近年来,我国汽车行业迅猛发展,转向器行业随之快速发展起来。转向器作为汽车的关键总成之一,对汽车的操作性能和行驶安全影响很大。循环球式转向器因具有操作轻便、传动效率高的优势而被广泛应用于各类中大型商用汽车上,但是有时出现由于循环球转向器转向螺杆断裂、钢球磨损破碎而导致交通事故发生,所以,以磨损性能和疲劳性能为主要特征的循环球转向器的可靠性备受关注。循环球动力转向器具有两级传动副:转向螺杆螺母副和螺母齿条齿扇副。目前国内外对循环球转向器的研究大都基于刚体动力学方法和静态线性有限元方法,并往往只针对齿条齿扇副进行研究。这些研究的缺点一是没有考虑转向器两级传动副之间的耦合,二是没有考虑转向器的动态工作过程,特别是没有涉及钢球在螺杆和螺母中的滑动和滚动接触磨损过程。采用显式动态有限元方法可以计算模拟转向器两级传动副协调工作的整个动态过程,但是,循环球动力转向器结构复杂、各部件运动方式多、运动距离和运动时间长,属于时间历程较长的大位移、大转动、多接触的非线性问题;此外,循环球转向器最大和最小部件的尺寸大小差异超过30多倍,所以,有限元网格规模巨大,且受最小单元控制的计算步长很小,需要用超级计算机进行大规模并行计算求解。因此,迄今为止,尚未见到国内外学者开展循环球转向器集成动态有限元计算的报道。本文针对常见的循环球转向器,建立包括两级传动副、转向器外壳、转向摇臂在内的能够反映转向器真实工作状态的完整循环球转向器有限元模型,考虑各部件之间的连接、接触,并以等效压力的方式考虑液压系统对转向器结构的作用,采用显式有限元软件LS-DYNA计算分析两级传动副协调工作的运动过程,得到循环球转向器钢球、螺杆、螺母、扇形齿轮轴等主要部件的应力、应变、位移的时间历程。最后,以有限元计算的结果作为输入,用疲劳分析软件nCodeDesign Life对主要部件进行疲劳分析,得到各部件的疲劳寿命。