方向盤(pán)轉(zhuǎn)向管柱相關(guān)資料

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1、方向盤(pán)的構(gòu)成1. 骨架,一般為鋅合金,或者鋁合金,現(xiàn)在有些生產(chǎn)廠家正在嘗試采用更廉價(jià)、更輕的鎂合金。骨架采用壓鑄生產(chǎn)。少局部廠家還在使用鋼材鈑金做骨架,結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 2. 發(fā)泡,發(fā)泡材料在發(fā)泡機(jī)中生成,生產(chǎn)時(shí)骨架固定在發(fā)泡機(jī)中 1和2組合起來(lái)就是最簡(jiǎn)單的方向盤(pán)了。 方向盤(pán)3. 有些方向盤(pán)要求外表縫皮,國(guó)內(nèi)一般由工人縫制完成, 4. 有些方向盤(pán)要求有木料,使用專用機(jī)器將木片一層層疊積并最后上漆, 5. 有些方向盤(pán)的木料用假木代替,假木一般是用PP,ABS等塑料注塑完成,然后上水印 6. 方向盤(pán)上都會(huì)有和主駕駛氣囊DAB對(duì)應(yīng)的安裝卡扣或螺釘孔 7. 有些方向盤(pán)上要求有喇叭觸點(diǎn),比擬簡(jiǎn)單的方式就是把喇

2、叭觸點(diǎn)壓入骨架中,還有一種方式就是做一個(gè)喇叭觸點(diǎn)模塊并集成一局部電氣線束和電路板在上面 8. 有些方向盤(pán)要求有開(kāi)關(guān),主要位于spoke shell或者主氣囊兩側(cè),功能一般為電臺(tái),加減速,巡航,聲音,接 等。方向盤(pán)不僅要提供安裝卡扣,還要提供線束接口。 9. 方向盤(pán)下一般會(huì)有多功能開(kāi)關(guān)模塊,或者paddle shift,這時(shí)候,需要考慮電氣連接。汽車轉(zhuǎn)向管柱支架有限元分析與結(jié)構(gòu)改良李 寧長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,湖北 荊州 434023摘要:運(yùn)用有限元分析軟件,對(duì)某新型轎車的轉(zhuǎn)向管柱支架進(jìn)行了分析。有限元分析結(jié)論與實(shí)測(cè)情況相符,確認(rèn)原有管柱支架結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行改良。文章通過(guò)分析原有管柱支架的應(yīng)力分布情況

3、,提出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)改良方案,再用有限元分析法從眾多的備選方案找到最正確改良方案。改良后的管柱支架樣件經(jīng)裝車測(cè)試,到達(dá)使用要求,改善效果明顯。關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)向管柱;有限元;結(jié)構(gòu);強(qiáng)度 中圖分類號(hào):U464.13文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-04322022-11-0244-20 前言隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和汽車工業(yè)的開(kāi)展,汽車變得越來(lái)越普及。汽車轉(zhuǎn)向管柱作為駕駛員操控汽車的重要部件,其平安性和可靠性顯得尤為重要。在汽車行駛的過(guò)程中,任何來(lái)自轉(zhuǎn)向管柱的異響、卡滯和變形過(guò)大都會(huì)給駕駛員造成很大的心理壓力,影響行車平安。轉(zhuǎn)向管柱主要包括轉(zhuǎn)向軸總成、上柱管、管柱支架、緊定螺栓、拉脫鎖、下柱管、下支架、旋鉚銷軸、鎖定

4、手柄等見(jiàn)圖1。轉(zhuǎn)向軸總成通常是上端加工有連接花鍵,用來(lái)安裝方向盤(pán);下端焊接有萬(wàn)向節(jié)總成,與轉(zhuǎn)向器連接,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向扭矩的傳遞。上、下柱管裝配在一起,通過(guò)管柱支架和下支架安裝在車架上。拉脫鎖與管柱支架通過(guò)注塑裝配在一起。圖1 汽車轉(zhuǎn)向管柱外形示意圖1.轉(zhuǎn)向軸總成 2.上柱管 3.管柱支架 4.緊定螺栓5.拉脫鎖 6.下柱管 7.下支架 8.旋鉚銷軸 9.鎖定手柄1 問(wèn)題提出某新型轎車的轉(zhuǎn)向管柱的原結(jié)構(gòu)如圖1所示。在轉(zhuǎn)向管柱試裝車時(shí)發(fā)現(xiàn),用力晃動(dòng)方向盤(pán),可以感覺(jué)到方向盤(pán)有較明顯的上下位移。當(dāng)一個(gè)體重約60kg的測(cè)試人員完全懸吊在方向盤(pán)上時(shí),可觀察到管柱支架的拉脫鎖安裝位內(nèi)側(cè)有明顯的永久變形。由于我國(guó)現(xiàn)

