汽车转向管柱的有限元分析及设计优化

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1、研究与分析2012年第4期(总第120期)·机械研究与应用·汽车转向管柱的有限元分析及设计优化杨洪斌(四川绵阳三力股份有限公司，四川绵阳621000)摘要：汽车转向管柱是重要的安全件。针对汽车转向系统的设计需求，结合转向管柱的结构特点，提出采用有限元法分析强度刚度、模态、疲劳和碰撞，并对转向管柱的运动仿真进行介绍。借助有限元分析和运动仿真，可以针对不同设计变量进行设计研究及优化设计，最终得出最佳的设计方案，同时对提高整车性能和使用寿命也有着十分重要的意义。关键词：转向管柱；有限元；运动仿真；设计优化中图分类号：13463．4文献标识码：B文章编号：1007—44

2、14(2012)04—0048—03FiniteelementanalysisanddesignoptimizationofautomotivesteeringcolumnYangHong—bin(SichuanMianyangSanliCo．，Ltd．，MianyangSichuan621000，China)Abstract：Automotivesteeringcolumnisanimportantsafetypart．Inviewofdesigndemandandconfigurationfeatureofauto·motivesteeringsystem，

3、itisrecommendedthatstrength，rigidity，mode，fatigueandimpactareanalyzedwithfiniteelementmethod，andthemotionsimulationofsteeringcolumnisintroduced．Bymeansoffiniteelementanalysisandmovementsimu．1ation，designstudyandoptimizationdesigncanbepresentedaccordingtothedifferentdesignvariables，fi

4、nally，theoptimaldesignschemeareobtmned，whichhasgreatsignificanceforimprovingtheautomotiveperformanceandtheservicelife．Keywords：steeringcolumn；finiteelement；motionsimulation；designoptimize1引言撞吸能分析几个方面。安全、环保、节能是未来汽车的三大主题，作为汽2．1结构强度／N度分析车转向系统重要部件一转向管柱更是如此，从传统的作为机械产品，其产品设计在一定的工作条件，纯机械结构、

5、电动调节结构到管柱助力的电动转向系如额定载荷、过载及热载等情况下，其结构刚强度如统(即C-EPS)。何，能否满足在工作载荷下不发生失效破坏，不发生近年来，汽车转向管柱的发展超乎寻常，其安全过大变形影响工作性能等。因此，对产品结构做刚强性显得尤其重要，不仅要求进行总成的静态压缩特l生度校核，是每个设计师首要考虑的问题。在满足刚强考核，还必须满足国家强制性标准GB11557和美国度要求的前提下，对产品进行一些优化分析，还可以联邦机动车安全标准FMVSS203的要求。企业如果带来诸如节省材料等经济性方面的益处，但传统的设要想在激烈的市场竞争中脱颖而出，必须采用先进的计

6、校核难度较大。转向管柱结构强度涉及有限元分设计手段。析领域包括：结构静强度分析；热传导与结构热应力有限元法是求解工程科学中数学物理问题的一分析；结构稳定性；静刚强度优化分析。种通用数值方法，是一种将连续体离散化为若干个有图1、2分别是采用ANSYS软件分析某轿车转向限大小的单元体的集合，以求解连续体力学问题的数柱的分析模型和刚度应力图。值方法。随着计算机的发展，有限元分析已经成为行之有效的工程分析手段。笔者结合产品结构特点，对汽车转向管柱有限元分析方法进行了阐述，从而优化设计，并对转向管柱的运动仿真进行了介绍。2有限元分析图1某轿车转向管柱图2某轿车转向管柱根据

7、汽车转向管柱的结构特点，为满足转向操作分析模型刚度应力图机构的设计需求，有限元分析技术主要应用在转向柱的静态强度、静态刚度分析、模态分析、疲劳分析、碰收稿日期：2012—07—09作者简介：杨洪斌(1967一)，男，重庆开县人，工程师，主要从事汽车转向系统的设计开发和技术管理工作。。48··机械研究与应用·2012年第4期(总第120期)研究与分析2．2模态分析析软件。常见有：FE—Fatigue、FE—SAFT、MSC—Fa-模态分析是计算结构振动特性的数值技术，结构tigue、Nsoft系列和WinLIFE等专业软件，一些大型有振动特性包括固有频率和振型。模

8、态分析是最基本限元软件也