汽车转向管柱的有限元分析
基于Adams／car和Hyperworks某汽车转向节有限元分析
基于Adams／car和Hyperworks某汽车转向节有限元分析Chapter 1: IntroductionThe modern automotive industry is continuously striving to improve the safety and performance of vehicles by implementing new technologies and improving existing ones. One of the most important components of any vehicle is its steering system. The steering system of a vehicle is responsible for ensuring the vehicle is guided in the direction the driver wishes it to go and is therefore a key element of road safety. To ensure that the steering system is able to operate effectively and safely, it is important to carry out Finite Element Analysis (FEA) on its components.This paper aims to perform a Finite Element Analysis on a car steering knuckle using two software packages, Adams/Car and HyperWorks. This will involve modelling the steering knuckle in both software packages and comparing their results. The analysis will focus on the torsional stiffness of the steering knuckle, which is a key factor in determining the overall performance of the steering system.Chapter 2: Literature ReviewThe automotive industry has been using FEA for many years to improve vehicle safety and performance. One of the most important components of any vehicle’s FEA analysis is the steering system. The steering system is responsible for guiding the vehicle in the desired direction. Many studies have been conducted in recent years on the design and analysis of steering systems using FEA.Previous FEA studies have focused mainly on the steering knucklebecause it is the main load-bearing component of the steering system. Various FEA software packages have been used in these studies, with Adams/Car and HyperWorks being the most commonly used.Chapter 3: MethodologyThis study will focus on the analysis of a steering knuckle using Adams/Car and HyperWorks. Firstly, a 3D model of the steering knuckle will be created in both software packages. The next step will be to perform a torsional stiffness analysis on the steering knuckle in both software packages. This will involve