車用拉索總成效率試驗臺架設計

2012-07-05 06:06:40關麗麗

科技傳播 2012年15期

關麗麗

海馬轎車有限公司，河南鄭州 450016

0 引言

目前，我國許多汽車零部件公司都會生產各種類型的車用拉索，應用于各種汽車和摩托車。對于這樣一個應用廣泛且相當重要的零件總成，能夠實現標準化和通用化是很有必要的，因此中華人民共和國汽車行業標準QC/'r 29101一1992中規定了汽車用操縱拉索總成的標準。在這個標準中規定了汽車用操縱拉索總成(以下簡稱拉索總成)的技術要求、試驗方法、檢驗規則等等。其中關于拉索總成的負載效率試驗和行程效率試驗，講述的是在規定的標準下，用人工方法使用量規測量拉索的尺寸并且按照規定安裝，在實驗過程中用測力計測量并且記錄數據。這種測量方法已經不能滿足人們的精度要求，并且效率比較低。基于這種情況，非常有必要設計一個針對拉索總成效率試驗的實驗臺架。

1 拉索總成簡介

1.1 拉索總成的產品形式

汽車上有多種類型的拉索，對于不同的汽車來說，它所承受的拉力，適應于汽車連接的結構是不同的，因此不同拉索總成存在著一定的差異，但是拉索的基本結構是相差無幾的，以下介紹了常見的拉索結構形式。

圖1 拉索型式1

圖2 拉索型式2

圖3 拉索型式3

圖4 拉索型式4

1.2 拉索總成的技術要求

自拉索總成長度見圖5，極限偏差見表1。

圖5 拉索的基本尺寸

表1 拉索尺寸的極限偏差

2 拉索效率試驗臺架的設計

在汽車中分布著各式各樣的拉索，有離合器拉索，選換擋拉索，加速油門拉索，以及停車制動拉索和車尾行李箱開閉拉索等等，在此不能將每一種拉索都進行模擬測試效率，這個是不能實現的。在這次的設計中，我的設計任務是鎖定在五菱榮光選換擋操縱總成上的。這樣就比較有目的性，只需在設計過程中盡量以五菱榮光的參數為標準，模擬它的選換擋操作過程，在這個過程測量出拉索總成的主動端和被動端的力的大小和位移大小，按照以上介紹的國家標準進行計算，得出選換擋拉索總成的負載和行程效率。

2.1 臺架設計方案設計

根據任務內容，臺架設計應包括以下四個部分:

1）主動端

這個部分是將選換擋機構中的操縱桿部分固定在臺架上，用步進電機進行驅動，來推動選換擋桿，從而拉動拉索。在這部分中，用步進電機驅動的時候，要求能夠在兩個方向推動推桿，即是換擋和選檔。于是我最初用了一個十字形的槽，在互相垂直的方向分布著兩個步進電機，從而能夠在兩個方向上推動推桿，但是這樣存在一個問題，即在一個方向推動后推桿必須復位才能再推動另外一個方向，這不符合正常的選換擋的過程。改動方案是用兩個能夠移動的活動槽塊來組成一個十字槽，這樣兩個活動槽的軌跡就不受限制。整個過程總要保證推動的時候能夠走直線，于是活動槽要安裝在導軌上，能夠直線運動，而且為了讓兩個活動槽塊運動不干涉，它們不在一個平面上。

2）被動端

這個部分是將選換擋機構中的活動端與一個模擬阻力機構連接，從而來模擬選換擋過程中的阻力。在這部分中，我選用氣缸來模擬阻力，因為氣缸外形小巧便于安裝，并且能夠很好的模擬阻力。在選換擋過程中力的大小是由小變大又變小的，力的變化用壓力比例閥（帶泄壓功能的）控制壓縮氣體輸入端的輸入壓力即可。

3）中間支承

我們知道，拉索本身是具有柔軟性的，在汽車中的安裝一般是需要彎曲成某一不確定的形狀，是為了更好的利用汽車的安裝空間。在安裝時候往往在中間會有支承來將拉索固定住，不然拉索就會不穩定晃動。這就需要中間支承了，并且能夠很方便快捷地裝卸。本次設計中，我可以在主動端和被動端之間安裝一個固定臺來固定換擋機構，并且在固定臺上安裝一個支撐來固定拉索中間端。