5、行的汽車轉(zhuǎn)向管柱總成標(biāo)準(zhǔn)中,沒(méi)有對(duì)該變形量的檢驗(yàn)方法和指標(biāo),因此,參考日本馬自達(dá)制定的?HM普力馬/福美來(lái)型轎車吸能轉(zhuǎn)向管柱軸總成性能試驗(yàn)方案書(shū)?和日本的三菱標(biāo)準(zhǔn)ES- X 23023?汽車轉(zhuǎn)向柱?1,在轉(zhuǎn)向軸頂部即輸入端裝上方向盤(pán),沿垂直于軸線方向施加280N的靜載荷。測(cè)得方向盤(pán)中心點(diǎn)的位移為2.3mm,有較明顯的移動(dòng)手感.通過(guò)觀察和測(cè)量,可初步確定其原因?yàn)橹Ъ艿膹?qiáng)度和剛度不夠。2 管柱支架受力分析整個(gè)轉(zhuǎn)向管柱在工作狀態(tài)下的力學(xué)模型可抽象為一個(gè)杠桿如圖1。旋鉚銷軸處為支點(diǎn)O;作用在方向盤(pán)上的力簡(jiǎn)化為集中力F,與O點(diǎn)的距離為L(zhǎng)2;管柱支架對(duì)轉(zhuǎn)向管柱的反力簡(jiǎn)化為集中力N,與O點(diǎn)的距離為L(zhǎng)1。建立

6、平衡狀態(tài)下的力矩方程:FL2-NL1=0可求得:根據(jù)國(guó)外的標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)驗(yàn),本研究確定試驗(yàn)載荷F=280N。根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)H=150mm;L1=105mm;L2=457mm,可求得集中力N=1218.7N。3 原結(jié)構(gòu)有限元分析3.1 模型簡(jiǎn)化管柱支架結(jié)構(gòu)比擬復(fù)雜如圖2。支架翼板與立板焊接,拉脫鎖與翼板間通過(guò)注塑銷連接,彈簧掛孔處于翼板與立板焊縫旁邊。通過(guò)分析其工作狀態(tài)和外載荷情況,在不影響分析結(jié)果的前提下,對(duì)模型作如下簡(jiǎn)化:圖2 管柱支架分實(shí)體結(jié)構(gòu)1.支架立板 2.彈簧掛孔 3.拉脫鎖 4.支架翼板1不考慮管柱支架重力的作用。2忽略焊縫的影響。3忽略遠(yuǎn)離應(yīng)力集中區(qū)的復(fù)雜局部結(jié)構(gòu)影響。4根據(jù)圣維南理論,

7、將豎直方向的兩個(gè)安裝板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化,同時(shí)將集中載荷換算為等效的面載荷2。簡(jiǎn)化后的管柱支架的模型如圖3所示。3.2 材料特性參數(shù)用線彈性材料本構(gòu)模型模擬支架鋼材,管柱支架的材料為:SPHC熱軋鋼板,F(xiàn)B3.2PT.B1200EC;彈性模量:E=200GPa,泊松比:=0.3;屈服極限:S=410Mpa。3.3 模型網(wǎng)格劃分選用8節(jié)點(diǎn)solid92單元,以智能網(wǎng)格與局部加密的方法,將模型劃分為如圖3所示的網(wǎng)格。圖3 管柱支架模型網(wǎng)格圖3.4 載荷與約束根據(jù)管柱支架受力分析,在轉(zhuǎn)向盤(pán)的中心施加280N的靜載荷,可轉(zhuǎn)化為管柱支架安裝板受到豎直方向的等效均布載荷7.6MPa。由于拉脫鎖對(duì)支架的約束,限制了支

8、架Y方向豎直方向的位移,所以,在安裝拉脫鎖區(qū)域施加UY約束。拉脫鎖的V面限制了支架在前后和左右方向的位移,因此在V面上施加全約束。3.5 結(jié)果與分析模型劃分網(wǎng)格后,施加約束和載荷,分析得到的結(jié)果如下:圖4 合成應(yīng)力圖最大合成應(yīng)力出現(xiàn)在彈簧掛孔處圖4中MX處,其值為474MPa,大于材料的屈服強(qiáng)度S=410MPa。支架的最大合成應(yīng)變?yōu)?.3mm,最大合成應(yīng)變出現(xiàn)在遠(yuǎn)離V型槽的局部。支架的應(yīng)變反映到轉(zhuǎn)向盤(pán)中心點(diǎn),其位移為2.27mm,與實(shí)測(cè)結(jié)果相符,說(shuō)明該有限元模型的分析結(jié)果是可信的。該結(jié)構(gòu)的支架應(yīng)力集中情況明顯,在方向盤(pán)上280N負(fù)載的作用下,應(yīng)力集中的部位會(huì)產(chǎn)生塑性變形。因此,通過(guò)有限元分析可