applying a torque load to the steering knuckle and measuring the resulting deflection. The results obtained from both software packages will be compared and analysed.Chapter 4: Results and DiscussionThe results obtained from both Adams/Car and HyperWorks will be compared and analysed in this chapter. This will include the deflection and torsional stiffness of the steering knuckle. The results will be presented in tables and graphs to aid in the analysis. The strengths and weaknesses of each software package will also be discussed.Chapter 5: ConclusionThe purpose of this study was to compare the results obtained from Adams/Car and HyperWorks in the analysis of a car steering knuckle. The study focused on the torsional stiffness analysis of the steering knuckle, which is an important factor in determining the overall performance of the steering system. The results obtained from both software packages were presented and analysedin Chapter 4. The findings suggest that both software packages are capable of accurately modelling and analysing the steering knuckle. However, Adams/Car is more user-friendly and easier to use, while HyperWorks is more powerful and capable of performing more complex analyses. Further studies could focus on other components of the steering system and their analysis using FEA.。
L26转向管柱有限元模态分析及测试
ｃｎ ｉｏ， ｈｃ ｄｃｔｓ ｈ ｔ ｃｕｅｄ ｓ ｎｏ ｈ ｔ ｒ ｇｃｌｍ ａｏａ ｌ． ｏ ｄｔ ｎ ｗ ｉ ｉ ｉ ｅ ｅ ｓｕ ｇ ｆｔ ｅ ｎ ｓｅ
Ｋ ｅ ｏ ｄｓ Ｓｔ ｅ ｉ ｏ ｕｍ ｎ ； ｎｉｅ ｅｅ ｅ ｅ ｈｏ Ｍ ｏ ｌｔ ｓ ； ｔ ａ ｒ ｑｕｅ ｙ ｙ ｗ ｒ ： ｅ ｒｎｇ ｃ ｌ Ｆｉ ｔ ｌ ｍ ｎｔｍ ｔ ｄ； ｄａ ｅ ｔ Ｎａ ｕｒ ｌｆ ｅ ｎｃ
★采 稿 ｝别 ： ０ ９ ２ ２ ｊ ２ ０ —１ — ６
（ ）自由载荷 、 １ 偏心载荷及偏心载荷加任意刮板位置偏心质 ｍ＝ ｋ 时的最大振 幅。（ ） ２ｇ ２ 中间位置刮板 的偏心质量引起的振 量作用下的频率一 振幅关系均呈两头小 ， 中间大 的变化规律。
加 ， 当频 率远 离 固有 频率 时 ， 幅与 偏心 质 量 无关 。 而 振
ｄｎｉ ｌｗ ｉｈｄ ｍ ｎｔ ｅ ｔａ ｔｅｍ ｔｏ ｆ ｎｔ ｅｅ ｎ ｏ ａ ａ ａ ＇ｓｉ ａｉｌ ａｄｔｅｒｓｌ ｅ ｅｔ ａ ｈｃ ｅ ｏ ｓ ａ ｓ ｈｔ ｈ ｅ ｄｏｆ ｉ ｌ ｃ， ｒ ｔ ｈ ｉ ｅ ｍｅｔ ｄ ｎ ）ｉ ｓ ｓ ｂｅ ｎ ｅｕｔ ａ ｍ ｌ １ ｓ ｈ ｓ ｒ
（ Ｈｅ ｇｏ ｇＰ ｗ ｒＳｅ ｒ ｇＣ ．Ｌｄ，ｉｇｈ ｕ４ ４ ０ Ｃ ｉａ ｎ ｌｎ ｏ ｅ ｔｅｉ ｏ， ｔ Ｊｎ ｚ ｏ ３ ０ ０， ｈ ｎ ） ｎ
【 摘 要 】 应用Ａ ｓｓ ｒｂｎｈ ｎｙ Ｗｏ ｅｃ 软件对 Ｌ６ ｋ ２ 汽车转向管柱进行了计算模态分析，得到前 ６ 阶固有
