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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。在以前的汽车转向系统设计中，人们很少意识到盗窃者通过强行扭转方向盘使得锁止机构失效，从而使整个转向系统失效，进而发生车辆盗窃的现象。所以转向管柱及点火锁的组合机构必须具有较高抵抗变形与抗扭转的性能，才能保证在较大的外力矩下不发生破坏，且能够确保锁止功能的正常，减少车辆盗窃的现象发生。下面介绍对其进行有限元分析。
因某车型出口需要，根据法规要求，转向管柱的锁止机构在经历正、反两个方向各2500次的磨损后，应能够承受正、反300Nm的扭矩，并且加载后转向系统不出现影响安全的破坏。试验方法如下：首先转向管柱与点火锁的组合机构安装于转向轴总成上，然后整体装置固定于试验台上，固定点为实际与车身安装位，即转向管柱安装座固定点与转向轴套安装板固定点，外力矩施加在转向轴的顶端位置，即与方向盘安装处。转向管柱与点火锁组合机构的功能实现过程如下：点火锁通过凸台插入转向管柱的方槽内，由转向管柱固定支座通过螺栓共同固定在转向管柱上。当点火锁上的钥匙拔出时，锁舌会自动弹出，并插入转动轴相应的孔内，这时方向盘的转动被抑制，整个机构处于锁止状态，从而实现防盗的功能。转向管柱与点火锁组合机构的受力过程如下：外扭矩施加在转向轴的顶端位置，转向轴上的扭矩通过锁舌转化为力，后经锁舌传递至点火锁的凸台上，并通过凸台传递至转向管柱上，最终作用在转向管柱安装座上。力的传递过程中主要的受力部件为转向管柱及点火锁，所以二者应具有足够的强度来抵抗外扭矩。为避免由于转向管柱与点火锁组合机构设计强度不足导致认证试验的失败，我们首先借用CAE的手段预测初始设计方案的可行性。
根据CAD数模，利用Abaqus/CAE建立转向管柱与点火锁组合机构的有限元模型，采用有限元求解器Abaqus/Standard进行强度计算。转向管柱采用3mm四面体单元划分，且方槽及失效部位采用细化处理，单元尺寸1mm；点火锁采用四面体单元划分，固定支座采用5mm壳单元划分。点火锁与转向管柱之间设定CONTACT，同时在螺栓上施加BOLTLOAD使两者建立预紧关系。转向管柱及点火锁组合机构单元总数1059549个，其有限元模型如图所示。(1)载荷：通过转向轴的扭矩将转化为力的形式传递至点火锁的锁舌顶端侧面上，后经点火锁传至整个机构。力F的大小可以根据以下公式确定，M为作用在转向轴的扭矩，L为转向轴中心线至锁舌顶端的距离。(2)边界条件：约束转向管柱安装螺栓位置的5个自由度，同时约束上端轴承位置的5个自由度并释放沿转向轴的转动自由度。从转向管柱与点火锁的应力云图上看，两者的最大应力分别为1I00MPa与445MPa，此应力值大大超过了自身材料的抗拉极限。由于两部件均为铸铝材料，其力学性能比钢材的要弱，而且转向管柱的方槽拐角处几何特征过度加剧，易发生断裂，点火锁同样存在此现象。
根据转向管柱及点火锁的分析结果，对两部件进行结构改进�？梢园逊讲凼艿降牧ψ频狡渌恢�，即使方槽的宽度两侧各增加间隙，更改后的结构可以保证点火锁的凸台不与转向管柱的方槽接触，同时在转向管柱的两侧增加“耳状”结构，这样方槽受到的力完全转移到“耳状”结构上，同时对点火锁的结构进行局部加强，具体实施方案见图。更改后的转向管柱的最大应力并不在方槽的位置，而是转移到“耳状”结构的根部位置，且应力由原来的1100MPa将至174MPa，此应力低于自身材料的抗拉极限，满足强度的要求;如图巧所示，从更改结构后的点火锁的应力云图上看，应力集中的位置并没有改变，但是最大应力由原结构的445MPa将至178MPa，同样满足强度的要求。把更改后的转向管柱及点火锁机构进行试验验证，试验结果为两者均未发生失效，验证了方案整改的有效性，同时通过了认证试验。
1、利用CAE仿真分析工具可以很方便的对部件之间的接触问题及螺栓预紧力进行模拟，使仿真分析更加贴合实际状况；2、利用CAE技术对于解决结构的设计风险是有效的，它不仅缩短了整改周期，降低巨额的设计变更费用，同时可以节省大量的试验成本及时间，提高工作效率。
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