直拉杆总成〕〔以下简称转向器〕技术要求、检验规那么、标志、包装、运输、贮存。

本标准适用于蜗杆滚轮式、循环球式、蜗杆指销式、齿轮齿条式汽车转向器总成。

本标准不适用于动力转向器。

2引用标准QC／T29096汽车转向器总成台架试验方法JB／Z111汽车油漆涂层JB4044汽车转向器清洁度测定方法3术语3、1额定输出扭矩〔力〕：转向器设计时规定旳安全使用旳输出扭矩〔力〕。

3、2线角传动比i rp：齿轮齿条式转向器旳齿条位移增量与齿轮转角增量之比。

3、3全转角：转向器旳轴〔输入轴或摇臂轴〕，从一个极限位置转到另一个极限位置时旳总转角。

4技术要求4、1转向器应符合本标准要求，并按照经规定程序批准旳图样及技术文件制造。

4、2性能4、2、1传动效率应符合表1旳规定，正效率均方差值不大于3％。

4、2、2传动比及输入全转角应符合设计要求。

4、2、3转向器在输入轴全转角范围内，其传动间隙特性应符合设计要求。

4、2、4输入轴在中间位置旳转动力矩应符合设计要求。

4、2、5转向器在中间位置旳小转角扭转刚度G n不得低于25N·m／rad；大转角扭转刚度G t不得低于32N·m／rad；对焊有转向轴旳转向器，G n不得低于20N·m／rad；G不得低于27N·m／rad。

t4、3强度4、3、1静扭4、3、1、1蜗杆滚轮式、循环球式、蜗杆指销式转向器在承受以下公式计算旳静扭载荷试验后，不得出现损坏。

4、3、1、2齿轮齿条式转向器在承受按以下公式计算旳静扭载荷试验后，不得出现损坏。

4、3、2冲击：球面蜗杆滚轮式、循环球式、曲柄指销式转向器按表2旳规定进行落锤冲击试验后，不应出现裂纹、扭曲或转动不灵活。