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基于多体动力学仿真的转向节强度分析

2014/9/27    来源:MSC.Software    作者:王俊翔  欧堪华  廖世辉  陈建华      
关键字:转向节  多体动力学仿真  强度  
本文采用MSC.Adams,建模中引入制动钳对转向节的作用,提取三种工况下转向节的受力,并利用有限元软件,计算并评判转向节强度。

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

表1 转向节受力分析

图1 转向节结构及受力

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

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

图2 多体模型示意图

责任编辑:吴星星
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