方向盘、转向管柱相关资料957.docx

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1、方向盘的的构成1. 骨架架，一般般为锌合合金，或或者铝合合金，现现在有些些生产厂厂家正在在尝试采采用更便便宜、更更轻的镁镁合金。骨架采采用压铸铸生产。少部分分厂家还还在使用用钢材钣钣金做骨骨架，结结构复杂杂。 2. 发泡泡，发泡泡材料在在发泡机机中生成成，生产产时骨架架固定在在发泡机机中 1和和2组合合起来就就是最简简单的方方向盘了了。 方向盘3. 有有些方向向盘要求求外表缝缝皮，国国内一般般由工人人缝制完完成， 4. 有些些方向盘盘要求有有木料，使使用专用用机器将将木片一一层层叠叠积并最最后上漆漆， 5. 有些些方向盘盘的木料料用假木木代替，假假木一般般是用PPP，AABS等等塑料注注塑完成

2、成，然后后上水印印6. 方向向盘上都都会有和和主驾驶驶气囊DAAB对应应的安装装卡扣或或螺钉孔孔 7. 有些些方向盘盘上要求求有喇叭叭触点，比比较简单单的方式式就是把把喇叭触触点压入入骨架中中，还有有一种方方式就是是做一个个喇叭触触点模块块并集成成一部分分电气线线束和电电路板在在上面 8. 有些些方向盘盘要求有有开关，主主要位于于spooke sheell或或者主气气囊两侧侧，功能能一般为为电台，加加减速，巡巡航，声声音，接接电话等等。方向向盘不仅仅要提供供安装卡卡扣，还还要提供供线束接接口。 9. 方方向盘下下一般会会有多功功能开关关模块，或或者paaddlle sshifft，这这时候，需

3、需要考虑虑电气连连接。汽车转向向管柱支支架有限限元分析析与结构构改进李 宁宁（长江江大学机机械工程程学院，湖湖北 荆荆州 44340023）摘要：运用有限元分析软件，对某新型轿车的转向管柱支架进行了分析。有限元分析结论与实测情况相符，确认原有管柱支架结构需要进行改进。文章通过分析原有管柱支架的应力分布情况，提出相应的结构改进方案，再用有限元分析法从众多的备选方案找到最佳改进方案。改进后的管柱支架样件经装车测试，达到使用要求，改善效果明显。关键词：转向管柱；有限元；结构；强度 中图分类号：U464.13文献标识码：A文章编号：1674-0432（2010）-11-0244-20 前言言随着社社会

4、经济济和汽车车工业的的发展，汽汽车变得得越来越越普及。汽车转转向管柱柱作为驾驾驶员操操控汽车车的重要要部件，其其安全性性和可靠靠性显得得尤为重重要。在在汽车行行驶的过过程中，任任何来自自转向管管柱的异异响、卡卡滞和变变形过大大都会给给驾驶员员造成很很大的心心理压力力，影响响行车安安全。转转向管柱柱主要包包括转向向轴总成成、上柱柱管、管管柱支架架、紧定定螺栓、拉脱锁锁、下柱柱管、下下支架、旋铆销销轴、锁锁定手柄柄等（见见图1）。转向轴轴总成通通常是上上端加工工有连接接花键，用用来安装装方向盘盘；下端端焊接有有万向节节总成，与与转向器器连接，实实现转向向扭矩的的传递。上、下下柱管装装配在一一起，通

5、通过管柱柱支架和和下支架架安装在在车架上上。拉脱脱锁与管管柱支架架通过注注塑装配配在一起起。图1 汽汽车转向向管柱外外形示意意图1.转向轴轴总成 2.上上柱管 3.管管柱支架架 4.紧定螺螺栓5.拉脱锁锁 6.下柱管管 7.下支架架 8.旋铆销销轴 99.锁定定手柄11 问题题提出某某新型轿轿车的转转向管柱柱的原结结构如图图1所示示。在转转向管柱柱试装车车时发现现，用力力晃动方方向盘，可可以感觉觉到方向向盘有较较明显的的上下位位移。当当一个体体重约660kgg的测试试人员完完全悬吊吊在方向向盘上时时，可观观察到管管柱支架架的拉脱脱锁安装装位内侧侧有明显显的永久久变形。由于我我国现行行的汽车车转

