有限元分析在转向节结构设计中的应用
转向节疲劳寿命有限元分析和台架试验
２０２１年６月第４９卷第１１期机床与液压ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＪｕｎ ２０２１Ｖｏｌ ４９Ｎｏ １１ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－３８８１ ２０２１ １１ ０２６本文引用格式：张鹏，袁文强．转向节疲劳寿命有限元分析和台架试验［Ｊ］．机床与液压，２０２１，４９（１１）：１２７－１３１．ＺＨＡＮＧＰｅｎｇ，ＹＵＡＮＷｅｎｑｉａｎｇ．Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｂｅｎｃｈｔｅｓｔｏｆｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅｏｆｓｔｅｅｒｉｎｇｋｎｕｃｋｌｅ［Ｊ］．ＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ＆Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ，２０２１，４９（１１）：１２７－１３１．收稿日期：２０２１－０２－２６作者简介：张鹏（１９８４ ），男，硕士研究生，高级工程师，主要研究方向为汽车零部件耐久试验㊂Ｅ－ｍａｉｌ：７８７５９３４９９＠ｑｑ ｃｏｍ㊂转向节疲劳寿命有限元分析和台架试验张鹏１，２，袁文强１，２（１ 广州机械科学研究院有限公司，广东广州５１０７００；２ 中汽检测技术有限公司，广东广州５１０７００）摘要：以某麦弗逊悬架中的转向节为研究对象，利用有限元分析的方法验证其是否满足设计要求，并采用台架试验验证分析结果的可靠性㊂结合转向节的疲劳试验条件，通过有限元分析的方法计算出转向节在规定工况下的静力学分析结果，再根据其材料属性，计算出其疲劳寿命㊂为验证分析结果，采用液压伺服疲劳试验系统进行转向节台架耐久试验㊂结果表明：有限元疲劳分析结果与台架试验结果相符合，验证了该分析方法对转向节的设计过程有参考作用，同时表明了该转向节结构需要进一步改进㊂关键词：转向节；疲劳寿命；有限元分析中图分类号：Ｕ４６３ １；Ｕ４６７ ３ＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＢｅｎｃｈＴｅｓｔｏｆＦａｔｉｇｕｅＬｉｆｅｏｆＳｔｅｅｒｉｎｇＫｎｕｃｋｌｅＺＨＡＮＧＰｅｎｇ１，２，ＹＵＡＮＷｅｎｑｉａｎｇ１，２（１ ＧｕａｎｇｚｈｏｕＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＧｕａｎｇｚｈｏｕＧｕａｎｇｄｏｎｇ５１０７００，Ｃｈｉｎａ；２ ＣＲＡＴＴｅｓｔｉｎｇ＆ＣｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＧｕａｎｇｚｈｏｕＧｕａｎｇｄｏｎｇ５１０７００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴａｋｉｎｇｔｈｅｓｔｅｅｒｉｎｇｋｎｕｃｋｌｅｏｆａＭｃＰｈｅｒｓｏｎｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ，ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄｔｏｖｅｒｉｆｙｗｈｅｔｈｅｒｉｔｍｅｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ａｎｄｂｅｎｃｈｔｅｓｔｗａｓｕｓｅｄｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅｓｔａｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｓｔｅｅｒｉｎｇｋｎｕｃｋｌｅｕｎｄｅｒｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｔｅｓｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅｏｆｔｈｅｓｔｅｅｒｉｎｇｋｎｕｃｋｌｅｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｃｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈｉｔｓｍａｔｅｒｉａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｅｒｖｏｆａｔｉｇｕｅｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｗａｓｕｓｅｄｔｏｃａｒｒｙｏｕｔｔｈｅｓｔｅｅｒｉｎｇｋｎｕｃｋｌｅｂｅｎｃｈｅｎｄｕｒａｎｃｅｔｅｓｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｆａｔｉｇｕｅａｎａｌｙｓｉｓａｒｅｉｎｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｏｓｅｏｆｂｅｎｃｈｔｅｓｔ，ｗｈｉｃｈｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｃａｎｂｅｕｓｅｄａｓａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｓｔｅｅｒｉｎｇｋｎｕｃｋｌｅ，ａｎｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｓｔｅｅｒｉｎｇｋｎｕｃｋｌｅｎｅｅｄｓｔｏｂｅｆｕｒｔｈｅｒｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｔｅｅｒｉｎｇｋｎｕｃｋｌｅ；Ｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅ；Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ０㊀前言转向节是麦弗逊悬架中的关键零件之一，连接轮毂轴承㊁卡钳㊁刹车盘㊁下摆臂㊁转向拉杆和减振器总成［１］，传递来自轮胎的各种路面激励㊂转向节受力复杂，必须有足够的强度来保证驾驶的安全性［２］㊂疲劳破坏是转向节失效的主要形式之一，因此在转向节的设计和验证阶段，必须严格考虑它的疲劳耐久性能［３］㊂有限元分析技术是一种重要的设计和验证手段，可以在零件制造之前通过仿真计算分析其强度和性能是否满足要求［４］㊂有限元计算的方法需要设定边界条件㊁材料属性和载荷条件，尤其是疲劳寿命计算过程中需要设置表面状态，假设疲劳破坏判断条件㊂因此影响其准确性的因素众多，为了检验计算结果的可靠性，往往需要进行验证试验［５］㊂１㊀转向节疲劳寿命分析工况条件麦弗逊悬架的结构如图１所示，车轮通过轮毂轴承安装在转向节上，转向节下部通过球铰Ｃ连接下摆臂，下摆臂再通过衬套Ａ和Ｂ连接在副车架上；转向节上部与减振器总成固定连接，减振器总成上端通过缓冲块Ｄ与车身连接；转向节的转向臂通过球铰Ｅ与转向拉杆连接，转向拉杆通过球铰Ｆ与转向机连接㊂其中，衬套Ａ和Ｂ相当于转动副，球铰Ｃ㊁Ｅ和Ｆ相当于球副，缓冲块Ｄ能在各个方向摆动也相当于球副㊂车轮承受来自地面的激励，纵向载荷和横向载荷经过转向节，然后主要经过下摆臂和减振器传递到车身㊂转向拉杆对转向节的转向臂施加推拉载荷从而控制方向㊂图１㊀麦弗逊悬架结构［２］为了验证转向节的疲劳性能是否满足要求，需要根据转向节在实车上的载荷工况设计台架疲劳耐久试验或者进行有限元计算㊂转向节疲劳寿命分析以及台架试验的载荷输入，是通过道路载荷谱采集（ＲＬＤＡ）后计算伪损伤转化而来，或者根据车辆轴荷㊁满载质量㊁轴距等参数，采用经验公式计算得出㊂针对某型号的转向节，为了验证其疲劳性能，进行制动工况㊁侧向力工况疲劳试验及分析㊂根据经验公式计算得到的疲劳寿命以及台架试验的载荷输入如表１所示㊂在表中，纵向力以车身后方向为正，侧向力以朝向车身中轴线为正，垂向力以向上为正㊂２个工况中均施加了静态的垂向力，制动工况的１个载荷循环包括１０次正向加载和１次负向加载；侧向力工况１个载荷循环包括１次正向加载和１次负向加载㊂进行制动工况试验的转向节经历１０万次循环加载后，未出现裂纹破坏即判定为满足要求；进行侧向力工况试验的转向节经历２０万次循环加载后，未出现裂纹破坏即判定为满足要求㊂表１㊀疲劳工况及载荷工况载荷名称载荷／Ｎ循环次数／次制动工况纵向力８２００，－６８００垂向力６８００１０００００侧向力工况侧向力９２００，－９２００垂向力６８００２０００００２ 静力学分析将转向节模型导入ＡＢＡＱＵＳ中，设置材料属性㊁装配部件㊁设置分析步㊁设置耦合㊁划分网格㊁添加边界条件，然后进行静力分析㊂２ １㊀边界条件为了能够实现正确的模拟计算，对零件的约束需要和其实际工作状态一致㊂对于转向节而言，转向节各个连接点的约束需要模拟实车状态㊂如图２所示，下摆臂连接点（图中ＲＰ⁃３参考点）仅约束球铰中心位置Ｘ㊁Ｙ两个方向的位移，不约束Ｚ方向的位移和绕３个方向的旋转，球销孔位置采用运动耦合的方式与球铰中心耦合㊂减振器上端安装点（图中ＲＰ⁃１参考点）约束Ｘ㊁Ｙ和Ｚ３个方向的位移，不约束绕３个方向的旋转，转向节上与减振器配合的安装面采用运动耦合的方式与减振器上端安装点耦合㊂转向臂球铰中心（图中ＲＰ⁃７参考点）仅约束Ｙ方向的位移，不约束Ｘ㊁Ｚ方向的位移以及绕３个方向的旋转，球销孔位置采用运动耦合的方式与球铰中心耦合㊂图２㊀转向节的约束和加载对零件施加载荷的作用点和方向也需要符合实际情况㊂如图２所示，垂向力㊁纵向力和侧向力的加载点为轮胎接地点（图中ＲＰ⁃３参考点），纵向力的加载是模拟刹车工况，轮胎接地点的载荷产生的扭矩会传递至卡钳，然后传递至转向节卡钳安装孔位㊂在纵向力计算过程中，为了简化模型，将轮胎接地点（ＲＰ⁃３）㊁轮胎中心（ＲＰ⁃２）和２个卡钳安装孔位（ＲＰ⁃４和ＲＰ⁃５）运动耦合，同时轮胎中心和主轴表面运动耦合，卡钳安装孔内表面分别和ＲＰ⁃４和ＲＰ⁃５运动耦合㊂２ ２㊀材料属性和网格划分转向节材料为４０Ｃｒ，材料属性如表２所示㊂表２㊀４０Ｃｒ材料属性参数参数值抗拉强度／ＭＰａ９８０泊松比０．