转向节臂强度分析.pdfVIP

设计 计算 研究 转向节臂强度分析 胡艳连刘常青 (陕西重型汽车有 限公司) 摘要：本文利用传统的理论计算方法和有限元方法对某转向节臂强度分别进行分析， 分析结果表明强度满足 要求，从理论上验证 了转 向节臂设计 的合理性 ，为设计提供了理论依据 。 关键词：强度分析；有限元法 Stren g th A n aly si s o f Stee ri n g K n u c k le A rm H u y anli an L i u c h an g-q i ng S h aan xi H ea vy D uty A utom ob i le C o L td In sti tute A utom o ti ve E ng i ne eri ng R &D X i an 7 1004 3 A bstrac t： Stren gth o f steeri ng kn u c k le arm i s di sc ussed w i th tr a di ti o na l th eo ry m eth od an d A N S Y S F E M T h e an aly si s i nd i c ate s streng th o f i t sati sfi es d esi g n requ i red an d p uts forw ard th eoreti c a l b asi s K ey w o rd s ： Str en gth an aly si s； F E M 1理论计算 某转向节臂机构分析 图如图 1 所示： 一 、 Jl L4 I L 1 、 1 1转向阻力矩的计算 静态原地转向阻力矩是汽车使用中最大极限 转向力矩，由三部分组成：转向轮相对主销轴线的 滚动阻力矩 、 轮胎与地面接触部分的滑动摩擦摩 擦力矩 以及转 向车轮的 自动回正力矩所形成 的 AA 阻力矩 。计算公式如下： = M i g f 口= 1666 N m = l 05厢： 4677 N ： M 1 g-aB(si nl+si na2)+y(c os +c os2)= 1675 8 N m b = 45 h = 20 L = 74 C = 29 L l = 190 静态原地转向阻力矩 。 ： 2 = 274 L 3 26 L 4 = 1 10(单位 ： mm ) 图 1转向节臂结构分析图 16 一 o = T l + + = 65 1 8 N m 式中： 汽 车 实 用 技 术 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 设计 计算 研究 厂 车轮滚动阻力系数，0 0 165 ： a 主销偏移距，164 mm； 附着系数，0 7； MI 满 载 加 披 挂装 甲转 向桥 的 负荷 ， 7222 8kg ； g 重力加速度 ，9 8m s ； 轮胎 自由半径，592 姗； 轮胎静力半径，541 衄： 主销 内倾角，8。： 主销后倾角，2。： 口I 内轮 的平均转角，17。； 口2 外轮 的平均转角，15。 i 2转向节臂的强度计算 转 向节臂的作用力计算 ： F： ：13 0 3 6 N 2 0 2 5 ：一F L 4 + L , 一 ：3 5 5 52 7 N 三4 F 1 = F L L =2 2 5 16 7 N 危险截面 A-A 的弯矩和扭矩： = 一 尸 (1+L)(L2-厶 )=585 Mr = F L ：956 7 m 根据第四强度理论， 在危险截面的最大应力点 女 ，弯、扭联合作用的等效应力为： 2OlO 年第 2 期 ： 40-2+3T2： 丽 式中： 材料 40Cr 调制 处理 的屈服极 限， 850M Pa ； 强度储备系数，1 7 3 ； 危 险 截 面 的 弯 曲 截 面 系 数 ， = b2h 危 险 截 面 的 扭 转 截 面 系 数 ， = a bh ， ； 口 与危险截面边长 比 6 有关的系数 ，取 O 3 。 计 算 得 ： z ：2 68M P a ，安 全 系 数 ： O s ： 8 5 O： 3 2 OZ 268 ，可见安全系数满足要求。 2有 限元强度分析 有 限元法是近五十 多年 随着计算机 的发展而 发展起来 的适用于各种结构分析的一种极为有效 的方法 ， 近年来几乎在所有的工程问题上得到了发 展和应用。 它将设计人员丰富的实践经验与计算机 高速精确的计算完美地结合在一起， 大大提高了设 计计算精度 。 本文利用有限元分析软件 Ansys 对转 向节臂进行强度计算 。 2 I有限元模型建立 建立准确而可靠的计算模型是应用有限元法 进行分析的重要步骤之一，建模过程为：先在软件 Pro E 中建立实体模型 ， 再通过标准格式 stp 导入 有 限元分析软件 Ansys 中，从而建立有限元模型。 (1) 实体模型 在 Pro E 中建立实体模型如图 2 所示。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 设计 计算 研 究 图 2 实体模型 (2) 网格剖分 转 向节臂材料为 40Cr，调制处理的屈服极限 图4 转向节臂应力分析结果 为 850MPa，密度为7 81 ， 杨 氏弹性 通过以上的分析结果可 以看出最大应力出现 在危 险截 面处 ，最大值 为 240 7MPa 。安全系数 模量 2 0000 ，泊松 3。单元类 型选 ： ： ：3 5 择实体单元 SOLID186 。 ，单位尺寸设为 5mm 。 OZ 2407 ，可见安全系数满足要求。 网格剖分后的效果见下图 3。 图 3剖分 网格图 2 2边界条件 约束 F l 施力部位的所有 自由度 ； 约束 F2 施力部位的 uY ； 在球销处施加 F 作用力。 2 3计算结果分析 通过 Ansys 软件计算得到的结果如 图 4 所示。 3 结论 通过以上两种不同的分析方法得到 的转向节 臂的最大应力基本相同，安全系数大于 3 安全系 数满足要求 ， 从理论上验证 了转向节臂设计的合理 性 。 参考文献： 1 刘惟信主编 汽车设计M 北京：清华大学出版社， 200