【正文】 106Y 壓力側(cè)滑工況 向右10 Z 壓力越過不平路面 10 6Y 壓力3 有限元分析過程 轉(zhuǎn)向節(jié)有限元模型的建立有限元模型是強(qiáng)度分析的基礎(chǔ)，因此要先建立盡可能精確的模型，為有限元分析計(jì)算打好基礎(chǔ)。Y6 注：上式中正號(hào)表示壓力，負(fù)號(hào)表示拉力。Z3maxS6向右側(cè)滑 P =10 Pa；Y6 P =10 Pa。23?233?2一、緊急制動(dòng)工況P = =10 Pa；Y2axZ6P = =10 Pa。表 系數(shù)數(shù)值表名稱 數(shù)值動(dòng)載系數(shù) k 道路附著系數(shù) ?重量分配系數(shù) q 重力加速度 g ∏ 轉(zhuǎn)向節(jié)受力計(jì)算一、最大垂直動(dòng)載荷: Z =kGmax1m +m =m (21)12L=a (22)L=b (23)m1由以上三式可得 m =，m =Z =km g=12208Nax二、最大側(cè)向載荷：Y =Gax1?Y =G =m g =?三、最大縱向載荷：X =qGmax1X =qG =qm g =以上各向力的大小歸納于表 中。根據(jù) 3 種基本受力極限工況下車輪上的動(dòng)載荷值進(jìn)行計(jì)算 ，即：]2[最大垂直動(dòng)載荷：Z =kGmax1式中：k—?jiǎng)虞d系數(shù)；G 前輪靜載荷；1最大側(cè)向載荷：Y =G ?式中： 道路附著系數(shù)；?最大縱向載荷：X =qGmax1式中：m 汽車制動(dòng)時(shí)的重量分配系數(shù)。由《汽車有限元法》可知，轉(zhuǎn)向節(jié)的基本受力情況有 3 種，即：車輪所受的垂直力、車輪所受的側(cè)向力以及車輪所受的縱向力。其參數(shù)如下表 中。由于市場上符合這兩個(gè)參數(shù)的汽車有許多不同的品牌。其結(jié)構(gòu)如圖 所示，其連接功能見]8[表 所示。它是汽車轉(zhuǎn)向橋的主體構(gòu)件，主要功能是保持汽車行駛的平穩(wěn)性，緩解汽車在行駛過程中的縱向力和側(cè)向力以及這些力造成的力矩，并減輕駕駛員的疲勞程度。圖 轎車的前懸架模塊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向節(jié)的毛坯一般采用鑄造、鍛造或鑄加鍛工藝，然后對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)的桿部、法蘭盤和叉部這三種主要部分進(jìn)行機(jī)械加工，桿部加工以中心孔定位，車和磨為主，加工關(guān)鍵是磨削；法蘭盤加工主要是制動(dòng)器的安裝孔加工，要保證其位置度，同時(shí)要兼顧加工效率，并且孔對(duì)叉部有定位作用；叉部加工是轉(zhuǎn)向節(jié)加工的難點(diǎn)，采用銷一面定位，其加工主要是保證主銷孔的同軸度，以及主銷孔與內(nèi)端面的垂直度，是整個(gè)加工工藝投資的重點(diǎn)和設(shè)備選型的關(guān)鍵 。轉(zhuǎn)向節(jié)是轎車底盤的連接件，是汽車車橋上的重要部件之一，其使用是否可靠直接關(guān)系到車輛的行駛安全性。這不僅能夠提高汽車零部件的性能，更加能夠提高整個(gè)汽車的質(zhì)量和安全性能。目前大多數(shù)汽車生產(chǎn)商對(duì)汽車零部件均先采用作圖軟件如 CATIA 和 UG 等給零件建立實(shí)體模型，然后通過接口程序?qū)?ANSYS 軟件中進(jìn)行單元類型的定義和材料性能參數(shù)的定義，再進(jìn)行網(wǎng)格的劃分，這樣就建立了零部件的有限元模型，而后在需要施加邊界約束的節(jié)點(diǎn)上施加約束，最后進(jìn)行加載求解計(jì)算以獲得零部件的應(yīng)力云圖以及位移變形云圖等來驗(yàn)證其強(qiáng)度、抗沖擊性、疲勞強(qiáng)度以及可靠性能。在機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析中，利用彈性力學(xué)有限元建立結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)而可以計(jì)算出結(jié)構(gòu)的固有頻率、振型等模態(tài)參數(shù)以及動(dòng)力響應(yīng)。模態(tài)分析是計(jì)算線性結(jié)構(gòu)的自振頻率及振形。靜力分析是用于靜態(tài)載荷。另外該模塊還可以進(jìn)行曲線的代數(shù)運(yùn)算，變量之間還可以進(jìn)行加、減、乘、除運(yùn)算以產(chǎn)生新的曲線；也可以取絕對(duì)值、平方根、對(duì)數(shù)、指數(shù)以及最大和最小值；還可以對(duì)曲線進(jìn)行微積分運(yùn)算；并且還能夠從時(shí)間歷程結(jié)果中生成譜響應(yīng) 。