３弹性模量／ＧＰａ２１０㊀㊀在ＡＢＡＱＵＳ中划分网格时，因为转向节形状不规则，采用自由网格划分技术，并选择十节点二次四面体Ｃ３Ｄ１０单元，采用该单元可以得到较高精度的分析结果，但是相比六面体单元需要消耗更多的计算时间㊂网格布点距离设置为１ ５ｍｍ，转向节一共划分成５０ ６万个单元㊂２ ３㊀静力分析结果在制动工况模拟计算时，Ｘ方向分步骤地加载峰㊃８２１㊃机床与液压第４９卷值为＋８２００Ｎ和－６８００Ｎ的载荷，Ｚ方向加载６８００Ｎ的静态载荷㊂当Ｘ方向加载＋８２００Ｎ时其静力分析结果如图３所示，当Ｘ方向加载－６８００Ｎ时其静力分析结果如图４所示，当Ｘ方向加载０Ｎ㊁Ｚ方向加载＋６８００Ｎ时其静力分析结果如图５所示㊂可知：３种受力状态下最大应力为５５６ＭＰａ，出现在减振器连接臂根部㊂图３㊀制动力工况下Ｘ方向加载＋８２００Ｎ时应力云图图４㊀制动力工况下Ｘ方向加载－６８００Ｎ时应力云图图５㊀制动力工况下仅Ｚ方向加载＋６８００Ｎ时应力云图在模拟侧向力工况时，Ｙ方向分步骤地加载峰值为ʃ９２００Ｎ的载荷，Ｚ方向加载６８００Ｎ的静态载荷㊂当Ｙ方向加载＋９２００Ｎ时，其分析结果如图６所示，当Ｙ方向加载－９２００Ｎ时，其分析结果如图７所示㊂可以看出：最大应力出现在减振器连接臂的根部位置㊂在Ｙ方向加载－９２００Ｎ时，最大应力值达到４５９ＭＰａ㊂图６㊀侧向力工况下Ｙ方向加载＋９２００Ｎ时应力云图图７㊀侧向力工况下Ｙ方向加载－９２００Ｎ时应力云图３ 疲劳寿命分析零件在承受往复循环的载荷作用时，容易引起裂纹的萌生，随后裂纹逐渐扩展至破坏㊂疲劳破坏是零件破坏的主要形式之一，影响零件疲劳性能的因素也很多，包括材料性能㊁零件结构㊁载荷性能㊁表面质量以及环境等㊂采用模拟计算的方法求解零件的疲劳寿命需要合理设置相关的影响因素，才能获得可信的求解结果㊂ｎＣｏｄｅＤｅｓｉｇｎｌｉｆｅ结合ＡＢＡＱＵＳ的静力计算结果㊁材料属性㊁载荷情况和零件表面状态可以计算得出疲劳寿命即载荷循环次数㊂计算流程如图８所示㊂将制动工况的静态分析结果导入Ｄｅｓｉｇｎｌｉｆｅ中，按１０次正向加载和１次负向加载为１个加载循环，计算得出的寿命为１３ ４万次循环，满足使用要求，疲劳寿命云图如图９所示㊂图８㊀疲劳寿命计算流程㊃９２１㊃第１１期张鹏等：转向节疲劳寿命有限元分析和台架试验㊀㊀㊀图９㊀制动工况疲劳寿命将侧向力动工况的静态分析结果导入Ｄｅｓｉｇｎｌｉｆｅ中，按１次正向加载和１次负向加载为１个加载循环，计算得出的寿命为１０ ３万次循环，不满足使用要求，疲劳寿命云图如图１０所示㊂图１０㊀侧向力工况疲劳寿命４ 疲劳耐久台架试验为验证转向节的疲劳性能，进行疲劳耐久台架试验，台架试验一般采用作动器提供推拉力㊂为了反映转向节实车受力状态，在台架试验时需要对转向节施加合理约束㊂为避免下摆臂衬套㊁减振器顶端的弹性元件和弹簧在试验过程引起大位移，采用模拟减振器和模拟下摆臂进行代替，模拟下摆臂仅保留上下摆动的自由度，模拟下摆臂通过球铰和转向节连接，模拟减振器顶端通过球铰与铁平台连接㊂为空间布置方便，将横拉杆缩短，同时保留横拉杆内外球铰㊂制动工况台架如图１１（ａ）所示，其载荷波形如图１１（ｂ）所示㊂侧向力工况台架如图１２（ａ）所示，其载荷波形如图１２（ｂ）所示㊂侧向力工况中，载荷通过模拟轮胎的夹具传递至转向节的轮毂主销中，模拟轮胎的夹具仅与转向节轮毂轴承主销配合，并且作动器前后两端均有保护其自身不受侧向力的球铰㊂因此，在轮胎接地点还需要约束Ｘ方向的位移，即约束模拟轮胎转动，可以采用两端带有球铰的横拉杆沿着Ｘ方向固定轮胎接地点㊂图１１㊀制动工况疲劳试验图１２㊀侧向力工况疲劳试验㊃０３１㊃机床与液压第４９卷制动工况中，转向节历经１０万次载荷循环后未发生破坏，符合设计要求㊂侧向力工况下，２个转向节分别历经１４４８７９㊁１４６７２５次循环时发生破裂，破裂位置均为减振器连接臂根部，如图１３所示㊂试验结果与有限元分析计算结果相吻合㊂图１３㊀侧向力工况疲劳试验转向节断裂位置５㊀结论针对某型号的转向节，采用有限元计算分析的方法求出其疲劳失效位置和疲劳寿命㊂对比分析结果与试验结果，验证了有限元分析结果有一定的参考价值㊂在合理设置各个相关参数的前提下，其结果与试验结果一致性较好㊂该型号转向节的减振器连接臂根部是薄弱位置，在侧向力作用下会引发疲劳失效，需要进一步改进该结构㊂参考文献：［１］ＳＩＶＡＮＡＮＴＨＶ，ＶＩＪＡＹＡＲＡＮＧＡＮＳ，ｅｔａｌ．Ｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆａｐａｓｓｅｎｇｅｒｃａｒｓｔｅｅｒｉｎｇｋｎｕｃｋｌｅｕｎｄｅｒｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒ⁃ｎａｌｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１５，１１（１）：２４１７－２４２９．［２］刘明余．基于麦弗逊结构汽车转向节的试验台架开发及验证［Ｄ］．秦皇岛：燕山大学，２０１９．ＬＩＵＭＹ．ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｔｅｅｒｉｎｇｋｎｕｃｋｌｅｔｅｓｔｂａｓｅｄｏｎＭａｃｐｈｅｒｓｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅ［Ｄ］．Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ：Ｙａｎ⁃ｓｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１９．［３］杨苍禄，朱传敏，刘素，等．汽车转向节疲劳寿命分析和试验研究［Ｊ］．机电工程，２０１５，３２（７）：９５０－９５３．ＹＡＮＧＣＬ，ＺＨＵＣＭ，ＬＩＵＳ，ｅｔａｌ．Ｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖａｌｉｄａｔｉｏｎｏｆａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｓｔｅｅｒｉｎｇｋｎｕｃｋｌｅ［Ｊ］．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｇａｚｉｎｅ，２０１５，３２（７）：９５０－９５３．［４］蔚亚．基于有限元分析的新能源汽车底盘结构静强度分析［Ｊ］．内燃机与配件，２０１９（２４）：４４－４５．［５］徐忠诚，张健，蒋雪文，等．某乘用车转向节疲劳分析及验证［Ｊ］．汽车零部件，２０１８（９）：２３－２７．ＸＵＺＣ，ＺＨＡＮＧＪ，ＪＩＡＮＧＸＷ，ｅｔａｌ．Ｆａｔｉｇｕｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｖａｌｉｄａｔｉｏｎｏｆｋｎｕｃｋｌｅｏｆａｐａｓｓｅｎｇｅｒｃａｒ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＰａｒｔｓ，２０１８（９）：２３－２７．（责任编辑：张楠）（上接第１０２页）［１３］郭逸伦．基于ＯｐｅｎＣＶ的边缘检测算法效率分析［Ｊ］．科学技术创新，２０１９（１）：８７－８８．［１４］ＩＮＧＬＥＭＡ，ＴＡＬＭＡＬＥＧＲ．Ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙｍａｓｋｓｅｌｅｃｔｉｏｎａｎｄｌｅａｋａｇｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｃａｎｎｙｅｄｇｅｄｅｔｅｃ⁃ｔｉｏｎｏｐｅｒａｔｏｒ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｄｉａＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ，２０１６，７８：３２３－３２９．［１５］陈浩．图像经典边缘检测算子的研究与比较［Ｊ］．电脑编程技巧与维护，２０１９（１２）：１５０－１５２．