1、 1 基于 ANSYS 的转向节强度分析 1.前言 转向节是汽车转向桥上的主要零件之一，形状比较复杂，集中了轴、套、 盘环、叉架等四类零件的结构特点，主要由支承轴颈、法兰盘、叉架三大部分 组成。支承轴颈的结构形状为阶梯轴，其结构特点是由同轴的外圆柱面、圆锥 面、螺纹面，以及与轴心线垂直的轴肩、过渡圆角和端面组成的回转体；法兰 盘包括法兰面、均布的连接螺栓通孔和转向限位的螺纹孔；叉架是由转向节的 上、下耳和法兰面构成叉架形体的。 转向节的功用是承受汽车前部载荷，支承并带动前轮绕主销转动而使汽车 转向。在汽车行驶状态下，它承受着多变的冲击载荷，其使用是否可靠直接关系 到车辆的行驶安全性，因此利用A
2、NSYS软件对转向节零部件进行强度分析十分必要。 ANSYS软件可以较全面地对汽车结构进行分析计算，能显著减少设计与制造费用， 增强对所设计产品的信心， 在汽车零部件设计和整车结构设计的模态分析等领域将具 有广阔的应用前景1。 2.转向节锻件结构类型 根据综合锻造方位与形体要素组合差别, 建议将常见转向节锻件结构归类如下。 (1) 卧锻“轴- 盘- 叉”结构(代号H1) 转向节锻件。这是一种经典结构(图1) , 在 中、轻型卡车的转向桥上应用最多, 产量也最多。 (2) 卧锻“轴盘叉臂”结构(代号H2)转向节锻件。这种结构在H1 类的叉上附 加了臂,复杂程度高。目前应用不多, 已见报道应用于某
3、客车转向桥 19 (图2) 。 2 (3) 卧锻“轴盘筒臂”结构(代号H3)转向节锻件。这种结构的轴、盘与H1 和 H2 类似,但以筒(一般为盲孔) 替代了耳(叉) , 臂附着于筒侧(图3) 。应用于微型车 转向桥。 (4) 立锻“轴盘叉”结构(代号V1) 转向节锻件。这是立锻的经典结构, 其特点 是在盘部锻出了卧锻无法成形的凹穴(图4) , 便于成形较大间距的叉部。应用于多种 车型的转向桥。 (5) 立锻“轴盘叉臂”结构(代号V2)转向节锻件。这种结构在V1 类的盘上附 加了臂(图5) , 复杂程度提高。应用于多种车型的转向桥或转向驱动桥。 3 (6) 立锻成形的“轴盘臂”结构( 代号V3)
4、 转向节锻件。这种结构是V2 类的一 种简化(图6) , 尽管盘结构较V1 和V2 复杂, 但总体复杂程度与V1 类相当。已见应 用于中巴转向桥。 (7) 立锻“盘叉臂”结构(代号V4) 转向节锻件。这是一种用于转向驱动桥的转 向节, 中央部位的过孔长径比不大, 但又不便冲出通孔, 孔内加余块, 可看作盘附 带了台阶(图7) , 是V2 类另一种简化。 4 (8) 立锻“孔盘 (叉) 臂”结构(代号V5) 转向节锻件。这也是一种用于转向 驱动桥的转向节, 其结构的明显特点是中央需冲孔(图8) ,盘、叉、臂与V2 类似, 臂 特别长的V5 类(图8b)就转化为大头带枝叉、小头有弯曲的连杆类锻件。
5、V4 , V5 类 一般应用于轿车或小型越野车。 此外, 还有一些结构复杂程度更高的转向节锻件, 主要体现在带有2 支或2 支以上 空间弯曲的臂(图9a) 。也有结构复杂程度较低的转向节锻件, 如某轿车的“孔盘 耳” 结构转向节锻件(图9b) 、 某微型车的 “轴盘筒” 结构转向节锻件( 图9c) 、 某吉普车的“轴(切削成孔) 球碗”结构转向节锻件等2。 3.有限元模拟在汽车转向节锻造设计中的应用 近年来，有限元模拟技术得到了迅速发展，并被应用到转向节锻造过程的数值模 5 拟中。国内这方面的研究有：参考文献3 ,4采用数值模拟软件分别对汽车转向节和 汽车半轴套管成形过程进行模拟优化,改进了模
6、锻工艺,达到了预期效果,并应用于实 际生产中。5文献 6以STEYR 转向节为例，采用刚塑性有限元模拟计算程MAFAP， 通过选取典型截面，对变形过程进行了模拟。文献7提出了一种基于欧拉描述的有 限变形轴对称有限元计算方法，并用其模拟转向节的锻造成形过程。文献8利用 DEFORM 软件针对奔驰重卡转向节的挤压锻造进行了有限元分析。 文献9采用三维有 限元法对某异形转向节热成形工艺过程进行了模拟分析。以上研究，通过不同的有限 元方法对转向节的锻造过程进行了模拟， 并通过实验验证了有限元锻造过程模拟的有 效性。 Deform3D有限元分析软件在转向节锻造设计有广泛的应用。 运用Deform3D有限元 分析软件对转向节两种坯料成形过程进行模拟分析，通过成形过程中金属的流动情 况，可以确定合理的制坯形状，根据模拟确定的毛坯可以成功地试制出盘式转向节模 锻件。通过有限元模拟技术进行虚拟的材料加工过程，比较和判断坯料的合理性，可 以极大地节省生产成本和提高生产效率。10 用用Deform3DDeform3D有限元
