方向盘磨损试验装置开发

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【摘 要】汽车方向盘的表面材料主要有合成塑料、皮革、真皮、木制和铝合金等种类，在汽车的使用过程中会出现方向盘表面材料磨损的现象，尤其是方向盘盘缘部分更容易被磨损。本文主要针对方向盘盘缘部分容易被磨损的问题提出了一种试验装置的开发，拟研究开发一种对于汽车方向盘盘缘色牢度检验的试验装置，在方向盘的磨损试验中可以用来检验其盘缘部分表面材料的色牢度是否合格，以满足汽车消费者和方向盘生产企业所需。

【关键词】方向盘；磨损；色牢度；磨损试验机

1.引言

随着人民生活水平的不断提高，汽车已经进入千家万户。在追求科学发展的今天，汽车的生产、使用也开始注重环保这方面的要求。对于汽车方向盘的生产，尤其是对方向盘表面材料的质量检测这方面越显得重要，就拿合成塑料来说，大多数经济型轿车都会选择用合成塑料来作为方向盘表面材料，因为材料成本较低，但是合成塑料制造的方向盘手感和美观性都不是很理想，尤其是当夏天手上有汗的时候会比较滑，此外，如果以合成塑料作为主要表面材料的方向盘生产不合格，就容易出现磨损或被汗水浸蚀，不仅影响美观，手感也会变得粗糙；对于以皮革或者真皮作为主要表面材料的方向盘来说，虽然环保，但是如果质量不合格，不仅很容易就会被磨损，而且还有可能产生一些对人体有害的物质，而现在，消费者也开始更多地关注这一方面的问题，而且方向盘表面磨损也是在日常用车中较多出现的问题之一，那么这就要求相关的生产厂家在生产制作汽车方向盘的过程中要对其表面材料是否符合要求进行检测，检测表面材料是否具有优良的耐磨性能、不允许出现褪色以及表面呈现明显改变等就是其中的重要指标。随着人们对产品质量要求的提高，对汽车方向盘的使用质量也提出了更高的要求，尤其是对方向盘盘缘及徽标的磨损越来越关注，促使方向盘生产厂家在方向盘出厂前要做相应的磨损试验，而目前用于这种磨损检验的试验装置在国内并不多，亟待研究开发。

本文针对方向盘盘缘色牢度的检测提出了一种磨损试验装置的开发，因为在日常的用车过程中，主要是方向盘盘缘部分受到驾驶员手部的摩擦，这就要求方向盘盘缘部分的表面材料要符合相关的耐磨性要求，所以这个装置的开发主要是满足能够对方向盘盘缘进行摩擦试验的要求。

2.主要特点和指标

本装置主要用于对汽车方向盘盘缘色牢度进行检测。主要是通过装置中的摩擦带对方向盘盘缘部分进行往复摩擦，获得摩擦后的盘缘部分表面材料变化的信息，用以分析对比得出相关结论。试验装置结构紧凑、操作使用方便、测量范围准确。其机械传动系统和主要摩擦部分配合准确，以便于控制、调节和更换。

其主要指标如下：（1）装置必须能固定方向盘，能限定摩擦布的摩擦位置（摩擦布必须在指定位置进行摩擦，不能偏移），摩擦布宽度为45mm，可调；（2）摩擦布两端的重物质量相同，且必须有与摩擦布相连接的装置，可以更换重物；（3）摩擦速度要求：25-100次/分（主要为25次/分、30次/分、50次/分），可调；（4）摩擦行程要求：30-120mm（主要为100mm），可调；（5）摩擦次数要求：1-500000次，可调；（6）摩擦试验时，电机带动左右齿条上下交替运动，能够确保摩擦布所受向下的拉力是物重；（7）重物在上下运动时不会受到干涉。

3.装置结构

3.1 主要结构

如图2所示为该装置动力部分、传动机构、摩擦部分的结构示意图。

电机被固定在装置支架底部，传动部分是齿轮齿条机构，其中托盘与齿条是通过螺钉连为一体的，由机械加工来保证托盘的尺寸不会干涉齿条的上下运动。摩擦布张紧轮是固定在支架上的，能够自由转动且不会沿其轴向方向运动，张紧轮中间加工出比摩擦带稍宽的光滑引导槽，可以保证摩擦布在垂直方向上下运动过程中不会产生过大的偏差，从而保证了摩擦布对方向盘盘缘指定部分的摩擦。摩擦布每一端的重物通过螺钉与摩擦布连接，可以方便拆卸，满足重物的质量以及摩擦带的材料可以根据试验要求的不同进行更换。

说明：①-方向盘盘缘横截面；②-摩擦布张紧轮；③-摩擦布；④-重物；⑤-托盘；⑥-齿条；⑦-齿轮；⑧-联轴器；⑨-电机。

如图2所示摩擦布加上重物的总长度比方向盘盘缘顶端到两边托盘的距离稍短，这就保证了在齿条上下运动时摩擦布所受向下的拉力是物重。在齿条上升到上止点时，托盘上的重物不会碰到张紧轮，保证重物在上下运动时候不会受到干涉。

对于在试验中要求摩擦速度能够实现可调，可以通过改变电机的转速来实现；要求能够满足摩擦行程可调，可以通过控制物块上下移动的幅度来实现，即控制电机的正反转时间；要求能够实现摩擦次数可调，可以通过控制电机的转数来实现。

3.2 其他结构

该装置中的其他部分主要就是承载主要结构的支架和底座，可以选用较轻便的铝合金材料制作。

装置中的底座主要承载电机以及传动机构中的齿轮部分。电机固定在底座上，输出轴一端通过联轴器与电机相连，另一端与固定在底座上的轴承相连，齿轮安装在输出轴上，限制齿轮在轴向方向的运动，保证齿轮能够随输出轴自由转动。

装置中的齿条背面与滑块相连，滑槽固定在支架上，滑块的行程就是要求中的摩擦行程。

用于摩擦试验的方向盘固定在支架的上部分，要保证在摩擦试验中不会移动，方向盘的下滚轮可拆卸，直径不作规定，只要不干涉重物的上下运动即可。

4.结论

通过对装置调试，进行摩擦方向盘的试验，该装置能够满足摩擦速度、摩擦行程、摩擦次数均可调，摩擦带不会在摩擦过程中偏移，摩擦位置固定，基本上满足了目前对方向盘盘缘进行摩擦试验所需的要求，验证了本文提出的该设计方案的可行性。该磨损试验装置结构简单实用，满足相关试验要求，能够解决当前企业对方向盘摩擦试验装置的需求。此外，该试验装置同样可以用于对相关类似产品进行摩擦检测试验，亦可推广到其他领域的相关摩擦研究或者为类似装置的设计开发提供相应的参考。

参考文献：

[1]乌尔里希·菲舍尔，等，著.简明机械手册[M].云忠，杨放琼，译.湖南科技出版社，2010.

[2]温诗铸，黄平.摩擦学原理[M].清华大学出版社，2008.

[3]刘佐民.摩擦学理论与设计[M].武汉理工大学出版社，2009.

基金项目：上海电机学院大学生创新活动项目（编号：2011SCX85）。