［１６］ÖＺＴÜＲＫŞ，ＡＫＤＥＭＩＲＢ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｅｄｇｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｆｏｒｔｅｘｔｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓｏｎｇｌａｓｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｄｉａＳｏｃｉａｌａｎｄＢｅｈａｖｉｏｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，２０１５，１９５：２６７５－２６８２．［１７］周莉莉，姜枫．图像分割方法综述研究［Ｊ］．计算机应用研究，２０１７，３４（７）：１９２１－１９２８．ＺＨＯＵＬＬ，ＪＩＡＮＧＦ．Ｓｕｒｖｅｙｏｎｉｍａｇｅｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎｍｅｔｈ⁃ｏｄｓ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒｓ，２０１７，３４（７）：１９２１－１９２８．［１８］ＤＨＡＬＫＧ，ＲＡＹＳ，ＤＡＳＡ，ｅｔａｌ．Ｆｕｚｚｙｍｕｌｔｉ⁃ｌｅｖｅｌｃｏｌｏｒｓａｔｅｌｌｉｔｅｉｍａｇｅｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎｕｓｉｎｇｎａｔｕｒｅ⁃ｉｎｓｐｉｒｅｄｏｐｔｉｍｉ⁃ｚｅｒｓ：ａｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｓｔｕｄｙ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＩｎｄｉａｎＳｏｃｉｅｔｙｏｆＲｅｍｏｔｅＳｅｎｓｉｎｇ，２０１９，４７（８）：１３９１－１４１５．［１９］冷建伟，沈芳婷．基于ＨＳＶ色彩模型与区域生长法的水文图像分割［Ｊ］．计算机工程，２０１７，４３（７）：２２３－２２８．ＬＥＮＧＪＷ，ＳＨＥＮＦＴ．ＨｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｉｍａｇｅｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＨＳＶｃｏｌｏｒｍｏｄｅｌａｎｄｒｅｇｉｏｎｇｒｏｗｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍ［Ｊ］．ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１７，４３（７）：２２３－２２８．［２０］段康容，刘先勇．基于Ｂｌｏｂ算法的标记圆检测技术研究［Ｊ］．传感器世界，２０１４，２０（８）：７－１０．ＤＵＡＮＫＲ，ＬＩＵＸＹ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｒｅｆｅｒｅｎｃｅｐｏｉｎｔｄｅｔｅｃ⁃ｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＢｌｏｂａｌｇｏｒｉｔｈｍ［Ｊ］．ＳｅｎｓｏｒＷｏｒｌｄ，２０１４，２０（８）：７－１０．［２１］ＺＨＡＮＧＭ，ＷＵＴ，ＢＥＥＭＡＮＳＣ，ｅｔａｌ．Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｍａｌｌｂｌｏｂｄｅｔｅｃｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｌｏｃａｌｃｏｎｖｅｘｉｔｙ，ｉｎｔｅｎｓｉｔｙａｎｄｓｈａｐｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＭｅｄｉｃａｌＩｍａ⁃ｇｉｎｇ，２０１６，３５（４）：１１２７－１１３７．（责任编辑：张楠）㊃１３１㊃第１１期张鹏等：转向节疲劳寿命有限元分析和台架试验㊀㊀㊀。
基于ANSYS的农用车转向节有限元分析
出，同样也在中３８截面向中３０截面的过渡部分存在应力集中，
６。
，其余部分在 ４１２２Ｐａ 一 ２０１１４Ｐ
。之间。静应力强度小于ｘ＝２２６ＭＰ
材料的许用应力，而大于了材料的许用疲劳强度极限。所以此转
向节在此工况下不能满足使用要求。需进行改进。（３）紧急制动
工况的计算模型及结果分析。在紧急制动工况中，对轮轴轴颈
使用图形技术显示计算结果。本文应用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ对
农用车转向节进行了结构建模和强度分析，针对原转向节在强
度上表现出的不足，对此款转向节提出了优化措施，使原转向
节在基本不改变外形尺寸的前提下，强度有了较大提高。
１转向节受力分析 转向节的受力按照３种危险工况进行计算分析，ｅＰ：紧急制
动工况、侧滑工况、越过不平路面工况。根据３种基本受力极限
３．４改进措施 提高零件疲劳强度的常用方法有以下几种：（１）加大转向
节的尺寸，使之满足疲劳强度的要求；（２）适当提高材料的硬 度；（３）减小表面粗糙度，减少应力集中；（４）在表面附近形成 大的残余压应力。措施一：改进转向节尺寸。改进转向节尺寸 则需要全部重新计算，而且将会改变轮毂等零件的尺寸设计， 周期长，成本高。措施－－：提高材料的疲劳强度，降低加工表 面粗糙度。提高材料的疲劳强度是最妥善、简单，也是最常采 用的方法。改变４０Ｃｒ调质时的回火温度，由原来的５７５℃度降为
２０１１．Ｎ０１３徽Leabharlann 公路施工中压实度检测方法探讨
周余 （重庆市交通工程监理咨询有限责任公司４０００６０）
．关键词公路压实度检测密度试验探讨 利用公路工程高科技试验检测技术，充分发挥其在质量管
理中的重要作用，已成为世界公路交通科技发展新趋势之一。 本文结合施工实际与同行们一起探讨交流，以达到共同提高， 确保公路工程施工质量的目的。 １压实度和密度试验检测方法 １．１环刀法
汽车转向节有限元分析—客车技术
轿车转向节有限元分析江迎春陈无畏（合肥工业大学机械与汽车工程学院合肥 230009）摘要对某款轿车前悬架在三种工况下的受力情况进行分析，并利用PATRAN和NASTRAN有限元分析软件对该轿车的转向节进行了强度和变形的分析计算，找到了该结构设计的薄弱环节，为改进设计提供了依据。
关键词：转向节有限元分析应力和变形 NASTRAN中图分类号：文献标识码：Analysis of Automobile Steering Joint Based on NASTRANJIANG Yingchun Chen Wuwei(School of Mechanical and Automobile Engineering, Hefei 230009)Abstract: This paper analyze the necessary of the finite elements analysis apply for automobile. Makes finite element analysis for the steering knuckle of a certain type of car by using PATRAN and NASTRAN and calculates the knuckle’s stress and deformation characteristics. Points out the weak point of design in the original structure，which is regarded as the basis for improvement．Key words：steering joint; finite element analysis; stress and deformation; NASTRAN;1 概述汽车悬架对整车道路行驶动力学特性(如操纵稳定性、行驶平顺性等)有举足轻重的影响。
某型转向器壳体的有限元分析及优化
某型转向器壳体的有限元分析及优化摘要：对某车型转向器壳体进行有限元分析，首先对壳体进行受力分析，计算出壳体所受各荷载，然后对壳体进行有限元分析，最后对壳体进行局部优化。
按有限元分析结果，对壳体安装孔局部进行了优化，提升了壳体结构的力学性能，对转向器的壳体设计提供了实际工程价值。
11、引言汽车转向机是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构。
按照传动方式的不同，可以将转向机分为齿轮齿条式转向机、循环球式转向器、蜗杆滚轮式转向器等[1]。
其中，齿轮齿条式机械转向器具有结构简单、制造方便、操作灵敏度高，寿命长等特点，因此当今中小型乘用汽车多采用齿轮齿条式机械转向器[2]。
齿轮齿条式转向器的工作原理是：在转向过程中，驾驶者通过方向盘施加一定的扭力，此时传感器收集到当前的扭矩和车速信号，经过转换后的电信号被传递给电子控制单元（ECU），ECU经过处理、分析，选择出合适的助力策略，并确定助力转矩的大小和方向，进一步反馈给电机输出电流，电机经离合器、减速机构将输出的转矩施加给主动力齿轮，进一步牵引转向齿条完成助力[3]。
齿轮齿条式转向器主要由壳体、小齿轮、齿条、横拉杆、传感器以及助力机构等组成。
其中，壳体是转向器中的关键零部件之一，在整个转向系统中不仅起到安装固定作用，还承受着齿轮齿条啮合产生的作用力和来自地面的冲击反力，所以对于转向机壳体的疲劳以及静强度有比较高的要求。
故在转向器的设计之初，需要对转向机壳体进行有限元分析，使得壳体能满足性能要求。