4）數據測量和分析裝置

一個試驗臺的研制最核心的是數據。在我們的試驗方案解決后，我們要想好怎么來采集數據。當然我們首先必須要測量下最基本的參數，即是我們試驗的五菱榮光的選換擋拉索的主要尺寸。這些都是固定參數數據，還需要的是試驗參數。在實驗過程中，我們需要測量的參數有四個，主動端的力的大小和位移大小，被動端的力的大小和位移大小。這里我選用兩種不同量程的拉壓力傳感器和兩種不同量程的直線位移傳感器，分別安裝在主動端和被動端。

值得注意的是，由于被動端是直接測量拉索端的數據而主動端是通過推桿來測量的數據，所以主動端測量的數據要通過比例系數來轉換，這個比例系數取決于我們硬件安裝的數據，試驗臺確定后我們就可以測量出來。最后計算時候要換算一下代入效率測試的公式中。

在數據測量完成后，通過傳感器得到的數據傳輸到計算機中，我們可以設計相關適用于本次臺架試驗的軟件，在這個軟件開發中，盡量使所得的結果通過圖表的形式表達直觀清晰。

2.2 試驗臺架設計的布置

由以上的方案設計可以得出臺架的整體方案和結構，其中所需要的主要零件分別有:

1）步進電機兩個。分別用于主動端推動推桿的兩個方向，它們分別是換擋方向和選檔方向；

2）直線位移傳感器三個。分別用于主動端推動推桿的兩個方向和被動端拉索處一個；

3）拉壓力傳感器三個。分別用于主動端推動推桿的兩個方向和被動端拉索處一個；

4）直線導軌五個。分別用于主動端十字活動槽的四個，以及在被動端用于拉壓力傳感器導向的一個；

5）氣缸一個。用于被動端模擬拉索總成中按照要求的曲線變化的阻力；

6）試驗臺零件連接件若干。用于將所需的部件產品連接為一個整體的測試系統。

綜上所述，測試臺架布置如下圖6所示:

圖6 整體方案示意圖

2.3 產品選型

在汽車拉索試驗臺架的設計方案出來后，要圍繞這個設計方案中所涉及到的各個零件進行硬件選擇，根據已知的五菱榮光拉索的數據，確定各個產品所要求的技術參數，找到符合要求的產品。本次拉索效率測試試驗臺架所用的主要產品選型如表2。

2.4 連接件的設計

在方案成立并且各種主要零件產品選型確定之后，主要是將零件產品和拉索連接起來固定安裝，這就需要相對應的連接件和固定平臺。

主動端是由步進電機連接拉壓力傳感器，再連接推動十字槽。因為十字槽的開口和推桿的直徑尺寸一樣，從而推動推桿拉動拉索。其中，拉壓力傳感器是要固定在導軌的滑動塊上導向的，十字槽也是固定在導軌的滑動塊上滑動，導軌與固定在平臺上，位移傳感器可以固定在平臺上，其測量的移動端連接在步進電機的活動端。并且在主動端有兩個方向的運動，在安裝的時候要保證兩個方向的垂直度。

被動端是拉索被拉動后，拉索的活動端連接拉壓力傳感器，再拉動模擬阻力的氣缸，其中，氣缸是固定在平臺上的，位移傳感器也固定在平臺上，其測量的移動端連接在氣缸被拉端。

在這些連接件設計中，主要是根據已選型零件中的零件的連接結構設計的，做成所需要的連接結構形狀，用螺栓螺釘連接，相應尺寸的螺釘螺栓都選用GB。其中需要注意的是車用選換擋拉索中的兩個拉索活動端的接頭不是同一個方向的，它們一個是換擋一個是選檔。因此在被動端拉索與拉壓力傳感器的連接需要一個能夠在互相垂直的兩個方向連接，在此，可以使用彈簧螺栓結構。