9、以認(rèn)定,原結(jié)構(gòu)的支架強(qiáng)度和剛度都不夠。4 支架結(jié)構(gòu)改良與有限元分析鑒于管柱支架原結(jié)構(gòu)不能滿足使用要求,有必要在不影響管柱及其相關(guān)部件裝配的前提下,對(duì)管柱支架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良。改良可從以下方面進(jìn)行考慮:1支架翼板的厚度偏小是造成強(qiáng)度和剛度不夠的原因之一,可以通過(guò)適當(dāng)增加翼板厚度來(lái)改善結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度。2由于應(yīng)力集中點(diǎn)出現(xiàn)在彈簧掛孔處,因此,可以在不影響功能的情況下,將該彈簧掛孔到移出應(yīng)力大的區(qū)域,降低局部應(yīng)力。3支架立板與翼板的連接長(zhǎng)度偏小,使得應(yīng)力集中在彈簧掛孔處。如果適當(dāng)增加連接長(zhǎng)度,可以使應(yīng)力分布趨于均勻。4彈簧掛孔附近的圓角和直角也是造成該處應(yīng)力集中的因素之一,取消圓角和直角不但能緩解應(yīng)力

10、集中,也能降低加工難度3。5支架翼板左右兩端的翻邊應(yīng)力很小如圖2,而且加工比擬困難,可以將該處的翻邊直接省去。尤其是在增加翼板厚度的情況下,更有必要省去翻邊。綜合考慮管柱支架的安裝和連接、板材選用、沖模更改、工藝改善、本錢(qián)估算等各方面因素后,對(duì)管柱支架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良。通過(guò)使用有限元分析軟件對(duì)大量備選方案進(jìn)行分析和調(diào)整,最終確定改良方案為:翼板厚度由3.2mm增加到4.8mm;彈簧掛孔后移25mm;支架立板長(zhǎng)度加長(zhǎng)10mm;彈簧掛孔旁的棱邊外移,直到與V槽口相連;支架翼板左右兩端不翻邊。改良后的支架結(jié)構(gòu)模型如圖5所示。圖5 改良后的支架模型圖通過(guò)對(duì)選定的改良方案進(jìn)行有限元模型建立、劃分網(wǎng)格、施加

11、載荷和分析求解后,得到的分析結(jié)果如下:圖6 合成應(yīng)力圖最大合成應(yīng)力出現(xiàn)在兩邊V型槽口處如圖6中MX處,其值為275MPa,小于材料的屈服強(qiáng)度S=410MPa。支架的最大合成應(yīng)變?yōu)?.12mm,支架的位移反映到轉(zhuǎn)向盤(pán)中心點(diǎn),其位移為0.9mm,移動(dòng)的手感不明顯。因此,改良后的支架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度足夠,加工方便,能滿足平安使用要求。5 結(jié)語(yǔ)本文采用有限元分析軟件,對(duì)某新型轎車的轉(zhuǎn)向管柱支架進(jìn)行了分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度和剛度不夠。有限分析結(jié)論與實(shí)測(cè)情況相符,因此確認(rèn)了原有管柱支架結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行改良。通過(guò)分析原有管柱支架的應(yīng)力發(fā)布情況,提出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)改良方案,再用有限元分析法從眾多的備選方案找到最正確改良方案??s短了改型設(shè)計(jì)周期,節(jié)約了本錢(qián)。改良后的管柱支架樣件經(jīng)裝車測(cè)試,剛度和強(qiáng)度均到達(dá)使用要求,變形情況得到了明顯的改善。參考文獻(xiàn)1 鄧飛.汽車轉(zhuǎn)向管柱總成標(biāo)準(zhǔn)的分析研究.汽車與船舶J.2022,4:10-11.2 張洪信.有限元根底理論與ANSYS應(yīng)用M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2022,2.3 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè):第三版M.化學(xué)工業(yè)出版社, 1998.作者簡(jiǎn)介:李寧1979-,男,長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院講師,研究方向:機(jī)械故障診斷、機(jī)械結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度。最新 精品 Word 歡送下載 可修改

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