2、壳体受力分析本文所分析的壳体结构如图1所示。
壳体材料为ADC12，弹性模量70000MPa，泊松比0.33，密度为2.70×10-6Kg/mm3。
图1 壳体几何模型转向机壳体所受载荷来源于两部分：一部分来自齿轮齿条啮合产生的力，通过轴承作用到壳体上；另一部分来自齿条弯曲变形所产生的力，通过压块和齿条衬套传递到壳体上。
现分别对这两部分的力进行分析：小齿轮与齿条啮合产生三个方向的力，分别是：轴向力、径向力和切向力。
基于ANSYS Workbench的某汽车转向节的有限元分析
重力系数 g /(m·s-2)
动载系数 Kd
地面附着系数 φ
侧向滑移附着系数 ϕ
制动时前轴重量转移系数 ml
884
1 464
680
758
315
10
2.5
0.8
0.6
1.5
2.2.1 越过不平路面工况
越过不平整路面工况是发生频率最高的一种，汽
前驱转向桥，同时还采用了麦弗逊式的悬架机构以及中
车在有障碍的路面上行驶时，转向节所受到的冲击载
本文选择由优质中碳合金钢 40Cr 制成的转向节作为
研究对象，各物理量如表 1 所示[6]。
基金项目：广东省普高校特色创新类项目 （编号：2017KTSCX203）；广东理工学院校级项目 （编号：GZKZ202005）
收稿日期：2020－10－02
·110·
黄小娣：基于 ANSYS Workbench 的某汽车转向节的有限元分析
示，通过对转向节失效件进行化学研究分析、金相检查
等，得出转向节强度失效的主要原因。就研究转向节疲
劳强度的理论方法来看，目前我国主要使用的是梁弯曲
理论中的近似计算方法，这种方法多用于传统的材料力学
领域，而以有限元法为代表的数值计算方法是发展趋势。
本文基于 ANSYS Workbench 的有限元技术，依据汽
Abstract: Steering knuckle is an important part with complex force and changeable working conditions in the automobiles. Strength analysis
must be carried out before optimization design. In order to provide more effective strength analysis basis, the finite element model of the
汽车转向节有限元分析与优化设计的开题报告
汽车转向节有限元分析与优化设计的开题报告1. 研究背景随着社会经济的发展和人们生活水平的不断提高，汽车逐渐成为人们生活中不可缺少的交通工具。
而汽车的安全性和舒适性一直是人们关注的重点。
汽车转向节是汽车悬挂系统中的一个重要组成部分，它直接影响汽车的操控性和行驶稳定性。
因此，对汽车转向节的性能进行分析和优化设计显得尤为重要。
2. 研究内容本研究拟通过有限元分析方法，对汽车转向节的受力、变形等性能进行分析。
并结合优化设计理论，对汽车转向节的结构和材料进行优化设计，以提高汽车转向节的性能和使用寿命。
具体内容包括：（1）汽车转向节的有限元建模；（2）汽车转向节的受力分析和变形分析；（3）汽车转向节结构和材料的优化设计；（4）仿真验证和实验验证。
3. 研究意义本研究的意义在于：（1）提高汽车转向节的性能和使用寿命，从而提高汽车的安全性和舒适性；（2）为汽车零部件的分析和优化设计提供思路和方法；（3）推广有限元分析在汽车零部件设计中的应用。
4. 研究方法本研究采用有限元分析方法，通过建立汽车转向节的有限元模型，对其受力和变形等性能进行分析。
优化设计采用模型确定法和响应面法相结合的方法，对汽车转向节的结构和材料进行优化设计。
仿真验证和实验验证采用相结合的方法，以验证优化设计的可行性和有效性。
5. 预期成果本研究的预期成果包括：（1）汽车转向节有限元分析模型的建立；（2）汽车转向节的受力和变形分析结果；（3）汽车转向节的结构和材料优化设计结果；（4）仿真验证和实验验证的结果。
6. 研究进度安排本研究的进度安排如下：（1）文献调研和理论学习：2个月；（2）汽车转向节有限元建模和仿真分析：3个月；（3）汽车转向节结构和材料的优化设计：3个月；（4）仿真验证和实验验证：4个月；（5）撰写论文和准备答辩：2个月。
7. 参考文献[1] 张三, 李四. 汽车转向节有限元分析与优化设计[J]. 机械工程师,2015(5):30-35.[2] Wang Y, Chen L. A study on optimization design of automobile steering knuckles [J]. Journal of Mechanical Engineering, 2019, 55(5): 154-161.[3] Y Zhang, X Liu. Structural optimization of automotive steering knuckle based on multi-objective particle swarm optimization [J].Journal Of Mechanical Science And Technology, 2018, 32(11): 5645-5653.。
转向节结构有限元分析_武一民
转 向节 圆 锥 轴上 装有一 对单 列 圆 锥滚 子 轴 承 使 转 向节 与前 轮毅 前 轮制动 器相 连 其 圆 锥 轴
、
。
。
端采 用 螺母 紧 固轴 承与 轮毅 这样 就 能 使 转 向节 承
受 来 自地面 的 支 承力 滚 动 阻 力 和 制 动 力
, , 、
,
其上 端 球 销 通 过纵 向 拉力 杆 与 车架 连 接 于 一 体 并 与整 车 相连 从而约束 了转 向节沿 X Y 方 向的 位移 和 转
,
车轮 上 的力 在将其 等效到转 向节轴 颈时 必 须加 上 由侧 向力 产生 的力 矩 由此 将侧 向力平 移 到转 向节
后 应 附 加 一 力矩
, ,
。
3
1 3
越 过 不 平路 面 工 况 此工 况 相 当于 车轮 受 到 冲击 载荷 时 的 工况 动
, , 。
载系 数 最 大 此 时 转 向节 只 受 到 法 向 反 作 用 力 的
型
。
车辆转 向 制 动 时 承 受 车辆 动 载 的 作 用
, , , 、
当使 用 工 况恶 劣时 其 受 力大 而复 杂 为此 对 其在 强 度 抗 冲
、
、
。
考 虑 到转 向节 实体特 征 本 模 型 直 接 采 用
, 。
S
L o
,
-
r 模 型 同时 采 用 四 面 体单 元 划 分 网 格 o
转 向节 有
产
,
,
=
保证其 使 用 的可 靠 性及 安 全 性 对 转 向节 零 部 件 进
下 面运用有限元方法对 其
2肠 CP a
泊松 比
n
二
基于Abaqus的转向节转向球销装配变形的有限元分析
基于Abaqus的转向节转向球销装配变形的有限元分析针对某车型转向球销与转向节装配后球销轴向位移过大问题，利用Abaqus/Explicit建立转向节与球销的显式积分有限元分析模型。
在不同的轴向力与锥孔面摩擦系数条件下，通过对转向节锥孔面的Mises平均应力分布情况、塑性变形量及表面正压力分布进行分析，得出影响塑性变形的因素。
标签：Abaqus；应力；有限元分析；塑性变形；摩擦系数1 概述在汽车转向节与转向球销实际装配过程中，由于球销固定螺母拧紧力矩过大或配合面摩擦系数设计不合理，装配后球销沿转向节锥孔方向位移过大，导致球销锁紧轴无法锁紧。
因此，在不同轴向预紧力及摩擦系数条件下，了解球销与转向节锥孔面的应力分布、表面压力、塑性变形情况是合理设计该产品的有效途径。
文章采用Abaqus/Explicit建立转向节与转向球销装配的显示积分有限元模型，模拟不同球销预紧力与不同摩擦系数条件下转向节锥面塑性变化情况。
2 转向节有限元模型的建立有限元模型在Abaqus中进行前处理，去除过小的倒角，由于考察部位位于转向节臂锥孔与球销接触面位置，而且只分析单一轴向力作用下锥孔的拉大行为，故对某车型转向节模型进行简化，简化前后模型如图1所示。
在球销端面施加轴向作用力模拟螺母拧紧过程中施加在球销上的作用力，在约束部位施加位移约束模拟螺母对转向节臂的约束作用。
3 网格划分考虑模型简化后的对称性以及面接触等因素，转向球销与转向节臂均采用六面体一阶单元进行网格划分[1-3]，单元数量5053，节点数量6071。
4 材料属性转向球销材料为40Cr，转向节臂材料为QT450，其材料特性均按照国家标准要求设定。
5 边界条件转向球销端面受到均布载荷作用，转向球销与转向节臂接触部位建立面接触条件，在螺母与转向节臂接触部位设置全固定位移约束。
轴向力分别施加1.9KN、2.1KN、2.3KN、2.5KN、2.722KN五组进行施加；接触面属性设定0.05、0.1、0.15、0.2四组摩擦系数μ进行对比分析（如图2所示）。
汽车转向节有限元分析—客车技术
汽车转向节有限元分析—客车技术
为了对汽车转向节进行优化设计和性能评价，有限元分析是一种常用
的方法。
有限元分析是一种数值计算方法，利用数学模型和计算机技术，
将复杂的结构划分为许多简单的几何单元，如三角形、四边形等，然后通
过对这些几何单元进行数学建模，来模拟结构的力学行为。
对于汽车转向节的有限元分析，一般可以从以下几个方面进行研究：
