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3D平台的CAE工具

在转向管柱调节手柄刚度分析中的应用

石柳，郭敬文，马晓磊，李志强

长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，保定071000

摘要：CAD设计工程师设计完成零部件后，一次性通过CAE分析验证，减少设计与仿真

的迭代优化，缩短研发周期，是理想的产品设计流程。本文讲述了达索的3DEXPERIENCE平

台中的CAE工具在转向管柱调节手柄刚度分析上的应用。

关键词：缩短研发周期；3DEXPERIENCE平台；

1.前言

全球化的竞争要求产品的性能要更好地制造并且要更快速、成本要更低。为了满足这种挑战，很多企业已经采用了计算机辅助工程（CAE）技术来减少产品物理样机以降低成

本、缩短整个产品研发周期和改善产品性能。然而，传统的CAE工具主要在开发周期的末

期，被少数人使用，这样大大限制了CAE在设计过程中的应用。若想在产品开发过程中最

大程度的发挥CAE的积极作用，就要及早的在设计阶段使用CAE，让设计工程师能够快

速可靠地开发出设计方案。设计工程师应用3DEXPERIENCE平台中熟悉的用户界面，将

分析纳入设计流程，对所设计模型在CATIA中直接进行分析，使得他们更好地了解自己的

设计以及改善所设计产品的性能，在设计初期提高产品品质。

本文讲述CAD设计工程师应用3D平台分析模块在转向管柱调节手柄设计中进行刚度仿真分析，用以在汽车产品的概念阶段消除潜在设计风险，提高设计方案成熟度。

2.项目背景

汽车在行驶过程中,驾驶员会通过对组合仪表显示的信息来观察判断整车的运转状况，主要由车速表，转速表，油量表，水温表，报警指示符号，是保证安全驾驶的重要因素之一。驾驶员通过装在车上的仪表和警告灯，获得汽车装置工作状况和行驶状况的信息，并进行判断和操作。

因此，仪表和警告灯不仅要布置在驾驶员的视野内，而且应具有良好的视认性，即能

够短时间内正确读取信息，这是保证舒适、安全驾驶的重要方面。

转向管柱调节功能正是为满足不同身高的驾驶员都能通过调节方向盘的上下、前后位

置而得到最佳视野的重要途径。转向管柱调节手柄是转向管柱本体很重要的一部分，转向

管柱调节手柄具有释放和锁止转向管柱的功能。

本文所述分析主要模拟驾驶员对手柄的操作，来评价转向管柱调节手柄的刚度。

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图1.驾驶员视野.图2.转向管柱调节手柄装配示意.

3.3D平台中操作流程

3.1转向管柱调节手柄装配关系

转向管柱调节手柄由安装部件和操作部件两部分构成。安装部件通过螺栓与销轴连

接，可进行旋转，驾驶员通过对操作部件的控制，调节方向盘位置。转向管柱调节手柄在

整车中装配关系，如图2所示。

3.2零部件材料属性

基于转向管柱调节手柄的功能要求和使用舒适性要求，转向管柱调节手柄采用两种不

同材质部件装配组成方案，材料如表1。

表1.手柄材料明细.

材料名称密度（kg/m3）杨氏模量（Mpa）泊松比

安装部位B180P1785002100000.3

操作部位PP-GF30119044900.37

3D平台中，提供了丰富的材料数据库并提供自定义的扩展模式，设计人员仅需通过材

料库有哪些信誉好的足球投注网站功能，即可将材料属性应用到设计方案中，图3所示。

图3.赋予零部件材料属性.

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3.33D平台MDS模块

3D平台提供多种CAE分析工具，本文采用MDS模块中的StructuralValidation仿真

工具进行分析，选择分析类型Structural。

图4.选择结构分析类型.

3.4部件间连接关系建立

转向管柱调节手柄总成中，安装部件和操作部件间为硫化连接，因此本文采用绑定连

接关系对硫化连接进行模拟，图5所示。

图5.分析项目工况.

MDS模块提供自动识别数模中可能建立接触部位的功能，并列表展出。用户可根据实

际情况对接触对进行选择，如图6。

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图6.建立接触.

3.5建立约束

调节手柄工作时，手柄安装部件需克服由安装轴销轴向力转化而成的阻力矩，才能绕

销轴旋转。因此手柄刚度仿真分析中需约束安装孔处全部平动自由度，图7所示。

图7.建立约束.

3.6施加载荷

驾驶员对手柄的蓝色面进行按压操作，仿真分析中施加操作面法线方向200N的力进行

模拟，以此来考察手柄的刚度，图8所示。

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图8.施加载荷.

3.7提交计算

MDS模块在提交模拟计算时，能自动生成网格，不需要手动进行网格划分，操作简

单方便，仿真效率得到提高。如图9所示。

图9.提交计