基于热——结构耦合的电动助力转向器结构分析

摘要

电动助力转向器(EPS)在车辆行驶过程中要承受外界复杂载荷的作用,机械结构的好坏,将直接影响到车辆行驶的安全性。为此,本文以Catia、HyperMesh和ANSYS软件为平台,建立了某电动助力转向器有限元的力学模型,并对其进行了刚度、强度方面的分析计算,重点考察了温度对转向器内部各零部件刚度的影响,为转向器结构设计及改进提供了参考依据,主要内容如下:
　　 (1)论述了结构静力学有限元分析方法,并针对本文进行分析的具体情况,介绍了接触分析有限元理论,并给出了各参数的设置依据,为后续有限元分析提供理论依据；
　　 (2)运用HyperMesh对转向器模型进行网格划分,并根据实际加载和约束情况施加相应的边界条件,构建正确的有限元模型,并将其导入到.ANSYS软件中进行静力求解,得到各零部件的应力应变分布云图,分析结果显示该转向器的刚度和强度均满足设计要求；
　　 (3)由于运作过程中转向器内部温度的升高,文中利用ANSYS热耦合功能对转向器进行了热应力分析计算,着重考察了温度对各零部件变形的影响,并对各零部件温度变化前后的变形情况进行了对比,结果显示虽然温度对转向器各零部件产生了影响,引起了一定的变形,但整体而言变化量不大,均在设计要求允许的范围内,不会影响到转向器的整体性能及正常运转；
　　 (4)根据相关试验标准,在实验台上对电动助力转向器进行了台架实验,得出相关试验数据结果,试验结果显示该转向器性能均能达到各项试验要求的评价指标,即该转向器满足设计要求,产品使用性能可靠。
　　 本文通过建立正确的有限元力学模型,得到了满足工程需要的分析结果,为EPS设计人员提供了简单、快捷、可靠的设计和分析手段,有利于提高EPS的设计质量和效率,缩短了产品的设计开发周期,对产品设计改进具有重要的指导意义及应用价值。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 电动助力转向器结构设计研究现状

1.3 课题研究的意义

1.4 本文研究的主要内容

第二章 电动助力转向器结构

2.1 电动助力转向的特点

2.2 电动助力转向器的类型

2.3 转向柱助力式电动助力转向器结构

2.4 减速机构模型的转化

2.4.1 蜗轮蜗杆传动坐标系的建立

2.4.2 蜗杆螺旋面方程式

2.4.3 蜗杆斜齿轮啮合方程

2.4.4 蜗轮蜗杆参数

2.5 本章小结

第三章 有限元技术基本理论

3.1 有限元方法分析流程

3.2 有限元分析方法

3.2.1 有限元法基本步骤

3.2.2 接触分析有限元法理论

3.3 本章小结

第四章 转向器有限元模型的建立及分析

4.1 有限元模型的建立

4.1.1 网格划分

4.1.2 单元选择

4.1.3 材料参数

4.1.4 施加载荷及约束条件

4.2 蜗轮蜗杆静力分析

4.2.1 传统静力计算方法

4.2.2 有限元静力分析

4.3 蜗轮轴与花键轴静力分析

4.3.1 蜗轮轴与花键轴刚度分析

4.3.2 蜗轮轴与花键轴强度分析

4.4 转向器的热-力耦合分析

4.4.1 热-力耦合有限元理论

4.4.2 ANSYS热应力耦合

4.4.3 温度33℃工况转向器热耦合分析

4.4.4 温度39℃工况转向器热耦合分析

4.5 本章小结

第五章 转向器静态试验研究

5.1 性能试验

5.1.1 试验对象

5.1.2 一般要求

5.1.3 试验设备和试验条件

5.1.4 转向器的试验项目

5.2 试验结果与分析结果对比

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录 A

攻读硕士学位期间发表的论文