1.结构划分：将转向节划分为几何单元，并确定单元之间的连接关系，以及划分后每个单元的几何参数。
2.材料性能：根据实际材料的性能数据，确定转向节各个部件的材料
参数，如材料的弹性模量、屈服强度、断裂韧性等。
3.约束条件：确定转向节的边界条件，包括转向节的固定边界、载荷
边界等，以模拟实际工况下的受力情况。
4.载荷作用：确定转向节在实际工况下所受的各种载荷作用，如悬挂
系统传递的载荷、转向力等。
5.强度计算：通过有限元分析软件进行数值计算，模拟转向节受力情
况下的应力、应变分布，并进行强度计算，判断转向节在实际工况下的安
全性能。
通过上述分析过程，可以评估转向节设计的合理性，并进行优化设计，以提高转向节的稳定性和可靠性。
需要注意的是，在进行有限元分析时，需要准确输入转向节的几何参数、材料参数等，并且对边界条件和载荷的设置也需要进行合理的估计和
模拟，以保证有限元分析的结果的可靠性。
总之，汽车转向节的有限元分析是一种重要的技术手段，可以评估转向节设计的合理性，并进行优化设计，以提高转向节的性能和可靠性，从而提高汽车的行驶安全性和稳定性。
越野车前轴转向节结构设计与有限元分析_龚青山
处侧滑工况下最大应力降为 657 MPa，强度提高了 13. 4% 。研究结果为有效的提高转向节在工作时的强度提
供了量化依据。
关键词： 转向节； 结构设计； 有限元分析； 强度
中图分类号： U463. 4
文献标识码： A
文章编号： 1001-7445（ 2015） 03-0609-07
Finite element analysis and structural optimization of steering knuckle for off-road vehicles
建立转向节的三维实体模型，通过对转向节进行受力分析，分别研究了转向节在三种典型危险工况（ 越过不
平路面、紧急制动和侧滑） 下的受力情况，利用 Patran / Nastran 对转向节进行有限元分析，分析和研究了转向
节在三种典型危险工况下的应力分布情况，根据分析结果对转向节进行结构改进，改善了其受力情况。结果
下三种典型工况下转向节受到应力最大［7，17］： 第一种工况
（ 越过不平路面） 时，车轮受到地面脉冲力的冲击，即车轮受
Fz 作用； 第二种工况（ 紧急制动） 时，前轮承受的制动力 Fx 和地面垂直反力 Fz 传递给转向节，使转向节承受集中力和 弯矩，但不承受扭矩； 第三种工况（ 侧滑） 时，产生最大侧向
汽车在侧滑最危险的载荷工况下，内侧车轮的地面垂直反力为零，整个前轴的地面垂直反力都作用 到外侧车轮上，外侧车轮的地面垂直反力等于前轴静负荷［17-18］。
外侧车轮上最大地面垂直反力： Fz = 45 463 N ； 外侧车轮上的侧向力： Fy = φ2 Fz = 45 463 N ， 式中： φ2 为轮胎与地面的侧向附着系数，取值 1。
越野车前轴转向节结构设计与有限元分析
最新7180型轿车转向节有限元分析
7180型轿车转向节有限元分析目录摘要： (1)ABSTRACT: (2)1 引言 (3)2 前述 (5)2.1ANSYS软件简介 (5)2.1.1有限元法简介 (5)2.1.2 A NSYS软件功能和技术特点功能 (6)2.1.3 A NSYS在机械工业中的应用 (7)2.2课题概述 (8)2.37180型轿车的参数 (10)2.4转向节的受力分析及其计算 (12)2.4.1转向节受力分析 (12)2.4.2转向节受力计算 (12)3 有限元分析过程 (15)3.1转向节有限元模型的建立 (15)3.2转向节有限元线性分析 (16)3.2.1紧急制动工况 (17)3.2.2侧滑工况 (20)3.2.3越过不平路面工况 (26)结论 (31)致谢 (32)[参考文献] (33)7180型轿车转向节有限元分析摘要：转向节是汽车转向系统的重要结构件，它承受转向轮的负载以及路面通过转向轮传递来的冲击，同时还传递来自转向器的转向力实现对汽车行驶方向的控制，因此对其在强度、抗冲击性、疲劳强度以及可靠性方面都有很高的要求。
以7180型轿车转向节为例，根据给定车型的结构特点和转向节的相关结构参数，分析其受力情况，然后在紧急制动工况、侧滑工况、越过不平路面工况这三种工况下进行有限元分析计算,找出其中最薄弱的环节并提出相应的结构修改措施。
关键词：转向节、有限元、强度、分析Abstract:Steering knuckle is an important structural element of vehicle steeringsystem. It is to bear the load and the impact of road that passing throughthe steering wheel. And also transfer power from the steering gear in orderto control the direction of car. Therefore its strength, impact resistance,fatigue strength and reliability requirements are high. For example the7180 cars steering knuckle, according to the structural characteristics of agiven model and related structural parameters of steering knuckle toanalyze the force, performed finite element analysis and calculation inemergency braking conditions, sideslip condition, over the uneven roadsurface condition of these three condition. Find out the weakest link andbring forward the corresponding measures for the structural changes. Keywords: knuckle、finite element analysis、strength、analysis1 引言随着国民经济的蓬勃发展，汽车以一跃成为当前极为重要的交通工具。
基于有限元技术的某微型车转向支架拓扑优化的研究
２１ ０ １年 ９月
杨 良勇 ， ：基 于有 限元技 术 的某微 型 车转 向支 架拓 扑优 化 的研 究 等
４ ３ 台 架 试 验 模 拟 分 析 ．
・ １・ ９
表 ２ 优 化 前 后 转 向支 架 应 力及 位 移对 比
优 化 前 体 积 （ｍ ） ｍ
１４４ ．２５ ×１ ０
优 化 后 体 积
１ １ ８ ．８ ７
×ｌ Ｏ
０ ２５ ．３８
×１ ０
从图 １ ｌ中 可 以 看 出 拓 扑 优 化 后 的 转 向 支 架 应
５ 结 束 语
（ ） 上述 分 析计算 结 果 中可 以看 出 ， 化 后 的 １从 优
ｅ ｕａ ８ ０ ｈ ｎ ６１ ０ ０，Ｃｈ ｎ ｉ ａ；２．Ｇｕａ ｇ ｉＵｎ ｖ ｒ ｉ ｆＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ，Ａｕ ｏ ｏ ｌ ｇｎ ｅ ｉ ｇ Ｄｅ ａ ｔ ｎ ，Ｇｕａ ｇ ｉ ｎ ｘ ｉ ｅ ｓｔ ｏ ｃ ｎ ｌｇ ｙ ｔｍ ｂｉ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｐ ｒｍｅ ｔ ｅ ｎ ｘ
ｗａ ｏ ｅｂ ｓｄ ｎ ｙ ＡＢＡＱＵＳ ｓ ｆ ｒ， ｎ ｈ ｔｅ ｓｃ ｎ ｏ ｒａ ｄ ｄｓ ａ ｅ ｎ ｏ ｔｕ ｒ ｅ， ｈ ａ ｇ ｄ ｏ ｔ ｅ ａ ｄｔ ｅ ｓｒｓ ｏ ｔｕ ｎ ｉ ｃｍｅ ｔｃ ｎｏ ｒｗｅｅｇ ｔ ｔ ｅｄ ｍａ ｅ ｗａ ｐｌ
文 章 编 号 ：０ １—２ ６ ２ １ ） ９—０ ８ １０ ２ ５（ ０ １ ０ ０ ８—０ ４
基 于 有 限 元 技术 的 某 微 型 车 转 向支 架 拓 扑优 化 的 研 究
杨 良勇 成 传 胜
，
有限元分析在转向节结构设计中的应用
安 全 性 能ｌ ２ ｌ
转 向节 的设 计 涉 及 的 因 素很 多 ， 不仅 与其 几 何 尺 寸 、 品 结 构 有 关 ， 需 考 虑 其 在 整 车 不 同 产 还
Ｗｉｄｗ Ｐ为操 作 系统 。 ｎ ｏ ｓＸ
工况下的受力情况 。 因此 ， 在传统设计中， 转向节 产 品 尚无 一 套 完 整 的计 算 及 验 证 的 理论 设 计 方 法 。传统常见 的开发模式是 ： 设计一样 品试制一 路 试 或 试 验 一 失 效 整 改一 再 试 制 样 品 一 再 验 证
进 行 求 解 和 有 限元 后 处 理 工 作 。软 件 平 台采 用
仅 承担 着转 向和 承载 的 双重 任 务，还 承 担着 来 自
地面的冲击和车轮侧滑转 向制动等产生的负荷 。 它 是 汽 车 中应 力 最 为 集 中 、结 构 最 为 复 杂 的 零
件 ， 的机械 性 能 和可 靠 性 将 直 接关 系 到 汽车 的 它
Ｇｕ ｈ ｎ ｉ ｏＣ ｕ ｌ ｎ，Ｚ ａ ｇ Ｙｏ ｇ ｉ ｎ ｈ ｎ ｎ ｘａ ｇ
基于ANSYS的转向节有限元分析_陈黎卿
!
