基于ANSYS的汽车电动助力转向系统的有限元分析

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1、基于ANSYS的汽车电动助力转向系统的有限元分析袁崇辉，孟广耀，李永夺(青岛理工大学机械工程学院，山东青岛266033)摘要：对汽车电动助力转向系统进行了实体建模和振型分析，通过模型简化和参数设置，利用大型有限元分析软件ANSYS对汽车电动助力转向系统进行了模态分析，得出了固有频率和应力分布情况，其分析结果和实际情况吻合。关键词：电动助力转向；模态分析；固有频率FiniteElementAnalysisfortheAdvancesofPowerSteeringSystemsBasedonANSYSYUANCho

2、nghui．MENGGuangyao．LIYongduo(Dept．ofMechanicalEngineering，QingdaoTechnologicalUniversity，QingdaoShandong266033，China)Abstract：SolidmodelingandvibrationmodelanalysiswascarriedoutfortheautoElectricPowerSteeringsystem．Utilizingthelargefi—niteelementanalysissoft

3、wareANSYS，modelanalysiswascarriedoutfortheautoelectricpowersteeringsystembymodelsimplificationandparametersetup，andgotitsnaturalfrequencyandstressdistribution．Theresultsagreedquitewellwiththepracticalsituation．Keywords：Theadvancesofpowersteeringsystems；Modal

4、finiteelementanalysis；Inherentfrequency0引言ANSYS分析中每个弹簧用一个弹簧单元combinl4模拟，为了电动助力转向系统完全抛弃了液压执行机构，直接通过电限制转向柱轴向的位移，在转向柱与弹簧相连接的T5、r6、动机的输出给驾驶员提供转向助力，因其具有环保节能、高度1_7、118四个节点上加上UX约束，在弹簧的另一端T1、、控制性、高性能化等优点得到广泛的应用。但在使用电动助力T3、_r4为完全固定。转向系统的过程中，经常会发生振动现象，从而影响驾驶的舒适性和安全性，严

5、重情况下会造成电动助力系统不能正常工作。通过对汽车转向柱振动模态进行分析，得到转向柱的一阶固有频率，以检验其性能是否符合转向柱设计规范的要求。转向柱振动模态分析采用大型、通用的有限元分析软件ANSYS完成。一簧l1电动助力转向系统理论振型分析1．1实体建模及模型简化图2弹簧分布示意图对最常用的转向轴助力式电动转向系统进行研究。借助UG软件建立电动助力转向系统的机械系统模型⋯，如图l所示。1．2振型分析分析只考虑转向盘、电动机转子和输出轴的集中质量影响，忽略系统的库仑摩擦，建立动力学方程。电ImO+C(0一GO)

6、+C0+K(0一GO。)=T(1)_●●●●。0一GC(0一GO)一G(0一G)一C(0一0)一K(0一0)+C⋯0=(2)方向盘I0+C⋯0+G(0一0)+(0一0)=(3)图1转向系统模型式中：、，、分别为输出轴、电动机、转向盘的转动惯量，并分别取值0．0002、0．0002、0．03kg·m；K、K分别由于仅分析转向柱的振动模态，分析可以不考虑转向柱下为连接处传动部件的等效刚度，并分别取值136、3．02N·m／rad；部的万向节。转向轴与管柱体通过两个轴承连接，转向轴仅可c，c为变形阻尼系数并分别取值0

7、．00093、0．024N·m／rad；绕管柱体相对转动，因此可以直接对转向轴和两轴承组成的系C—CC为运动阻尼系数，分别取值0．000093、0．024、统进行有限元分析。0．024N·m／rad；G为减速比，取值16．5。将上下轴承均简化为由四个均布的弹簧组成(图2)，在对于无阻尼状态下系统的振型应当满足下列条件：C=2011．09Automobi1eParts．0．．6．．9．．．．．．．．．．．．．——研究与开发C=C==C=0，上式(1)～(3)可用矩阵表示为AN~'tl11．0APR23201113

8、：1t：26NODALSOLUTIONSO=laUb1F岫{2．678u8I腻(AVe)其中：J=RaYa0POWorGraphlcsEE1[弓三]，=f]，=[]，^v聃~-MatD眦．093039gMX#．09389A．005Z13K=Jl—GKmG+—KILlBcDEF；=#=．0123{564609{69273K一j．057346G；．067733H．078ZI=．088626