某型轎車轉(zhuǎn)向節(jié)機構(gòu)設(shè)計分析(編輯修改稿)
2025-07-22 08:20 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 支承輪轂的指軸構(gòu)成。轉(zhuǎn)向節(jié)一般有三種結(jié)構(gòu)形式，即整體鍛造式、焊接式和螺栓連接式?，F(xiàn)在大多數(shù)汽車均采用整體鍛造式，本文所討論的轉(zhuǎn)向節(jié)也為整體鍛造式。轉(zhuǎn)向節(jié)材料一般為中碳合金鋼，并經(jīng)模鍛和熱處理。為避免應力集中，樞軸根部一般做有較大半徑的圓角。轉(zhuǎn)向節(jié)兩耳上的圓孔用以安裝主銷，從而使轉(zhuǎn)向節(jié)通過主銷與前軸鉸鏈式連接起來。兩個銷孔在同一中心線上，是由加工來保證的。左右轉(zhuǎn)向節(jié)下耳上各有一個帶鍵槽的錐孔，分別用以安裝左右梯形臂。在左轉(zhuǎn)向節(jié)上耳上也有一個帶鍵槽的錐孔，用以安裝轉(zhuǎn)向節(jié)臂。主銷上銑有凹槽，用楔形鎖銷與凹槽配合，將主銷固定在拳部的銷孔內(nèi)，使之不能轉(zhuǎn)動。而轉(zhuǎn)向節(jié)則可以繞主銷偏轉(zhuǎn)一定的角度，以使汽車轉(zhuǎn)向。為了減少磨損，在轉(zhuǎn)向節(jié)的兩個銷孔內(nèi)壓入青銅襯套，襯套上切有潤滑油槽，可用潤滑脂進行潤滑。為使轉(zhuǎn)向輕便，在前軸拳部下方與轉(zhuǎn)向節(jié)下耳之間裝有滾子止推軸承。安裝時，應使軸承開口的一端向下，以防止泥沙進入軸承內(nèi)部而造成加速磨損。此外，在拳部上方與轉(zhuǎn)向節(jié)上耳之間裝有調(diào)整墊片，以調(diào)整二者之間的間隙。主銷的兩端用端蓋封住，以防止泥污進入。轉(zhuǎn)向節(jié)有左右轉(zhuǎn)向節(jié)之分，都是通過主銷將轉(zhuǎn)向節(jié)叉形（或拳形）耳與前軸的拳部（或叉部）相連。轉(zhuǎn)向節(jié)的上部裝有轉(zhuǎn)向節(jié)臂，與轉(zhuǎn)向直拉桿連接，下部裝有與轉(zhuǎn)向橫拉桿相連接的梯形臂，均采用螺栓連接方式，使緊固螺栓承受壓力，使用可靠，連接剛度大，工藝性好。轉(zhuǎn)向節(jié)的芯軸是供裝車輪輪轂的，還有裝制動器底板的凸緣。芯軸和主銷孔軸線是不垂直的，它們傾斜的角度取決于前輪定位的主銷內(nèi)傾和前輪外傾的大小[3]。本文所研究的整車基本參數(shù)如表21所示：表21 整車基本參數(shù)整車參數(shù)數(shù)值整車質(zhì)量（m） 1890 kg滿載質(zhì)量（M）2800kg整車總長/總寬/總高5035mm/1820mm/1970mm軸距（L）3080mm前輪距（B1）/后輪距（B2）1570mm/1545mm滿載時前軸荷（m1）/后軸荷（m2）1355kg/1445kg空載時前軸荷（m3）/后軸荷（m4）914kg/976kg質(zhì)心到前軸距離（a）1590mm質(zhì)心到后軸距離（b）1490mm質(zhì)心高度（）滿載/空載750mm/770mm輪胎型號205/70R3 轉(zhuǎn)向節(jié)的三維建模和結(jié)構(gòu)分析本章以某型轎車的整體式轉(zhuǎn)向節(jié)為例，運用PRO/E軟件建立轉(zhuǎn)向節(jié)的三維模型，并通過ANSYS軟件進行轉(zhuǎn)向節(jié)的有限元分析。 轉(zhuǎn)向節(jié)三維模型的建立考慮到轉(zhuǎn)向節(jié)三維模型的復雜性，軟件建模功能的強大性，且ANSYS軟件具有與PRO /E軟件的接口工具，所以轉(zhuǎn)向節(jié)的三維模型是在PRO/E軟件中建立的。綜合考慮到整體式轉(zhuǎn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)向節(jié)本身的受力特點，建模時，對某些部分做了簡化處理，如考慮到螺栓和主銷對于實體本身的強度和剛度影響較小，所以主銷及轉(zhuǎn)向節(jié)與車體的螺栓聯(lián)接沒有在圖上畫出，轉(zhuǎn)向節(jié)兩個銷孔內(nèi)的襯套和轉(zhuǎn)向節(jié)兩耳處的錐孔也沒有在實體圖上畫出。