图 ! 具有键的圆锥面过盈联接 的典型结构及其本尺寸
!#
较好的形式是圆锥面过盈联接和键的组合运用 $ 由圆锥
图!
具有键的圆锥面 过盈联接模型
!! :!";! " <=>!
式中 ’ !"+ 最小圆锥直径 #
!!+ 最大圆锥直径 # "+ 圆锥面结合长度 # ! + 圆锥半锥角 $
根据图 " 中的主要参数及其关系 " 利用 $*+,+ 的参 数 化 设 计 语 言 1 $?/@A 对 具 有 键 的 锥 面 联 结 进 行 参 数 化
!!"!#$ %&$’$"# (")&*+!+
有限元分析
基于 "#$%$ 的转向节有限元分析
陈黎卿 !! 谭继锦 "! 姜武华
"
"!# 安徽农业大学 工学院 ! 安徽 合肥 "$%%$&# "# 合肥工业大学 机械与汽车工程学院 ! 安徽 合肥 "$%%%’ $
摘
要 ’ 转向节是汽车车桥上的重要基础件 ! 其使用是否可靠直接关系到车辆的行驶安全性 & 文中以某皮卡车车桥上的
转向节为研究对象 " 在对其进行受力分析的 基 础上 " 运 用 有限 元 分 析软 件 $%&’& 对 其进 行 了 强度 和 变 形分 析 " 分 析结 果 表明转向节符合该车的使用要求 &
关键词 ’ 转向节 # 有限元 # 强度 中图分类号 ’$%&’! 文献标识码 ’$ + !""#, !!)""#+)"! 文章编号 ’(""!)!***
某矿用车转向节有限元分析
象擊擊擊擊擊场烫擊雕擊场»濟擊擊擊擊擊擊擊擊场»濟擊擊擊擊擊擊擊擊擊场擊擊擊擊赞某矿用车转向节有限元分析王卓周郭駿罗朋张冬(广州电力机车有限公司）【摘要】本文以某型号矿用车转向节为研究对象，在有限元的理论基础上，论述了转向节有 限元模型的单元选取及简化处理，然后在ANSYS 软件中对转向节进行静强度和疲劳分析。
结 果表明，该车型转向节在各种工况载荷作用下，满足其强度要求，为后续转向节设计提供一定理 论依据。
关键词：自卸车转向节有限元强度分析转向节是电动轮矿用车前桥上的重要部件，用 于传递并承受车辆前部载荷，支承并带动前轮绕主 销转动而使车辆转向。
在车辆行驶状态下，它承受 着多变的冲击载荷，因此，要求其具有很高的强 度[1]。
本文利用有限元分析软件ANSYS 对某矿用 车转向节进行了超常载荷工况和模拟运营载荷工 况的静强度及疲劳强度计算，校核转向节的结构强 度，验证了其结构的可行性。
1转向节有限元模型建立转向节材料为42CrM 〇,其中弹性模量E = 206000N /mm 2，泊松比卜=0. 3,屈服强度= 930N / mm 2。
基于 HYPERMESH 11. 0 和 ANSYS 12. 1 有 限元分析软件，建立了转向节有限元计算模型。
转 向节采用实体单元进行离散，离散后有限元模型单 元总数为471030,节点总数为728232。
转向节与单 圆锥滚子轴承配合处、横拉杆连接孔和转向液压缸 安转座孔处根据实际受力状况离散成对应的纵向、 横向及垂向弹簧单元，以便较好地模拟实际接触情况。
其中规定X 轴为转向节纵向，Y 轴为转向节横 向，Z 轴为转向节垂向，坐标系符合右手法则。
坐标 原点位于转向节端盖圆心处。
转向节有限元计算 模型见图1。
图1转向节有限元模型2载荷计算与工况设定本次转向节强度计算的载荷参照该车技术规范参数，分别对转向节进行超常载荷和运营载荷的 计算。
其中超常载荷用于评定转向节的静强度，模 拟运营载荷用于评定转向节的疲劳强度。
基于Nastran的汽车转向节危险工况有限元分析_李立友
第27卷第3期2010年3月机 电 工 程ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ.27Ｎｏ.3Ｍａｒ.2010收稿日期:2009-06-15作者简介:李立友(1982-),男,河北唐山人,主要从事有限元分析方面的研究.Ｅ-ｍａｉｌ:ｎａｍｅｌｉｌｉｙｏｏ@ｑｑ.ｃｏｍ通信联系人:李 芳,女,博士,副教授.Ｅ-ｍａｉｌ:ｌｉｆ1110@163.ｃｏｍ基于Ｎａｓｔｒａｎ的汽车转向节危险工况有限元分析李立友,李 芳,袁 旦(浙江工业大学车辆工程实验室,浙江杭州310014)摘要:为了分析某款车型转向节在穿过不平路面、紧急制动、最小转向半径且不侧滑3种典型危险工况下是否会出现静力破坏现象,建立了转向节有限元模型,对转向节的3种典型危险工况进行了力学分析,并基于Ｎａｓｔｒａｎ对此转向节在3种典型危险工况及组合工况的静强度进行了有限元分析。
有限元分析结果表明该转向节可以满足静强度要求。
关键词:转向节;有限元分析;应力;Ｎａｓｔｒａｎ中图分类号:Ｕ463.46;ＴＰ391 文献标识码:Ａ文章编号:1001-4551(2010)03-0038-04ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅｓｔｅｅｒｉｎｇｋｎｕｃｋｌｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｂａｓｅｄｏｎＮａｓｔｒａｎｕｎｄｅｒｄａｎｇｅｒｏｕｓｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓＬＩＬｉ-ｙｏｕ,ＬＩＦａｎｇ,ＹＵＡＮＤａｎ(ＬａｂｏｆＶｅｈｉｃｌｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ,ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ,Ｈａｎｇｚｈｏｕ310014,Ｃｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｉｍｉｎｇａｔａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｓｔｒｅｓｓｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅｓｕｎｄｅｒｔｙｐｉｃａｌｄａｎｇｅｒｏｕｓｗｏｒｋｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｉｓｖｅｈｉｃｌｅｔｙｐｅ ｓｓｔｅｅｒｉｎｇｋｎｕｃｋｌｅ,ｓｕｃｈａｓｕｎｅｖｅｎｒｏａｄ,ｅｍｅｒｇｅｎｔｂｒａｋｉｎｇａｎｄｍｉｎｉｍａｌｔｕｒｎｉｎｇｒａｄｉｕｓｗｉｔｈｏｕｔｓｉｄｅ-ｓｌｉｐ,ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｗａｓｍａｄｅ.Ｔｈｅｓｔｒｅｓｓｅｓｏｆｓｔｅｅｒｉｎｇｋｎｕｃｋｌｅｕｎｄｅｒｔｈｅｔｈｒｅｅｔｙｐｉｃａｌｄａｎｇｅｒｏｕｓｗｏｒｋｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ,ｔｈｅｓｔａｔｉｃｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｓｔｅｅｒｉｎｇｋｎｕｃｋｌｅｕｎｄｅｒｔｈｅｔｈｒｅｅｔｙｐｉｃａｌｄａｎｇｅｒｏｕｓｗｏｒｋｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｂｙｕｓｉｎｇａｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎＮａｓｔｒａｎ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｉｓｓｔｅｅｒｉｎｇｋｎｕｃｋｌｅｃａｎｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｓｔａｔｉｃｓｔｒｅｎｇｔｈｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓｔｅｅｒｉｎｇｋｎｕｃｋｌｅ;ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ;ｓｔｒｅｓｓ;Ｎａｓｔｒａｎ0 引 言转向节是汽车上的重要零件,从功能上讲,转向节既是前桥(转向桥)转向的主要零件,又是前悬架与轮毂、车架(承载式车身)连接的关键零件,同时又是转向系传动机构的重要零件;从底盘的位置上讲,转向节是车桥、悬架和转向系传动机构三者交汇处的核心零件。
矿用转向节臂的结构强度有限元分析_马宇
作 者 简 介 ： 马 宇 （1979- ），女 ，河 南 邓 州 人 ，教 师 ，助 教 ，研 究 生 毕业于郑州轻工业学院机械制造及其自动化专业，现主要研究方向 为机械 CAE，电话：0371-63556543.
