单位文秘网 2021-07-04 01:18:07 点击: 次
摘要:指出了转向系统在汽车系统中有着重要作用,其中转向柱性能是否符合其设计规范的要求,则需要通过计算转向柱垂直方向和水平方向的固有频率进行检验。采用大型、通用的有限元分析软件ANSYS对汽车转向系统中轴承刚度对模态频率影响进行了分析,分析过程可用于优化或改进转向柱设计,避免共振现象和噪音的产生。
关键词:转向柱;模态分析;振动规律
中图分类号:TH22文献标识码:A文章编号:1674-9944(2012)12-0261-03
1引言
转向柱作为汽车的重要配件,伴随着汽车工业的发展,被提出了越来越高的要求。转向柱主要用来支承转向盘及与转向盘连接的转向柱、传动轴等,另外还具有很多的辅助功能,如:吸收冲击能量、可伸缩及角度可调等。其良好的功能对于改善车辆舒适度有重要的作用,对于提高车辆操作的稳定性也有至关重要的作用。通过对其进行模态分析,了解其动态性能,可以为优化其结构等提供良好的数据参数及理论指导。
有限元分析方法在20世纪50年代伴随着结构力学分析而迅速发展,随着现代计算机技术的进步,有限元分析方法也逐步完善并日趋成熟,在现代制造设计过程中应用普遍,成为解决复杂工程问题的不可或缺的有效手段,ANASYS文件在其所有的产品系列和工作平台上均兼容,作为商业化比较早的软件,同时进入国内时间也比较长,目前在国内的应用范围及普及程度相对来说都较好。
ANASYS作为国际通用的分析软件,提供了丰富的结构单元、热分析单元等,将之与模态分析相结合,是理论与实验分析振动问题的新方法,也是近年研究的热点,本文即采用此方法对转向柱进行分析,这也是目前分析振动问题的新趋势。
2转向柱模型的建立
2.1几何模型的建立
转向柱是汽车上必不可少的组件,通过转向柱,驾驶员把扭矩传递给转向器,带动转向器将油泵供油输送到转向油缸,实现液压助力转向。同时,仅仅通过用理论来对转向柱进行振动过程的分析是非常困难的,所以通过引入数值分析方法简化过程。通过对转向柱进行振动模态分析,对转向柱振动的状态进行了研究,从而为转向柱的设计提供重要依据。
其结构主要包括:①下支架②管柱体③调节支架④转向轴⑤固定座⑥护罩固定支架⑦防盗锁箱⑧管柱加强板以及⑨轴承等,下支架、调节支架、固定座、护罩固定支架、防盗锁箱、管柱加强板为薄壁冲压零件,管柱体、转向轴为薄壁管件。转向柱结构见图1,各材料清单见表1,材料参数见表2。
2.2有限元模型的建立
边界条件:方向盘等量质量块重约2.7kg,位于转向轴轴线上,距转向轴P平面100mm处。
分析模型:这里分析单元采用线性壳单元是考虑到转向柱零件为薄壁零件,各个零件对应的实常数见表2所列。
分析过程中对一些零部件进行适当的简化,可以更好地实现转向柱的振动模态的分析,如忽略联轴器部分。
管柱体与转向轴通过两个轴承连接,管柱体仅可绕转向轴相对转动,没有其他方向自由度。在800N径向载荷作用下,上轴承位移小于0.3mm,下轴承小于1.0mm。
2.3转向柱分析模型
将上下轴承均简化为柔性联接。利用绑定接触简化下支架与管柱体焊接、管柱加强板与管柱体焊接、固定座与调节支架静摩擦连接。分析模型见图2所示。
分析没有考虑固定座和调节支架的静摩擦连接刚度以及转向柱安装支撑刚度的影响,对转向柱结构几何形状也做了适当简化。因此,分析结果与实物样件试验结果可能会有一定的差异,但是通过实际样件试验可以检验分析模型建立是否正确,逐步建立转向柱模态分析模型的简化标准,并用于优化或改进转向柱设计等。
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