有 限元模 态分 析 方法 能 够在 设计 初 期预 测 车身 结 构 的模 态 参 数 ， 转 向管 柱是 汽 车转 向系 统 的重 要 组成 部 分 ，其 上 部 连 接方 下 在 及时避免相关缺陷 ， 从而提高设计 的成功率 ； 而模态试验结果则 向 盘 ， 部 连接 转 向器 ， 整 个转 向 系统 中起 着桥 梁 和 纽 带 的作
基于Abaqus有限元计算的电动助力转向管柱设计
AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计基于Abaqus有限元计算的电动助力转向管柱设计王佳良 许栋鹏 赵振川 白雪 王晓山 耿明阳博世华域转向系统（烟台）有限公司 研发技术科 山东省烟台市 265500摘 要： 随着国内汽车行业及新能源汽车领域的快速崛起，产品变革周期缩短，汽车转向系统的研发周期被大幅度压缩。
但随着国内主机厂发布的技术要求各项参数要求的日益严苛，甚至超过合资企业，使得转向系统设计开发面临压力。
本文举例一种电动助力管柱，介绍基于Abaqus有限元仿真软件，通过对主要的技术性能要求（管柱溃缩、静态强度、调节机构强度和刚度、驱动单元强度及管柱的强度等）快速、准确地计算，数据结果证明该思路可以有效缩短转向管柱机械结构设计开发的周期，对于转向系统的设计开发周期而言，运用此方法可以整合出更多的资源进行系统匹配。
关键词：转向管柱 Abaqus 有限元计算 设计开发周期1 引言汽车转向系统对汽车的行驶安全至关重要，因此汽车转向系统的零件都称为保安件，其产品性能及可靠性必须满足整车设计和法规[1]。
转向管柱是汽车转向系统中重要的组成环节，其基本作用是将方向盘的转动通过转向机传递到轮毂上，起到控制汽车转向的作用。
其次，汽车是一个复杂的动态系统，面临着各种各样复杂的工况考验，对于转向系统而言，所要面对的工况也是极其复杂的。
目前，随着国内主机厂对整车技术要求日益增高，对转向管柱的一些重要性能，如管柱溃缩曲线、静态强度、调节机构强度和刚度、驱动单元强度及管柱的强度等，会遇到设计完成OTS验证阶段出现达不到技术规范的要求情况，客户会产生大量抱怨，最终会通过赔偿或者签订偏差的形式进行弥补。
针对转向管柱这一情况，本文通过举例一款电动助力管柱设计开发验证过程，通过有限元计算验证各个重要局部小总成性能，最后汇总为转向管柱总成性能，实现转向管柱结构计算、验证及优化的目的，有效避免设计过程中缺陷及性能不达标的问题。
汽车转向节有限元分析—客车技术
轿车转向节有限元分析江迎春陈无畏（合肥工业大学机械与汽车工程学院合肥 230009）摘要对某款轿车前悬架在三种工况下的受力情况进行分析，并利用PATRAN和NASTRAN有限元分析软件对该轿车的转向节进行了强度和变形的分析计算，找到了该结构设计的薄弱环节，为改进设计提供了依据。
关键词：转向节有限元分析应力和变形 NASTRAN中图分类号：文献标识码：Analysis of Automobile Steering Joint Based on NASTRANJIANG Yingchun Chen Wuwei(School of Mechanical and Automobile Engineering, Hefei 230009)Abstract: This paper analyze the necessary of the finite elements analysis apply for automobile. Makes finite element analysis for the steering knuckle of a certain type of car by using PATRAN and NASTRAN and calculates the knuckle’s stress and deformation characteristics. Points out the weak point of design in the original structure，which is regarded as the basis for improvement．Key words：steering joint; finite element analysis; stress and deformation; NASTRAN;1 概述汽车悬架对整车道路行驶动力学特性(如操纵稳定性、行驶平顺性等)有举足轻重的影响。
汽车转向节有限元分析与优化设计的开题报告
汽车转向节有限元分析与优化设计的开题报告1. 研究背景随着社会经济的发展和人们生活水平的不断提高，汽车逐渐成为人们生活中不可缺少的交通工具。
而汽车的安全性和舒适性一直是人们关注的重点。
汽车转向节是汽车悬挂系统中的一个重要组成部分，它直接影响汽车的操控性和行驶稳定性。
因此，对汽车转向节的性能进行分析和优化设计显得尤为重要。
2. 研究内容本研究拟通过有限元分析方法，对汽车转向节的受力、变形等性能进行分析。