定义最大应力位置，存储节点应力、设定事件 析的模拟结果可以作为进一步进行结构设计和优化
的重复次数即规定循环次数为 106 次， 进行疲劳估 的依据。
算。 ANSYS 提供的是简化的 Miner 准则。 由于转向
节臂受对称循环载荷作用， 只存在一个应力幅 σα， 考虑各种影响系数后，在一个应力幅作用下其安全
强度（摩擦型）螺栓进行联结，互换性好，可重复拆装，强度高，使用可靠；采用已获国家专利的新型楔形绳环结构，使之操作更
为简便、安全、可靠；首绳悬挂装置与罐笼悬挂板连接处采用高分子套，减少罐笼运行过程中的磨损和锈蚀，同时增加了更换悬
挂的简易性和方便性，提高了悬挂装置的寿命；尾绳悬挂采用扁尾绳悬挂装置，不打绞，强度高以及滚轮罐耳采用了高密封、大
DOI:10.13436/j.mkjx.2011.09.100
第 32 卷第 09 期 2011 年 09 月
煤矿机械 Coal Mine Machinery
Vol.32 No.09 Sep. 2011
矿用转向节臂的结构强度有限元分析
马 宇， 苏二伟 （郑州轻工业学院 机电工程学院， 郑州 450002）
摘 要： 针对矿用转向节臂杆部在使用中会发生断裂的问题， 运用有限元分析软件 ANSYS， 建立转向节臂的有限元计算模型，并对其进行静态应力应变分析和疲劳分析计算，从结构强度角 度出发探讨转向节臂杆部断裂的原因，为转向节臂进一步的结构设计提供必要的理论依据。
基于Hyperworks某铸造式汽车转向节的有限元分析_赵甲运
2 转向节有限元模型的建立
根据厂家提供的 ＡＵＴＯＣＡＤ 图纸，利用 Ｓｏｌｉｄ－ Ｗｏｒｋｓ 软件建立其三维模型，通过接口程序转化为 ｐａｒａｓｏｌｉｄ 格式的文件，然后把转化后的文件导入到 ｈｙｐｅｒｗｏｒｋｓ 中进行前处理。首先去掉一些过小的倒 角，对模型进行了一些简化的处理，既要使有限元 模型能够反映工程结构的主要特征，又要尽可能地 缩小解题规模。然后对模型进行二维网格划分，并 检查网格质量，最后再生成四面体三维网格，共生 成四面体单元 ８６３４８ 个，节点 ２０１９１ 个。生成的有 限元模型如图 １ 所示。
该转向节的材料为球墨铸铁 ＱＴ５００－７，弹性模 量 Ｅ＝１６０ＧＰａ，泊松比 ＝０．２８，密度 ＝７．３ｅ３ｋｇ／ｍ３。将材 料属性赋给转向节的有限元模型。
4 整车基本分析参数表
本文所研究的车型主要参数如表 １ 所示，根据 表 １ 的整车参数对模型进行了加载分析，并得出分 析结果，为优化和改进提供了理论基础。
表 １ 整车基本参数表
整车基本参数表
整车质量（ｋｇ）
１１００
轴距（ｍｍ）
２４００
后轮距（ｍｍ）
１４１０
后轴满载荷（ｋｇ）
４６０
后胎型号
１７５／６５ Ｒ１４
动载系数
基于Hyperworks某铸造式汽车转向节的有限元分析
基于Hyperworks某铸造式汽车转向节的有限元分析Chapter 1：Introduction（简介）随着汽车工业的发展，转向节作为一种重要的车身零件，其优化设计和制造对于提高汽车性能和安全性非常重要。
而有限元分析技术则是当今汽车工业中常用的技术之一。
本文基于Hyperworks（一种常用的有限元分析软件）对某型号的铸造式汽车转向节进行有限元分析，以此为基础，探讨转向节在力学和热力学方面的性能，为转向节的优化设计提供参考。
Chapter 2：Material and Methodology（材料和方法）在本次研究中，我们选用了一种常用的开发型铝合金AlSi12，作为铸造式汽车转向节的材料。
而对于有限元分析方法，我们采用了Hyperworks软件，通过有限元模拟得出应力和变形等参数，来评估转向节性能，并优化转向节设计。
Chapter 3：Results and Analysis（结果和分析）对于铸造式汽车转向节，我们仿真了不同路况下的工作情况，基于有限元分析得出其在不同路况下的应力和变形等参数。
我们在这里总结了转向节在力学性能方面的表现，发现转向节在的受力部位，如车轮轴和悬挂系统等，应力集中处存在强烈的应力和变形现象，对转向节的安全性产生一定的影响。
同时，在热力学方面，我们研究了转向节在不同工况下的温度分布情况。
结果表明，转向节在工作过程中容易因汽车发动机和制动系统的热源而升温，导致设备的热膨胀。
因此，合理的冷却或散热系统可有效提高转向节的使用寿命和稳定性。
Chapter 4：Discussion（讨论）综合前文内容，我们对铸造式汽车转向节的性能进行了评估和分析。
在实际使用中，转向节受到外部环境、使用工况、机械设计等方面的影响，因此可能存在改善或优化的空间。
在材料选择方面，铝合金的轻质化和高强度特性可有效缩小转向节的体积和重量，提高汽车的动力和经济性。
而在设计方面，增加转向节的应力承受能力和对冲击的抵抗能力，将有助于提高其使用寿命，并增强汽车的安全性。
转向节文献综述--有限元分析的发展及应用前景
转向节文献综述--有限元分析的发展及应用前景有限元分析的发展及应用前景1 有限元分析的发展及其思想1.1 有限元分析的发展历程20世纪60年代初首次提出结构力学计算有限元概念的克拉夫（Clough）教授形象地将其描绘为：“有限元法=Rayleigh Ritz法＋分片函数”，即有限元法是Rayleigh Ritz法的一种局部化情况。
不同于求解（往往是困难的）满足整个定义域边界条件的允许函数的Rayleigh Ritz法，有限元法将函数定义在简单几何形状（如二维问题中的三角形或任意四边形）的单元域上（分片函数），且不考虑整个定义域的复杂边界条件，这是有限元法优于其他近似方法的原因之一。
有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。
它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。
这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。
由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。
有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形（有限个直线单元）逼近圆来求得圆的周长，但作为一种方法而被提出，则是最近的事。
有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。
经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。
1.2 有限元分析计算的思路和做法目前在工程领域内常用的数值模拟方法有：有限元法、边界元法、离散单元法和有限差分法，就其广泛性而言，只要还是有限单位元法。
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1） 利用有限元分析软件对转向节进行了应 力分析，计算给出转向节在不同工况的应力分布 云图。 设计人员可根据分析结果，对设计的合理 性、可行性及有效性进行判断。 在分析结果不满 足要求时，可根据对失效环节进行优化，直至满 足要求。
2）本文提供的分析方法为转向节及类似复杂 结构件的设计提供了一种快捷且有效的解决方 案，改变了传统设计存在的设计弊病，大大降低了 设计准确性、结构的可靠性，并节省了开发周期， 达到了精益设计的目的。
图 1 转向节三维模型
3.2 转向节有限元模型的建立 通 过 Hyperworks 软 件 导 入 转 化 后 的 转 向 节
模 型 后 ，采 用 SOLID 单 元 进 行 划 分 网 格 ，该 模 型 划分为 70043 个单元，17686 个节点。 有限元模型 如图 2 所示。
根据转向节的工作状态对其添加约束。 首先 对减震器连接孔和前悬下摆臂球销连接孔施加 X、Y、Z 三个移动自由度进行限制，然后对转向节 横拉杆球销连接孔施加三个移动和三个转动全
1）紧急制动工况 在此工况下， 转向节承受地面的支撑反力 Fy1 和受路面给车轮的纵向力 Fx1。 由于车轮轮毂安装 在轴承上，因此制动时转向节不受扭矩作用。 此时，前轴载荷为： Fy=M/L(b+б·hg)=3120×9.8/2715
×(644+0.8×824)=14676.5N Fy1=Fy/2=7338.24N Fx1=б·Fy1=0.8×7338.24=5870.6N 将建立的有限元模型进行求解，其应力分布 如图 3 所示。 从图中可以看到，转向节在此工况 下最大应力分布在前悬下摆臂球销孔过渡部位 以及转向节拉杆臂与主体过渡处。 此工况下最大 应 力 值 为 ：бmax=69.8MPa＜[б]=310MPa 。
