1 引言
转向节作为重要的底盘元件，连接轮胎与底盘结构。它承受转向轮的垂向负荷及路面对汽车的冲击，同时还要承受转弯和制动等动作而产生的侧向和纵向力及力矩。因此对转向节在强度、抗冲击性以及可靠性方面都有要求，故转向节的设计通常都会进行过量设计。然而，由于位置特殊，连接部件较多，为了避免运动干涉，转向节的设计又受到空间的限制，从而出现薄弱部位或应力集中部位，导致转向节强度、疲劳等性能不能满足要求，引起行车安全。鉴于转向节的强度和疲劳直接关系到整车的安全性，有必要对其进行详细的考量。随着有限元的发展，可利用多体动力学对转向节在行车过程中的姿态和载荷进行仿真，并利用有限元软件对转向节进行强度和疲劳分析。
2 转向节载荷获取
转向节与多个底盘元件连接，承受和传递多个方向的力及力矩，因此，在利用多体仿真提取转向节载荷时，应根据转向节具体的载荷传递途径，建立合理的多体模型。
2.1受力分析
以麦弗逊悬架为例，转向节与车轴、支柱、下摆臂、转向拉杆连接。不同工况下轮胎着地点处载荷、车身姿态均不同，故转向节承受的力和力矩也不一致，表1定性地分析了不同工况下的转向节受力。
表1 转向节受力分析
图1 转向节结构及受力
2.2仿真工况
转向节在汽车行驶过程中，需要考虑以下三种工况：上下颠簸（垂向冲击）、左右转向（侧向力）、前进制动（纵向力）。施加的载荷（或冲击）及评判标准可由试验体系确定，通常可通过对台架试验和道路可靠性试验进行总结得到。
表2 仿真工况
2.3多体模型及仿真
在ADAMS/ACAR模块下建立悬架多体模型（不含轮胎模型），在轮心及轮胎着地点分别建立Marker，并在其上定义motion、Vforce等，用于
施加位移及载荷。为提取制动钳处的载荷，转向节采用柔性体，用Revolute模拟车轴与转向节的连接，用bushing模拟制动力矩对制动钳安装支耳的作用。最终多体模型如图2所示。
图2 多体模型示意图
根据不同的工况，确定单轮的载荷，并以力（或力矩）的形式施加到轮心或轮胎着地点，通过仿真获得转向节各接附点的载荷（或载荷谱），用于强度（或疲劳）计算。
3 强度分析
转向节采用四面体单元，考虑材料非线性，利用惯性释放法，进行转向节强度计算。
图3 转向节制动工况计算结果
转向节计算结果如下表。
表3 转向节计算结果
4 结论
(1)利用多体动力学对转向节进行载荷分解，特别是在多体建模中考虑制动钳对转向节的作用，可准确地反映台架试验工况中，转向节的受力情况。
(2)对一些在试验中失效的转向节，进行同样的强度分析，开裂位置与计算结果保持一致。后期的试验验证证明计算结果可以对转向节强度进行评价和控制。
(3)转向节通常破坏形式为疲劳破坏，利用Adams模型提取动态载荷，可进行转向节疲劳计算。
核心关注：拓步ERP系统平台是覆盖了众多的业务领域、行业应用，蕴涵了丰富的ERP管理思想，集成了ERP软件业务管理理念，功能涉及供应链、成本、制造、CRM、HR等众多业务领域的管理，全面涵盖了企业关注ERP管理系统的核心领域，是众多中小企业信息化建设首选的ERP管理软件信赖品牌。
转载请注明出处：拓步ERP资讯网http://www.toberp.com/
本文标题：基于多体动力学仿真的转向节强度分析
相关文章
