镁合金汽车转向管柱支架结构分析及优化

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1、机械设计与制造第3期204MachineryDesign&Manufacture2014年3月镁合金汽车转向管柱支架结构分析及优化王峰，邸金南，毛萍莉，刘正(沈阳丁业大学，辽宁沈阳110870)摘要：轻量化是汽车发展的主要趋势之一，采用密度小、比强度高及减震性能好的镁合金制造汽车零部件，对减轻零件重量，提高整车性能具有重要的现实意义为了研究以镁代铝制造汽车转向管柱支架的可行性，利用有限元分析方法，对汽车转向管柱支架结构进行了受力分析及优化。结果表明，更换材料对支架的应力大小及分布影响较小，通过在支架内侧设计加强筋可以明显改善支架的受力情况

2、，使支架在减重的同时具有更高的安全可靠性。关键词：镁合金；转向管柱支架；有限元分析；轻量化：结构优化中图分类号：THI6；TGI46．2+2；U463．46文献标识码：A文章编号：1001—3997(2014)03—0204—03StructuralAnalysisandOptimizationofMagnesiumAlloyAutomotiveSteeringColumnBracketWANGFeng，DIJin-nan，MAOPing-li，LIUZheng(ShenyangUnivmsityofTechnology，Liaoning

3、Shenyang110870，China)Abstract：Lightweightisoneofthemaintreridsinvebicledevelopment．Magnesiumalloyhaslowdensity，highstrengthandgooddantpingproperty，andtheuseofmagnesiumalloymanufavturingautomotivecomponentshasimpo~antpracticals瑶勰cerreducingpavtweightandimproyingvehicleperf

4、ormance．InordertOstudytheasibilityofusingmagnesiuminsteadofaluminum,tomat~ufactureautomotivesteeringcolumnbracket，thestressvalueandstressdistributionofthebrackethavebeenstudiedta~ingfiniteelementanalysismethod．eresultsshowthatstressdistributionofbracketislessafectedbymate

5、ria1．addingstif]bnersinsidethebracketC(tnsign~cantlyreducethestress耐criticallocationsofthebracket。whichnotonlymakesthebracketbecomelighterbutalsohashigher5tyandreliability．KeyWords：MagnesiumAlloy；SteeringColumnBracket；FiniteElementAnalysis；Lightweight；StructuralOptimiz—at

6、ion自身的优越特性，因此，近年来在镁合金结构方面的研究备受关1引言注。目前，国外各大汽车公司利用有限元软件进行结构静态分析、随着社会经济的发展与科技的进步，汽车丁、I得到了迅猛动态分析的技术已非常成熟，其研究已延伸至碰撞分析、瞬态响的发展，汽车在日常生活中变得越来越普及。数据示：汽车每减应、噪声分析等领域，而国内这方面的研究才刚刚起步。为此，轻质量100kg，百公里可节省油耗0．3I，每降低10％的汽车质量，针对某品牌的铝合金材质汽车转向管柱支架，采用有限元分析方就可减少10％的汽车尾气排放l】I，轻量化已成为21世纪汽车发法研究该零件

7、镁合金化的可行性，并对零件结构进行优化，使其展的趋势之一。目前，保证强度和刚度要求下选用轻质材料是汽具有更高的安全可靠性。车轻量化的重要途径，镁合金是当前最轻的金属结构材料，从而使其成为汽车减轻自重以提高其节能性和环保性的首选材料。2转向管柱支架有限元分析目前，正在使用或正处于研制巾的镁合金汽车零部件至少2．1零件结构分析超过60种，遍布车身的各个部位，包括汽车仪表盘、方向盘骨架、座椅骨架、变速箱壳体等部件II。但是，这些零部件多数为一些承载能力要求较小的覆盖件，镁合金在汽车结构件上的应用仍然较少。与铝合金和钢制材料相比，在零件结构相同时

8、，南于镁合金自身有限的强韧性也使其应用受到了很大地限制。研究表明15l：通过合金化镁合金、优化零件结构、加工丁艺等方法可以明显提高镁图1汽车转向管柱支架三维实体模型合金零件的机械J生能，扩大镁