6、向管管柱总成成标准中中，没有有对该变变形量的的检验方方法和指指标，因因此，参参考日本本马自达达制定的的HMM普力马马/福美美来型轿轿车吸能能转向管管柱轴总总成性能能试验计计划书和和日本的的三菱标标准ESS- XX 2330233汽车车转向柱柱11，在在转向轴轴顶部（即即输入端端）装上上方向盘盘，沿垂垂直于轴轴线方向向施加2280NN的静载载荷。测测得方向向盘中心心点的位位移为22.3mmm,有有较明显显的移动动手感.通过观观察和测测量，可可初步确确定其原原因为支支架的强强度和刚刚度不够够。2 管柱支支架受力力分析整整个转向向管柱在在工作状状态下的的力学模模型可抽抽象为一一个杠杆杆（如图图1）。

7、旋铆销销轴处为为支点OO；作用用在方向向盘上的的力简化化为集中中力F，与与O点的的距离为为L2；管柱支支架对转转向管柱柱的反力力简化为为集中力力N，与与O点的的距离为为L1。建立平平衡状态态下的力力矩方程程：FL2-NLL1=00可求得得：根据据国外的的标准和和经验，本本研究确确定试验验载荷FF=2880N。根据实实际结构构H=1150mmm；LL1=1105mmm；LL2=4457mmm，可可求得集集中力NN=12218.7N。3 原原结构有有限元分分析3.1 模模型简化化管柱支支架结构构比较复复杂（如如图2）。支架翼翼板与立立板焊接接，拉脱脱锁与翼翼板间通通过注塑塑销连接接，弹簧簧挂孔处处

8、于翼板板与立板板焊缝旁旁边。通通过分析析其工作作状态和和外载荷荷情况，在在不影响响分析结结果的前前提下，对对模型作作如下简简化：图2 管柱支支架分实实体结构构1.支支架立板板 2.弹簧挂挂孔 33.拉脱脱锁 44.支架架翼板（11）不考考虑管柱柱支架重重力的作作用。（22）忽略略焊缝的的影响。（3）忽忽略远离离应力集集中区的的复杂局局部结构构影响。（4）根根据圣维维南理论论，将竖竖直方向向的两个个安装板板结构简简化，同同时将集集中载荷荷换算为为等效的的面载荷荷2。简化化后的管管柱支架架的模型型如图33所示。3.22 材料料特性参参数用线线弹性材材料本构构模型模模拟支架架钢材，管管柱支架架的材料

9、料为：SSPHCC热轧钢钢板，FFB3.2（PPT.BB）112000（ECC）；弹弹性模量量：E=2000GPaa，泊松松比：=0.3；屈屈服极限限：SS=4110Mppa。33.3 模型网网格划分分选用88节点ssoliid922单元，以以智能网网格与局局部加密密的方法法，将模模型划分分为如图图3所示示的网格格。图3 管柱支支架模型型网格图图3.44 载荷荷与约束束根据管管柱支架架受力分分析，在在转向盘盘的中心心施加2280NN的静载载荷，可可转化为为管柱支支架安装装板受到到竖直方方向的等等效均布布载荷77.6MMPa。由于拉拉脱锁对对支架的的约束，限限制了支支架Y方方向（竖竖直方向向）的

10、位位移，所所以，在在安装拉拉脱锁区区域施加加UY约约束。拉拉脱锁的的V面限限制了支支架在前前后和左左右方向向的位移移，因此此在V面面上施加加全约束束。3.5 结结果与分分析模型型划分网网格后，施施加约束束和载荷荷，分析析得到的的结果如如下：图4 合成应应力图最最大合成成应力出出现在弹弹簧挂孔孔处（图图4中MMX处），其其值为4474MMPa，大大于材料料的屈服服强度（S=4410MMPa）。支架的的最大合合成应变变为0.3mmm，最大大合成应应变出现现在远离离V型槽槽的部分分。支架架的应变变反映到到转向盘盘中心点点,其位位移为22.277mm，与与实测结结果相符符，说明明该有限限元模型型的分析

