方向盤、轉(zhuǎn)向管柱資料

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1、方向盤的構(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便宜、更輕的鎂合金。骨架采用壓鑄生產(chǎn)。少部分廠家還在使用鋼材鈑金做骨架，結(jié)構(gòu)復(fù)雜?！　?.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組合起來就是最簡(jiǎn)單的方向盤了。??方向盤3.有些方向盤要求外表縫皮，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.方向盤上都會(huì)有

2、和主駕駛氣囊DAB對(duì)應(yīng)的安裝卡扣或螺釘孔　　7.有些方向盤上要求有喇叭觸點(diǎn)，比較簡(jiǎn)單的方式就是把喇叭觸點(diǎn)壓入骨架中，還有一種方式就是做一個(gè)喇叭觸點(diǎn)模塊并集成一部分電氣線束和電路板在上面　　8.有些方向盤要求有開關(guān)，主要位于spokeshell或者主氣囊兩側(cè)，功能一般為電臺(tái)，加減速，巡航，聲音，接電話等。方向盤不僅要提供安裝卡扣，還要提供線束接口。9.方向盤下一般會(huì)有多功能開關(guān)模塊，或者paddleshift，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)改進(jìn)?李?寧（長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，

3、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)行改進(jìn)。文章通過分析原有管柱支架的應(yīng)力分布情況，提出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案，再用有限元分析法從眾多的備選方案找到最佳改進(jìn)方案。改進(jìn)后的管柱支架樣件經(jīng)裝車測(cè)試，達(dá)到使用要求，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)：1674-0432（2010）-11-0244-20前言隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和汽車工業(yè)的發(fā)展，

4、汽車變得越來越普及。汽車轉(zhuǎn)向管柱作為駕駛員操控汽車的重要部件，其安全性和可靠性顯得尤為重要。在汽車行駛的過程中，任何來自轉(zhuǎn)向管柱的異響、卡滯和變形過大都會(huì)給駕駛員造成很大的心理壓力，影響行車安全。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、鎖定手柄等（見圖1）。轉(zhuǎn)向軸總成通常是上端加工有連接花鍵，用來安裝方向盤；下端焊接有萬向節(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，通過管柱支架和下支架安裝在車架上。拉脫鎖與管柱支架通過注塑裝配在一起

5、。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，可以感覺到方向盤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)行的汽車轉(zhuǎn)向管柱總成標(biāo)準(zhǔn)中，沒有對(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/福美來型轎車吸能轉(zhuǎn)向管柱軸總成性能試

6、驗(yàn)計(jì)劃書》和日本的三菱標(biāo)準(zhǔn)ES-X23023《汽車轉(zhuǎn)向柱》[1]，在轉(zhuǎn)向軸頂部（即輸入端）裝上方向盤，沿垂直于軸線方向施加280N的靜載荷。測(cè)得方向盤中心點(diǎn)的位移為2.3mm,有較明顯的移動(dòng)手感.通過觀察和測(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。建立平衡狀態(tài)下的力矩方程：F·L2-N·

7、L1=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)比較復(fù)雜（如圖2）。支架翼板與立板焊接，拉脫鎖與翼板間通過注塑銷連接，彈簧掛孔處于翼板與立板焊縫旁邊。通過分析其工作狀態(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

8、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，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)B3.2（PT.B）×1200（EC）；彈性模量：E=200GPa，泊松比：μ=0.3；屈服極限：σS=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