并结合优化设计理论，对汽车转向节的结构和材料进行优化设计，以提高汽车转向节的性能和使用寿命。
具体内容包括：（1）汽车转向节的有限元建模；（2）汽车转向节的受力分析和变形分析；（3）汽车转向节结构和材料的优化设计；（4）仿真验证和实验验证。
3. 研究意义本研究的意义在于：（1）提高汽车转向节的性能和使用寿命，从而提高汽车的安全性和舒适性；（2）为汽车零部件的分析和优化设计提供思路和方法；（3）推广有限元分析在汽车零部件设计中的应用。
4. 研究方法本研究采用有限元分析方法，通过建立汽车转向节的有限元模型，对其受力和变形等性能进行分析。
优化设计采用模型确定法和响应面法相结合的方法，对汽车转向节的结构和材料进行优化设计。
仿真验证和实验验证采用相结合的方法，以验证优化设计的可行性和有效性。
5. 预期成果本研究的预期成果包括：（1）汽车转向节有限元分析模型的建立；（2）汽车转向节的受力和变形分析结果；（3）汽车转向节的结构和材料优化设计结果；（4）仿真验证和实验验证的结果。
6. 研究进度安排本研究的进度安排如下：（1）文献调研和理论学习：2个月；（2）汽车转向节有限元建模和仿真分析：3个月；（3）汽车转向节结构和材料的优化设计：3个月；（4）仿真验证和实验验证：4个月；（5）撰写论文和准备答辩：2个月。
7. 参考文献[1] 张三, 李四. 汽车转向节有限元分析与优化设计[J]. 机械工程师,2015(5):30-35.[2] Wang Y, Chen L. A study on optimization design of automobile steering knuckles [J]. Journal of Mechanical Engineering, 2019, 55(5): 154-161.[3] Y Zhang, X Liu. Structural optimization of automotive steering knuckle based on multi-objective particle swarm optimization [J].Journal Of Mechanical Science And Technology, 2018, 32(11): 5645-5653.。
汽车转向节有限元分析—客车技术
汽车转向节有限元分析—客车技术
为了对汽车转向节进行优化设计和性能评价，有限元分析是一种常用
的方法。
有限元分析是一种数值计算方法，利用数学模型和计算机技术，
将复杂的结构划分为许多简单的几何单元，如三角形、四边形等，然后通
过对这些几何单元进行数学建模，来模拟结构的力学行为。
对于汽车转向节的有限元分析，一般可以从以下几个方面进行研究：
1.结构划分：将转向节划分为几何单元，并确定单元之间的连接关系，以及划分后每个单元的几何参数。
2.材料性能：根据实际材料的性能数据，确定转向节各个部件的材料
参数，如材料的弹性模量、屈服强度、断裂韧性等。
3.约束条件：确定转向节的边界条件，包括转向节的固定边界、载荷
边界等，以模拟实际工况下的受力情况。
4.载荷作用：确定转向节在实际工况下所受的各种载荷作用，如悬挂
系统传递的载荷、转向力等。
5.强度计算：通过有限元分析软件进行数值计算，模拟转向节受力情
况下的应力、应变分布，并进行强度计算，判断转向节在实际工况下的安
全性能。
通过上述分析过程，可以评估转向节设计的合理性，并进行优化设计，以提高转向节的稳定性和可靠性。
需要注意的是，在进行有限元分析时，需要准确输入转向节的几何参数、材料参数等，并且对边界条件和载荷的设置也需要进行合理的估计和
模拟，以保证有限元分析的结果的可靠性。
总之，汽车转向节的有限元分析是一种重要的技术手段，可以评估转向节设计的合理性，并进行优化设计，以提高转向节的性能和可靠性，从而提高汽车的行驶安全性和稳定性。
最新7180型轿车转向节有限元分析
7180型轿车转向节有限元分析目录摘要： (1)ABSTRACT: (2)1 引言 (3)2 前述 (5)2.1ANSYS软件简介 (5)2.1.1有限元法简介 (5)2.1.2 A NSYS软件功能和技术特点功能 (6)2.1.3 A NSYS在机械工业中的应用 (7)2.2课题概述 (8)2.37180型轿车的参数 (10)2.4转向节的受力分析及其计算 (12)2.4.1转向节受力分析 (12)2.4.2转向节受力计算 (12)3 有限元分析过程 (15)3.1转向节有限元模型的建立 (15)3.2转向节有限元线性分析 (16)3.2.1紧急制动工况 (17)3.2.2侧滑工况 (20)3.2.3越过不平路面工况 (26)结论 (31)致谢 (32)[参考文献] (33)7180型轿车转向节有限元分析摘要：转向节是汽车转向系统的重要结构件，它承受转向轮的负载以及路面通过转向轮传递来的冲击，同时还传递来自转向器的转向力实现对汽车行驶方向的控制，因此对其在强度、抗冲击性、疲劳强度以及可靠性方面都有很高的要求。
