1 引言
轉(zhuǎn)向節(jié)作為重要的底盤元件,連接輪胎與底盤結(jié)構(gòu)。它承受轉(zhuǎn)向輪的垂向負(fù)荷及路面對汽車的沖擊,同時還要承受轉(zhuǎn)彎和制動等動作而產(chǎn)生的側(cè)向和縱向力及力矩。因此對轉(zhuǎn)向節(jié)在強度、抗沖擊性以及可靠性方面都有要求,故轉(zhuǎn)向節(jié)的設(shè)計通常都會進行過量設(shè)計。然而,由于位置特殊,連接部件較多,為了避免運動干涉,轉(zhuǎn)向節(jié)的設(shè)計又受到空間的限制,從而出現(xiàn)薄弱部位或應(yīng)力集中部位,導(dǎo)致轉(zhuǎn)向節(jié)強度、疲勞等性能不能滿足要求,引起行車安全。鑒于轉(zhuǎn)向節(jié)的強度和疲勞直接關(guān)系到整車的安全性,有必要對其進行詳細(xì)的考量。隨著有限元的發(fā)展,可利用多體動力學(xué)對轉(zhuǎn)向節(jié)在行車過程中的姿態(tài)和載荷進行仿真,并利用有限元軟件對轉(zhuǎn)向節(jié)進行強度和疲勞分析。
2 轉(zhuǎn)向節(jié)載荷獲取
轉(zhuǎn)向節(jié)與多個底盤元件連接,承受和傳遞多個方向的力及力矩,因此,在利用多體仿真提取轉(zhuǎn)向節(jié)載荷時,應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向節(jié)具體的載荷傳遞途徑,建立合理的多體模型。
2.1受力分析
以麥弗遜懸架為例,轉(zhuǎn)向節(jié)與車軸、支柱、下擺臂、轉(zhuǎn)向拉桿連接。不同工況下輪胎著地點處載荷、車身姿態(tài)均不同,故轉(zhuǎn)向節(jié)承受的力和力矩也不一致,表1定性地分析了不同工況下的轉(zhuǎn)向節(jié)受力。
表1 轉(zhuǎn)向節(jié)受力分析
圖1 轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)及受力
2.2仿真工況
轉(zhuǎn)向節(jié)在汽車行駛過程中,需要考慮以下三種工況:上下顛簸(垂向沖擊)、左右轉(zhuǎn)向(側(cè)向力)、前進制動(縱向力)。施加的載荷(或沖擊)及評判標(biāo)準(zhǔn)可由試驗體系確定,通?赏ㄟ^對臺架試驗和道路可靠性試驗進行總結(jié)得到。
表2 仿真工況
2.3多體模型及仿真
在ADAMS/ACAR模塊下建立懸架多體模型(不含輪胎模型),在輪心及輪胎著地點分別建立Marker,并在其上定義motion、Vforce等,用于
施加位移及載荷。為提取制動鉗處的載荷,轉(zhuǎn)向節(jié)采用柔性體,用Revolute模擬車軸與轉(zhuǎn)向節(jié)的連接,用bushing模擬制動力矩對制動鉗安裝支耳的作用。最終多體模型如圖2所示。
圖2 多體模型示意圖
根據(jù)不同的工況,確定單輪的載荷,并以力(或力矩)的形式施加到輪心或輪胎著地點,通過仿真獲得轉(zhuǎn)向節(jié)各接附點的載荷(或載荷譜),用于強度(或疲勞)計算。
3 強度分析
轉(zhuǎn)向節(jié)采用四面體單元,考慮材料非線性,利用慣性釋放法,進行轉(zhuǎn)向節(jié)強度計算。
圖3 轉(zhuǎn)向節(jié)制動工況計算結(jié)果
轉(zhuǎn)向節(jié)計算結(jié)果如下表。
表3 轉(zhuǎn)向節(jié)計算結(jié)果
4 結(jié)論
(1)利用多體動力學(xué)對轉(zhuǎn)向節(jié)進行載荷分解,特別是在多體建模中考慮制動鉗對轉(zhuǎn)向節(jié)的作用,可準(zhǔn)確地反映臺架試驗工況中,轉(zhuǎn)向節(jié)的受力情況。
(2)對一些在試驗中失效的轉(zhuǎn)向節(jié),進行同樣的強度分析,開裂位置與計算結(jié)果保持一致。后期的試驗驗證證明計算結(jié)果可以對轉(zhuǎn)向節(jié)強度進行評價和控制。
(3)轉(zhuǎn)向節(jié)通常破壞形式為疲勞破壞,利用Adams模型提取動態(tài)載荷,可進行轉(zhuǎn)向節(jié)疲勞計算。
核心關(guān)注:拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用,蘊涵了豐富的ERP管理思想,集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念,功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理,全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域,是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。
轉(zhuǎn)載請注明出處:拓步ERP資訊網(wǎng)http://www.ezxoed.cn/
本文標(biāo)題:基于多體動力學(xué)仿真的轉(zhuǎn)向節(jié)強度分析
本文網(wǎng)址:http://www.ezxoed.cn/html/solutions/14019316502.html