转向驱动桥转向节臂的分析与改进

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1、转向驱动桥转向节臂的分析与改进　　摘要：应用有限元法对转向节臂进行结构分析。针对所受承载力不足问题，文中提出新的改进措施，将转向节壳设计成具有转向节臂功能的结构。结果表明，该转向机构具有结构简单，受力均匀，生产成本低等特点，实际使用完全满足设计要求。　　关键词：有限元法；转向驱动桥；转向节臂　　Abstract：Thefiniteelementmethodisusedtoanalyzethesteeringknucklearm，andthecalculationresultisnotsatisf

2、ied.Inthispaper，animprovedsteeringknuckleshellinsteadofthesteeringknucklearm.Theresultsshowthatthenewsteeringmechanismhasthecharacteristicsofsimplestructure，uniformstressdistribution，lowproductioncostandsoon.Itcanmeetthedesignrequirementsinpracticala

3、pplication.　　Keywords：finiteelementmethod；steering-driveaxle；steeringknucklearm　　中图分类号：U463文献标识码：A3　　转向驱动桥有着转向和驱动两种功能。既具有一般驱动桥的主减速器、差速器和半轴，也具有一般转向桥的转向节臂、转向节壳、主销等。驱动时，主减速器将动力通过差速器总成、内半轴、外半轴、轮毂，最后传到轮胎，实现驱动。转向时，转向连杆推拉转向节臂，转向节臂与转向节壳相连，从而带动转向节壳、转向节轴颈、轮毂和轮

4、胎，完成转向。转向驱动桥广泛应用到工程车、越野车和轿车等领域。　　现设计一款转向驱动桥，由于转向节臂尺寸受空间所限，在计算过程中出现承载能力不足的问题，本文对此转向节臂进行了有限元分析，并提出了改进措施。　　1.几何模型的建立　　转向驱动桥结构复杂，采用SolidWorks软件进行建模效率高。再将转向节臂模型导入HyperMesh软件进行网格化分，最后通过ANSYS进行计算。几何模型如图1所示。　　2.有限元模型的建立　　转向节臂模型采用SOLID45单元划分网格。模型共4440个节点，3068

5、个单元。建立刚性单元将受力点与转向节臂轴承孔内节点相连。工况设定为：转向节臂与转向节壳为固定约束，沿实际受力方向加载4500N力。输入材料密度ρ=7.8e-9t/mm3，弹性模量E=2.06e5MPa，泊松比μ=0.3。　　3.求解结果及分析　　将模型导入ANSYS进行后处理。结果显示应力集中在A处如图2所示，应力值为637.559MPa。转向节臂材料选用合金钢40Cr，屈服强度为σs=490MPa，显然计算结果不满足强度要求。　　4.结构改进措施3　　经过多方案讨论，最终将转向节臂取消，转向节

6、壳侧面设计成支耳结构，孔内安装关节轴承直接与转向连杆相连，轮边结构得到了简化。为了验证新的转向节壳强度，同理对它进行了有限元分析。支耳部分采用六面体网格，壳体复杂部分采用四面体网格，划分结果如图3所示。　　经过ANSYS计算表明，转向节壳应力分布均匀，最大应力发生在A处如图4所示，应力值为171.57MPa。转向节壳选用可锻铸铁KTH35-10，屈服变形0.2%时的强度为σ0.2=200MPa，计算结果满足承载要求。　　结论　　新的转向机构具有生产成本低，生产周期短、结构简单、占用空间小等优点。

7、　　转向驱动桥生产后，经过长时间和多种工况试验，新型转向节壳在实际使用中表现良好如图5所示。未出现断裂、变形等失效问题，完全满足设计要求。　　参考文献　　[1]陈家瑞.汽车构造[M].北京：人民交通出版社，1997.　　[2]刘惟信.汽车车桥设计[M].北京：清华大学出版社，2004.　　[3]张洪欣.汽车设计[M].北京：机械工业出版社，1999.3