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1、基于ANSYS汽车转向柱的模态分析研究 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，则须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。采纳大型、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，避开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：1674-1014412-0261-03 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
2、外还具有许多的协助功能，如：汲取冲击能量、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供应良好的数据参数及理论指导。 有限元分析方法在20世纪50年头伴随着结构力学分析而快速发展，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，成为解决困难工程问题的不行或缺的有效手段，ANASYS文件在其全部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
3、为国际通用的分析软件，供应了丰富的结构单元、热分析单元等，将之与模态分析相结合，是理论与试验分析振动问题的新方法，也是近年探讨的热点，本文即采纳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行少的组件，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特别困难的，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探讨，从而为转向柱的设计供应重要依据。 其结构主要包括：下支架管柱体调整支架转向轴固
4、定座护罩固定支架防盗锁箱管柱加强板以及轴承等，下支架、调整支架、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101mm处。 分析模型：这里分析单元采纳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，如忽视联轴器部分。 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800
5、N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、固定座与调整支架静摩擦连接。分析模型见图2所示。 分析没有考虑固定座和调整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态也做了适当简化。因此，分析结果与实物样件试验结果可能会有肯定的差异，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。 参考文献： 1孙小帅，董辛旻，刘爱国，等.基于ANSYS的主轴热变形建模与分析J.机械设计
6、与制造，2022：7375. 2袁崇辉，孟广耀，李永夺，等.基于ANSYS的汽车电动助力转向系统的有限元分析J.汽车零部件， 2022：6973. 3张红松，胡仁喜，康士延，等.ANSYS12.0有限元分析从入门到精通M.北京：机械工业出版社，2022. 4尚小江，邱峰，赵海峰.ANSYS结构有限元高级分析方法与范例应用M.第2版.北京：水利水电出版社，2022. 5王新敏.工程结构数值分析M.北京：人民交通出版社，2022. 6刘宝良，王建国，张步爱. 基于ANSYS的门式钢架轻钢结构模态分析J.山西建筑，2022：3234. 第4页 共4页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页