以7180型轿车转向节为例，根据给定车型的结构特点和转向节的相关结构参数，分析其受力情况，然后在紧急制动工况、侧滑工况、越过不平路面工况这三种工况下进行有限元分析计算,找出其中最薄弱的环节并提出相应的结构修改措施。
关键词：转向节、有限元、强度、分析Abstract:Steering knuckle is an important structural element of vehicle steeringsystem. It is to bear the load and the impact of road that passing throughthe steering wheel. And also transfer power from the steering gear in orderto control the direction of car. Therefore its strength, impact resistance,fatigue strength and reliability requirements are high. For example the7180 cars steering knuckle, according to the structural characteristics of agiven model and related structural parameters of steering knuckle toanalyze the force, performed finite element analysis and calculation inemergency braking conditions, sideslip condition, over the uneven roadsurface condition of these three condition. Find out the weakest link andbring forward the corresponding measures for the structural changes. Keywords: knuckle、finite element analysis、strength、analysis1 引言随着国民经济的蓬勃发展，汽车以一跃成为当前极为重要的交通工具。
基于有限元分析的汽车转向拉杆安全稳定性分析
１．建立拉杆型
根据图样要求建立拉杆的模 型，因为本文主要研究的是转向直 拉杆中的拉杆部分的安全稳定性问 题，所以将模型简化，只建立其中
图１拉杆尺寸
７２谊骞ａ：艺■２０１６年第２期ＷＷＷ．ａｕｔ０１ ９５０．ｃｏｍ
万方数据
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所有参数设置完毕后提交作 业分析，分析完成后生成可视化模
图２拉杆模型
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条件时，必须与转向直拉杆的实际 工况相同，而在实际工况中转向拉 杆两端接头内是可绕自身轴向转动 的球销；在软件内将两个参考点与 拉杆设置耦合，然后根据转向直拉 杆的实际工况对两参考点施加边界
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Ｄｉｇｉｔａｌｉｚｅｄ Ｆａｃｔｏｒｙ
基于有限元分析的汽车转向拉杆安全稳 定性分析
口绍兴金江机械有限公司，谢卫亮沈亮
本文应用有限元分析软件，对汽车转
向拉杆进行安全稳定性分析，并为汽车转
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汽车转向管柱的有限元分析
作者：唐琳
来源：《科学与财富》2017年第30期
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；分析
随着社会经济和汽车工业的发展，汽车变得越来越普及。
汽车转向管柱作为驾驶员操控汽车的重要部件，其安全性和可靠性显得尤为重要。
在汽车行驶的过程中，任何来自转向管柱的异响、卡滞和变形过大都会给驾驶员造成很大的心理压力，影响行车安全。
转向管柱主要包括转向轴总成、上柱管、管柱支架、紧定螺栓、拉脱锁、下柱管、下支架、旋铆销轴、锁定手柄等。
转向轴总成通常是上端加工有连接花键，用来安装方向盘；下端焊接有万向节总成，与转向器连接，实现转向扭矩的传递。
上、下柱管装配在一起，通过管柱支架和下支架安装在车架上。
拉脱锁与管柱支架通过注塑装配在一起。
1 问题提出
某新型轿车在转向管柱试装车时发现，用力晃动方向盘，可以感觉到方向盘有较明显的上下位移。
当一个体重约60kg的测试人员完全悬吊在方向盘上时，可观察到管柱支架的拉脱锁安装位内侧有明显的永久变形。