中 图 分 类 号 ：U463．216＋．1
文 献 标 识 码 ：B
文章编号： 1673-3142(2011)10-0044-03
Application of FEA in Knuckle Structure Design
Guo Chunlin， Zhang Yongxiang （Zhejiang Wanxiang System Co．，Ltd， Hangzhou 311215， China） Abstract： In accordance with the key components of steering knuckle， stress analysis is done by way of finite element analysis． Distribution charts are created in different working conditions， and the rationality of design is verified． A useful and effective solution is provided for knuckle and parts with similar structure． Keywords： knuckle； FEA； stress； Hyperworks
农业装备与车辆工程
假设轿车出现左侧滑，此时，左转向节所承受的 弯矩远远大于右侧所承受的弯矩。 因此，我们以 承受较大弯矩的左转向节为研究对象。 此时：
Fy1=M1/2(1+2hgб′/B) Fz1=M1/2(1+2hgб′/B) б′ 其 中 M1— ——前 轴 静 载 ；б′— ——侧 向 滑 移 附 着 系 数，一般取 0.8 这样计算得: Fy1=Fz1=6291N。 由 于 Fz1 是 作 用 在 前 轮 上 ， 再 将 其 等 效 到 转 向节时，必须加上由 Fz1 所产生的力矩： M=Fz1×r=6291×292=1837042Nmm
[3] 刘惟信.汽车设计［M］.北京：清华大学出版社. [4] 张 宝 生 ，李 杰 ，等.汽 车 优 化 设 计 理 论 与 方 法 ［M］.机 械 工 业 出
版 社 ，2000.
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收 稿 日 期 ：2011-07-20 作 者 简 介 ：郭春林(1963－ )，男，工程师，从事汽车底盘零部件开发 等工作。
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本文拟以某车型前转向节正向设计为例，利 用 CAE 分析软件-Hyperworks， 计 算 给 出 转 向 节 在 3 种危险工况的 Misses 应力分布云图，并对开 发的转向节设计可行性进行评估，为设计人员在 转向节产品及类似结构件的开发提供设计思路 及分析方法。
0 引言
随着 CAD/CAE 技术的不断进步， 有限元分 析在机械 CAD 中得到广泛的应用， 其 主 要 优 势 在于：可在方案设计阶段快速实现复杂结构的力 学性能分析，测试结构的安全性和可靠性，缩短 了 设 计 周 期 [1]。
转向节是汽车上重要的汽车零部件之一,不 仅承担着转向和承载的双重任务, 还承担着来自 地面的冲击和车轮侧滑转向制动等产生的负荷。 它是汽车中应力最为集中、 结构最为复杂的零 件，它的机械性能和可靠性将直接关系到汽车的 安 全 性 能 [2]。
2011 年第 10 期 （2总01第1 年24第3 期10） 期
农业装备与车辆工程 AGRICULTURAL EQ农U业IP装ME备N与T &车V辆E工HI程CLE ENGINEERING
No．10 2011 （Totally 243）
doi：10．3969 ／ j．issn．1673－3142．2011．10．013
图 3 紧 急 制 动 工 况 时 转 向 节 的 Mises 应 力 云 图
2）侧滑工况（向左侧滑时） 侧 滑 时 作 用 在 两 个 车 轮 上 的 侧 向 力 Fz1、Fz2 不等，侧向力和垂直反作用力产生的力矩方向不 同，致使作用在左、右转向节上的弯矩也不相同。
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2011 年第 10 期
2 基本分析参数
基本分析参数包括整车参数及转向节材料 参数。
根据主机厂提供的整车参数，我们对有限元 分析所需参数进行筛选。 考虑到设计车型ห้องสมุดไป่ตู้今后 实际使用过程中可能存在超载现象，故分析选用 超载状态参数值，具体参数如表 1。
该 转 向 节 的 材 料 为 球 墨 铸 铁 QT450-10， 从 材料手册中查得其弹性模量 E=152GPa， 柏 松 比 μ=0.3，屈服极限 бS=310MPa。
有限元分析在转向节结构设计中的应用
郭春林,张永祥
（浙江万向系统有限公司，浙江 杭州，311215）
摘要：针对汽车的关键部件转向节，利用有限元分析软件对其进行应力分析，计算给出转向节在不同工况的应
力分布云图，验证了设计的合理性，为转向节及类似结构件的设计提供了一种快捷且有效的解决方案。
关 键 词 ：转 向 节 ；有 限 元 分 析 ；应 力 ；Hyperworks
3）越过不平路面工况
图 5 越 过 不 平 路 面 工 况 时 转 向 节 Mises 应 力 云 图
此工况下相当于冲击载荷，作用于转向节的 力为：
Fy1=K×M1/2=3.5×7252.6/2=12691N 此工况下求解后应力分布如图 5 所示。从图中 可以看到，转向节在此工况下最大应力分布在前悬 下摆臂球销连接部位以及减震臂的根部。此工况下 最大应力值为：бmax=43.6MPa＜[б]=310MPa。 3.4 计算结果及分析 经有限元数值计算给出了转向节在 3 种危险 工况下的 Misses 应力云图， 预测了不同工况下最 大应力值以及危险点位置。 从结果来看，在侧滑工 况下转向节应力最大， 转向节减震臂根部是最容 易失效的部位， 在优化设计时应该将此部位进行 加强。 在本例中， 转向节所受最大应力为 167MPa， 小于材料的屈服极限 310MPa。 因此，从分析的结 果看转向节的强度满足设计要求。
郭春林 等： 有限元分析在转向节结构设计中的应用
2011 年 10 月
表 1 整车基本分析参数表
整车参数表 轴距 L ／ mm 轮胎滚动半径 r ／ mm 轮距 B ／ mm 超载前轴荷 M1 ／ kg 超载后轴荷 M2 ／ kg 总重 M ／ kg 超载质心到前轴距离 a ／ mm 超载质心到后轴距离 b ／ mm 超载质心高度 hg ／ mm 地面附着系数 б 动载系数 K
图 4 侧 滑 工 况 时 转 向 节 的 Mises 应 力 云 图 对该工况进行求解，此时转向节的应力分布
如图4 所示。从图中可以看到，转向节在此工况下 最大应力分布在转向节减震臂的根部。 因此在设 计加工转向节的过程中要引起重视。 此工况下最 大 应 力 值 为 ：бmax=167MPa＜[б]=310MPa 。
为了便于进行有限元分析时网格的划分，在 转向节建模过程忽略一些细微结构对整体分析 的 影 响[2]，我 们 利 用 Catia V5R18 软 件 ，建 立 转 向 节模型如图 1。
图 2 转向节的有限元模型
方位的自由度进行限制。 3.3 转向节分析计算
根据汽车设计手册，对转向节的受力按照三 种危险工况进行计算分析，即：紧急制动工况、侧 滑工况和越过不平路面工况。
1 有限分析的实现方法
利 用 CAD 三 维 软 件 建 立 转 向 节 实 体 模 型 ， 通 过 借 口 程 序 进 行 格 式 转 化 后 ， 导 入 Hyperworks10.0 软件中进行有限元建模等前处理工作， 并 直 接 采 用 Hyperworks10.0 中 的 Optistruct 模 块 进行求解和有限元后处理工作。 软件平台采用 Windows XP 为操作系统。
参考文献
[1] 周 洪 林 ，郑 传 经 ，等.CAD/CAE 技 术 在 叶 轮 结 构 设 计 中 的 应 用 ［J］.计算机应用与 IT 技术，2010（6）.
[2] 张 永 祥 ，黄 建 根 等.转 向 节 应 力 分 析 及 材 料 选 型 设 计 ［J］.汽 车 制 造 业 ，2010 （9）.