基于六西格瑪方法的固定轉(zhuǎn)向柱輕量化設(shè)計

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基于六西格瑪方法的固定轉(zhuǎn)向柱輕量化設(shè)計

對固定轉(zhuǎn)向柱進(jìn)行了改進(jìn)，其上下金屬支架用聚合物材料替代。采用六西格瑪設(shè)計方法來滿足NVH、碰撞、耐久性等性能的要求。分析了尼龍和聚丙烯兩種材料。

研究中所有的仿真和試驗都基于表1的要求進(jìn)行。

表1　評價參數(shù)要求

將通用汽車現(xiàn)有車輛的固定轉(zhuǎn)向柱作為優(yōu)化目標(biāo)。所有固定轉(zhuǎn)向柱支架套管的邊界條件保持不變，在邊界和接口處添加了2種不同類型材料（聚丙烯和尼龍），將平行、對角線和蜂窩狀肋條的添加件作為3種不同的概念。以上3種概念設(shè)計需要滿足評價指標(biāo)：質(zhì)量、成本、轉(zhuǎn)向柱干涉、部件復(fù)雜程度（越小越好），NVH的固有振動特性（越大越好）。采用尼龍材料有較好的NVH和碰撞試驗性能。在質(zhì)量、成本和振動性能方面，概念1的平行結(jié)構(gòu)比另2個概念好。同基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)相比，概念1在質(zhì)量、NVH、抗腐蝕和復(fù)雜程度方面更優(yōu)。利用CAE分析對肋條厚度、肋條數(shù)量和襯套剛度進(jìn)行優(yōu)化。并定義了如下控制變量：A-主結(jié)構(gòu)厚度、B-肋條厚度、C-X方向肋條數(shù)量、D-Y方向肋條數(shù)量、E-襯套徑向剛度。

根據(jù)優(yōu)化與試驗得出如下結(jié)論：襯套（徑向剛度）對部件性能（平均/信號噪聲圖和魯棒性）有較大的影響；控制變量A、B、C和 D對結(jié)果影響較小；尼龍比聚丙烯具有更高的沖擊強(qiáng)度，推薦作為安全件應(yīng)用；附加的玻璃纖維用于增強(qiáng)塑料支架。

Demerson Alves de Campos et al. SAE 2014-36-0103.

編譯：楊昆