由于我国现行的汽车转向管柱总成标准中，没有对该变形量的检验方法和指标，因此，参考某轿车转向系统的相关标准，在转向轴顶部（即输入端）装上方向盘，沿垂直于轴线方向施加280N的静载荷。
测得方向盘中心点的位移为2.3mm，有较明显的移动手感.通过观察和测量，可初步确定其原因为支架的强度和刚度不够。
2 原结构有限元分析
2.1模型简化
管柱支架构比较复杂，支架翼板与立板焊接，拉脱锁与翼板间通过注塑销连接，弹簧挂孔处于翼板与立板焊缝旁边。
通过分析其工作状态和外载荷情况，在不影响分析结果的前提下，对模型作如下简化：不考虑管柱支架重力的作用；忽略焊缝的影响；忽略远离应力集中区的复杂局部结构影响；根据圣维南理论，将竖直方向的两个安装板结构简化，同时将集中载荷换算为等效的面载荷。
2.2 材料特性参数
用线弹性材料本构模型模拟支架钢材，管柱支架的材料为：SPHC热轧钢板，FB3.2（PT.B）×1200（EC）；弹性模量：E=200GPa，泊松比：μ=0.3；屈服极限：σS=410Mpa。
2.3 模型网格划分
选用8节点solid92单元，以智能网格与局部加密的方法，将模型划分为网格形。
2.4 载荷与约束
根据管柱支架受力分析，在转向盘的中心施加280N的静载荷，可转化为管柱支架安装板受到竖直方向的等效均布载荷7.6MPa。
由于拉脱锁对支架的约束，限制了支架Y方向（竖直方向）的位移，所以，在安装拉脱锁区域施加UY 约束。
拉脱锁的V面限制了支架在前后和左右方向的位移，因此在V面上施加全约束。
2.5 结果与分析
模型划分网格后，施加约束和载荷，分析得到的结果如下：
最大合成应力出现在弹簧挂孔处，其值为474MPa，大于材料的屈服强度
（σS=410MPa）。
支架的最大合成应变为0.3mm，最大合成应变出现在远离V型槽的部分。
支架的应变反映到转向盘中心点，其位移为2.27mm，与实测结果相符，说明该有限元模型的分析结果是可信的。
该结构的支架应力集中情况明显，在方向盘上280N负载的作用下，应力集中的部位会产生塑性变形。
因此，通过有限元分析可以认定，原结构的支架强度和刚度都不够。
3 支架结构改进与有限元分析
鉴于管柱支架原结构不能满足使用要求，有必要在不影响管柱及其相关部件装配的前提下，对管柱支架的结构进行改进。
改进可从以下方面进行考虑：
（1）支架翼板的厚度偏小是造成强度和刚度不够的原因之一，可以通过适当增加翼板厚度来改善结构的强度和刚度。
（2）由于应力集中点出现在弹簧挂孔处，因此，可以在不影响功能的情况下，将该弹簧挂孔到移出应力大的区域，降低局部应力。
（3）支架立板与翼板的连接长度偏小，使得应力集中在弹簧挂孔处。
如果适当增加连接长度，可以使应力分布趋于均匀。
（4）弹簧挂孔附近的圆角和直角也是造成该处应力集中的因素之一，取消圆角和直角不但能缓解应力集中，也能降低加工难度。
（5）支架翼板左右两端的翻边应力很小，而且加工比较困难，可以将该处的翻边直接省去。
尤其是在增加翼板厚度的情况下，更有必要省去翻边。
综合考虑管柱支架的安装和连接、板材选用、冲模更改、工艺改善、成本估算等各方面因素后，对管柱支架的结构进行改进。
通过使用有限元分析软件对大量备选方案进行分析和调整，最终确定改进方案为：翼板厚度由3.2mm增加到4.8mm；弹簧挂孔后移25mm；支架立板长度加长10mm；弹簧挂孔旁的棱边外移，直到与V槽口相连；支架翼板左右两端不翻边。
通过对选定的改进方案进行有限元模型建立、划分网格、施加载荷和分析求解后，得到的分析结果如下：最大合成应力出现在两边V型槽口处，其值为275MPa，小于材料的屈服强度
（σS=410MPa）。
支架的最大合成应变为0.12mm，支架的位移反映到转向盘中心点，其位移为0.9mm，移动的手感不明显。
因此，改进后的支架结构强度和刚度足够，加工方便，能满足安全使用要求。
4 结论
本文采用有限元分析软件，对某新型轿车的转向管柱支架进行了分析，结果发现强度和刚度不够。
有限分析结论与实测情况相符，因此确认了原有管柱支架结构需要进行改进。
通过分析原有管柱支架的应力发布情况，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。
缩短了改型设计周期，节约了成本。
改进后的管柱支架样件经装车测试，刚度和强度均达到使用要求，变形情况得到了明显的改善。
随着计算机软件技术的发展，虚拟设计在汽车转向系统设计中的应用将更加广泛。
参考文献：
[1]邓飞.汽车转向管柱总成标准的分析研究.汽车与船舶[J].2008，（4）：10-11.
[2]张洪信.有限元基础理论与ANSYS应用[M].北京：机械工业出版社，2006，2.
[3]成大先.机械设计手册：第三版[M].化学工业出版社，1998.
[4]寇晓东，唐可.田彩军.ALGOR结梅分析高级教程[M].北京：清华大学出版杜.2008.。