转向臂强度有限元分析0传感器
发布时间:2022-09-19 23:15:25
转向臂强度有限元分析
转向臂强度有限元分析 2011年12月04日 来源: 摘要:本文对转向系统的典型零部件-转向臂,应用有限元分析的理论,进行了强度分析,得到了转向臂的应力分布图。通过分析,能对转向臂的结构优化提供基础,进而提高重型越野车的机动灵活性。关键词:汽车 制动系统 MSC.Nastran MSC.ADAMS1 概述 机械结构的应力、应变计算与分析是机械产品设计的重要一环,它直接关系到最终产品设计的成功与否,及品质的好坏和成本的高低。以往应用材料力学和弹性力学的方法计算,由于几何形状和载荷的复杂性,使得大多数的实际问题难以得到封闭式的数学解,不得不对结构及其受力与约束状态做很大的简化,其计算结果往往与实际情况相差很远,甚至失去了分析计算的意义。在验算机械结构的强度与刚度时,为了可靠起见,常常选择过大的安全系数,造成所设计的机械结构尺寸和重量偏大;另一方面,由于计算分析的粗略性,也可能出现某些薄弱环节或局部的强度、刚度不足。 由于转向性能直接影响到重型越野车的机动灵活性、操纵稳定性和使用经济性,因此对重型越野车转向系统的设计提出了更高的要求。转向系统不仅要实现转向时的协调运动,还必须有足够的强度,保证在各种复杂受力的情况下其零部件不会损坏。在满足以上要求的情况下,尽量减轻质量,以减轻整车重和降低材料消耗。为此,需选用适当的算法,对转向机构零部件进行有限元分析,从而为转向机构的设计和制造提供理论依据。传统的转向系统的设计方法是依赖已有的产品,经过类比分析后进行局部地改动,只能近似地满足功能要求,无法提高整车的使用经济性,零部件的结构一般得不到改进,更无法做到经济合理。同时,随着重型越野车系列化的发展,新产品更新换代的加快,转向系统的设计周期也将大幅度的缩短。因此,为了实现重型越野车转向机构设计的合理性和快速性,需要对其结构和性能进行分析,研究出重型越野车转向系统的优化设计系统。 2 有限元模型的建立 由于转向传动机构的零部件比较多,现选择受力情况比较复杂的转向臂、进行有限元分析。 2.1 网格划分 采用体单元进行网格划分。结点数和单元数见表1。
表1 转向臂的结点数和单元数
2.2 材料与属性 计算中所使用的材料参数如下: 合金钢的材料参数: 弹性模量:206GPa 材料密度:7.9e+3kg/m3 泊松比:0.3 长度单位为:mm 2.3 转向臂有限元模型受力和约束图 工况一: 一桥左轮卡死,其它车轮打滑时,忽略各个构件间的摩擦力和质量,得到一桥转向节臂受到助力系统给的42390N,一桥左侧拉杆给的30177N的力。力和约束图见图1。
图1 一桥转向节臂工况一的力和约束图
工况二: 一桥右轮卡死,其它车轮打滑时,忽略各个构件间的摩擦力和质量,得到一桥转向节臂受到助力系统给的42390N,一桥横拉杆给的45390N的力。一桥转向节臂的力和约束图,见图2。 工况三: 一桥左右轮匀速转动,二桥车轮打滑时,忽略各个构件间的摩擦力和质量,得到一桥转向节臂受到助力系统给的42390N,一桥左侧拉杆给的15082N,一桥横拉杆给的22695N的力。一桥转向节臂的力和约束图,见图3。3 计算结果图4 分析与结论 由图4、5、6可得到转向节臂的最大应力smax=568MPa ,该转向节臂的材料许用应力值为:σb=980MPa。 通过对转向臂的大量分析可知,在不同的工况下,转向节臂的最大应力都集中在截面高度变化迅速的地方,其余断面处的最大应力都集中在360MPa左右,因此在设计转向臂时,应尽可能的避免截面在高度方向上的变化,同时,对有高度变化的过渡地方进行加强,增大截面积;对零件平直的地方应力很小,可以减小截面积。 因此,对转向节臂进行优化设计,将转向节臂的最大应力值都控制在360MPa,既达到降低应力的目的,又可以进行轻质化设计。 5 参考文献[1] MSC.Patran User’s Manual, Volume4,Part9: PCL[2] 贾志中编 《弹性稳定》 煤炭工业出版社 1989(end)
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