而時(shí)間歷程后處理模塊可獲得結(jié)果數(shù)據(jù)對(duì)時(shí)間或頻率的關(guān)系圖形線及列表。通用后處理模塊可以用于查看整個(gè)模塊或選定的部分模塊在某一子步或時(shí)間步的結(jié)果。因此，加載到實(shí)體的載荷將自動(dòng)轉(zhuǎn)化到起所屬的節(jié)點(diǎn)或單元上。直接在實(shí)體模型加載優(yōu)點(diǎn)是幾何模型加載獨(dú)立于有限元網(wǎng)格，重新劃分網(wǎng)格或局部網(wǎng)格修改不影響載荷；同時(shí)加載的操作更加容易，尤其是在圖形中直接拾取時(shí)。載荷的含義有：自由度約束位移、節(jié)點(diǎn)力（力，力矩）、表面載荷壓力、慣性載荷（重力加速度，角加速度）。在該階段，用戶可以定義分析類型、分析選項(xiàng)、載荷數(shù)據(jù)和載荷步選項(xiàng)，然后開始有限元求解。網(wǎng)格劃好后，零部件的有限元模型就建立好了。ANSYS程序的自由網(wǎng)格劃分器功能是十分強(qiáng)大的，可對(duì)復(fù)雜模型直接劃分，避免了用戶對(duì)各個(gè)部分分別劃分然后組裝時(shí)各部分網(wǎng)格不匹配帶來的麻煩。延伸網(wǎng)格劃分可將一個(gè)二維網(wǎng)格延伸成一個(gè)三維網(wǎng)格。此外 ANSYS 軟件提供了使用便捷、高質(zhì)量的對(duì) CAD 模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分的功能。自底向上進(jìn)行實(shí)體建模時(shí)，用戶從最低級(jí)的圖元向上構(gòu)造模型，即：用戶首先定義關(guān)鍵點(diǎn)，然后依次是相關(guān)的線、面、體。ANSYS 程序還提供了拖拉、延伸、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、延伸和拷貝實(shí)體模型圖元的功能。ANSYS 程序提供了完整的布爾運(yùn)算，諸如相加、相減、相交、分割、粘結(jié)和重疊。用戶利用這些高級(jí)圖元直接構(gòu)造幾何模型，如二維的圓和矩形以及三維的塊、球、錐和柱。ANSYS 程序提供了兩種實(shí)體建模方法：自頂向下與自底向上。ANSYS 軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊、分析計(jì)算模塊和后處理模塊。該軟件能實(shí)現(xiàn)多場及多場耦合功能，集前后處理?；静襟E為：（1）研究分析結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，包括結(jié)構(gòu)形狀與邊界、載荷工況等；（2）將連續(xù)體劃分成為有限單元，形成計(jì)算模型，包括確定單元類型與邊界條件、材料特性等；（3）以單元節(jié)點(diǎn)位移作為未知量，選擇適當(dāng)?shù)奈灰坪瘮?shù)來表示單元中的位移，再用位移函數(shù)求單元中的應(yīng)變，根據(jù)材料的物理關(guān)系，把單元的應(yīng)力也用位移函數(shù)表示出來，最后將作用在單元上的載荷轉(zhuǎn)化為作用在單元上的等效節(jié)點(diǎn)力，建立單元等效節(jié)點(diǎn)力和節(jié)點(diǎn)位移的關(guān)系，這就是單元特性分析；（4）利用結(jié)構(gòu)力的平衡條件和邊界條件把各個(gè)單元按原來的結(jié)構(gòu)重新連接起來，集合成整體的有限元方程，求解節(jié)點(diǎn)位移。有限元的基本思想是“分與合” ，分是為了劃分單元，進(jìn)行單元分析，合則是為了集合單元，對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析。最后把所有單元的這種特殊關(guān)系集合起來，就可建立整個(gè)物體的平衡方程組。節(jié)點(diǎn)一般都在單元邊界上，單元之間通過節(jié)點(diǎn)連接，并承受一定載荷，這樣就組成了有限單元集合體。由于有限單元的分割和節(jié)點(diǎn)的配置非常靈活，它可適應(yīng)于任意復(fù)雜的幾何形狀，處理不同的邊界條件。由于我的水平有限，設(shè)計(jì)中存在缺陷和錯(cuò)誤在所難免，敬請(qǐng)廣大讀者以及業(yè)內(nèi)人士專家批評(píng)指正。目前國內(nèi)外汽車的零部件均采用有限元分析的方法驗(yàn)證其在各種工況下的可靠性。目前而言轎車生產(chǎn)廠商在生產(chǎn)轎車時(shí)都會(huì)對(duì)其零部件進(jìn)行靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)分析，以確保零件的安全性能，另外，轎車在行駛過程中，零部件要受到各種交變載荷，在這種交變載荷的反復(fù)作用下，會(huì)發(fā)生裂紋萌生和擴(kuò)展并