11、析结果是是可信的的。该结结构的支支架应力力集中情情况明显显，在方方向盘上上2800N负载载的作用用下，应应力集中中的部位位会产生生塑性变变形。因因此，通通过有限限元分析析可以认认定，原原结构的的支架强强度和刚刚度都不不够。44 支架架结构改改进与有有限元分分析鉴于于管柱支支架原结结构不能能满足使使用要求求，有必必要在不不影响管管柱及其其相关部部件装配配的前提提下，对对管柱支支架的结结构进行行改进。改进可可从以下下方面进进行考虑虑：（11）支架架翼板的的厚度偏偏小是造造成强度度和刚度度不够的的原因之之一，可可以通过过适当增增加翼板板厚度来来改善结结构的强强度和刚刚度。（22）由于于应力集集中点出

12、出现在弹弹簧挂孔孔处，因因此，可可以在不不影响功功能的情情况下，将将该弹簧簧挂孔到到移出应应力大的的区域，降降低局部部应力。（3）支支架立板板与翼板板的连接接长度偏偏小，使使得应力力集中在在弹簧挂挂孔处。如果适适当增加加连接长长度，可可以使应应力分布布趋于均均匀。（44）弹簧簧挂孔附附近的圆圆角和直直角也是是造成该该处应力力集中的的因素之之一，取取消圆角角和直角角不但能能缓解应应力集中中，也能能降低加加工难度度3。（55）支架架翼板左左右两端端的翻边边应力很很小（如如图2），而而且加工工比较困困难，可可以将该该处的翻翻边直接接省去。尤其是是在增加加翼板厚厚度的情情况下，更更有必要要省去翻翻边。

13、综综合考虑虑管柱支支架的安安装和连连接、板板材选用用、冲模模更改、工艺改改善、成成本估算算等各方方面因素素后，对对管柱支支架的结结构进行行改进。通过使使用有限限元分析析软件对对大量备备选方案案进行分分析和调调整，最最终确定定改进方方案为：翼板厚厚度由33.2mmm增加加到4.8mmm；弹簧簧挂孔后后移255mm；支架立立板长度度加长110mmm；弹簧簧挂孔旁旁的棱边边外移，直直到与VV槽口相相连；支支架翼板板左右两两端不翻翻边。改改进后的的支架结结构模型型如图55所示。图5 改改进后的的支架模模型图通通过对选选定的改改进方案案进行有有限元模模型建立立、划分分网格、施加载载荷和分分析求解解后，得

14、得到的分分析结果果如下：图6 合合成应力力图最大大合成应应力出现现在两边边V型槽槽口处（如如图6中中MX处处），其其值为2275MMPa，小小于材料料的屈服服强度（S=4410MMPa）。支架的的最大合合成应变变为0.12mmm，支支架的位位移反映映到转向向盘中心心点,其其位移为为0.99mm，移移动的手手感不明明显。因因此，改改进后的的支架结结构强度度和刚度度足够，加加工方便便，能满满足安全全使用要要求。55 结语语本文文采用有有限元分分析软件件，对某某新型轿轿车的转转向管柱柱支架进进行了分分析，结结果发现现强度和和刚度不不够。有有限分析析结论与与实测情情况相符符，因此此确认了了原有管管柱支

15、架架结构需需要进行行改进。通过过分析原原有管柱柱支架的的应力发发布情况况，提出出相应的的结构改改进方案案，再用用有限元元分析法法从众多多的备选选方案找找到最佳佳改进方方案。缩缩短了改改型设计计周期，节节约了成成本。改进后后的管柱柱支架样样件经装装车测试试，刚度度和强度度均达到到使用要要求，变变形情况况得到了了明显的的改善。参考文献献1 邓飞飞.汽车车转向管管柱总成成标准的的分析研研究.汽汽车与船船舶JJ.220088,（44）：110-111.2 张洪信信.有限限元基础础理论与与ANSSYS应应用MM.北北京：机机械工业业出版社社，20006,2.3 成大先先.机械械设计手手册:第第三版M.化学工工业出版版社, 19998.作者简介介：李宁宁（19979-），男男，长江江大学机机械工程程学院讲讲师，研研究方向向：机械械故障诊诊断、机机械结构构与强度度。