綜上所述，簡化轉(zhuǎn)向節(jié)模型之后。 轉(zhuǎn)向節(jié)實體模型在建立有限元分析模型時，也對結(jié)構(gòu)和載荷進行了簡化處理。簡化原則是：對轉(zhuǎn)向節(jié)主要承載部位，盡量保持原結(jié)構(gòu)的形狀和位置，如轉(zhuǎn)向節(jié)軸頸；而對轉(zhuǎn)向節(jié)非主要承載部位，考慮到其對整體的有限元分析影響不大，可以進行簡化，如前面講的轉(zhuǎn)向節(jié)與車體的螺栓聯(lián)接，此約束在有限元分析中不予考慮。同時轉(zhuǎn)向節(jié)實體上的小臺階，倒角等結(jié)構(gòu)也略去了。在ANSYS軟件中進行求解時，約束加在兩個主銷孔位置，限制它們的所有自由度。 轉(zhuǎn)向節(jié)的受力分析 在實際條件下，轉(zhuǎn)向節(jié)上的受力主要由兩部分組成：由前軸靜重引起的靜載荷和汽車在行駛中產(chǎn)生的動載荷。轉(zhuǎn)向節(jié)的兩耳部分各有一通孔通過主銷與前軸連接在一起。裝在轉(zhuǎn)向軸上的前輪可以繞主銷偏轉(zhuǎn)一定的角度從而可以實現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向[4]。 轉(zhuǎn)向節(jié)與前軸的連接方式及轉(zhuǎn)向節(jié)的靜載受力簡圖 作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的靜載 由轉(zhuǎn)向節(jié)的靜載受力簡圖可以看出，轉(zhuǎn)向節(jié)軸頸圓角處所承受的彎矩為： （31） 式中：—前軸靜重； —靜載時單個前輪的法向反作用力； —前輪支反力中心到軸頸圓角處距離，本文中L=。 作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的動載汽車在行駛的過程中，轉(zhuǎn)向節(jié)所承受的動載大小和方向視工況的不同而不同，具有代表性的三種工況如下[5]: (1) 緊急制動工況汽車在緊急制動情況下，轉(zhuǎn)向節(jié)同時受到兩個方向上的載荷，因制動而使前軸載荷重新分配而在垂直方向所產(chǎn)生的載荷和車輛運動慣性力在水平方向所產(chǎn)生的沖擊載荷[6]。(2) 側(cè)滑工況發(fā)生側(cè)滑時，汽車左、右兩個前輪將分別受到一大小不等，方向相同的側(cè)向力，且垂直反作用力大小也不相同。 (3) 通過不平路面工況在不平路面上行駛時車輛的振動使轉(zhuǎn)向節(jié)承受帶沖擊性的疲勞載荷，動載荷的方向與前軸靜載方向相同。 轉(zhuǎn)向節(jié)有限元模型建立 單元類型和有限元網(wǎng)格劃分采用體劃分的形式，用solide92四面體單元對轉(zhuǎn)向節(jié)進行網(wǎng)格劃分[7]，劃分之后得到的節(jié)點數(shù)和單元數(shù)見表31。表31 轉(zhuǎn)向節(jié)的節(jié)點數(shù)和單元數(shù)零件節(jié)點數(shù)單元數(shù)轉(zhuǎn)向節(jié)9824863554 轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)的有限元模型 轉(zhuǎn)向節(jié)材料和屬性本文研究的轉(zhuǎn)向節(jié)所使用的材料為合金鋼[8]，其材料參數(shù)如表32所示：表32：轉(zhuǎn)向節(jié)材料參數(shù)表材料參數(shù)數(shù)值彈性模量（E）206GPa安全系數(shù)（）2泊松比（）0．28屈服極限（）350MPa強度極限（）600MPa 轉(zhuǎn)向節(jié)有限元模型的受力和約束路面對車輪的垂直力、縱向力和側(cè)向力依次通過轉(zhuǎn)向節(jié)、上下球頭銷、上下擺臂傳到車身。其中，轉(zhuǎn)向節(jié)的基本受力情況有三種[9]：（1）車輪受垂直力的作用取
外語相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1