基于HYPERMESH某校车转向零部件强度分析

张枫

摘 要：文章采用UG三维软件建模，运用Hypermesh 对零部件进行有限元分析，对某校车转向系统零部件进行分析，得出分析结果，从分析结果得出需要优化部位，在不影响转向性能的前提下，实现该转向系统的优化设计。关键词：转向系统;有限元分析;UG;Hypermesh中图分类号：U467  文献标识码：B  文章编号：1671-7988（2019）01-42-03

Strength checking and optimization of steering parts of a school bus basedon HYPERMESH

Zhang Feng

（ Anhui jianghuai automobile group co. LTD， Anhui Hefei 230601 ）

Abstracts：This paper uses UG 3D software modeling， uses Hypermesh to analyze the components of a school bus steering system with finite element analysis， and analyzes the components of a school bus steering system. The analysis results are obtained. From the analysis results， the optimized parts are obtained， and the steering performance is not affected. The optimal design of the steering system is realized.Keywords： Steering system; Finite element analysis; UG; HypermeshCLC NO.： U467  Document Code： B  Article ID： 1671-7988（2019）01-42-03

引言

汽车转向系统是用于改变或保持汽车行驶方向的专门机构。起作用使汽车在行驶过程中能按照驾驶员的操纵要求而适时地改变其行驶方向，并在受到路面传来的偶然冲击及汽车意外地偏离行驶方向时，能与行驶系统配合共同保持汽车继续稳定行驶。因此，转向系统的性能直接影响着汽车的操纵稳定性和安全性，对汽车的行驶安全至关重要，因此汽车转向系统的零件都称为保安件。本文对一种液压动力转向系统的零部件强度进行理论分析，通过结果分析对零部件进行优化，也对汽车试验提供了理论依据。

1 转向系统零部件组成及参数

此转向系统由方向盘、转向传动轴总成、转向器总成、转向直拉杆总成、转向节臂、转向梯形臂、转向横拉杆组成（如图1）各零部件材料如表1。此分析针对液压动力带来的影响，因转向器总成参数符合前桥载荷的要求，而转向传动轴总成及方向盘是转向器上部零部件，液压助力对其强度影响不大;因此本文主要对液压助力影响较大的转向器垂臂、转向直拉杆总成、转向节臂、转向梯形臂及转向横拉杆总成进行强度分析。

2 模型的建立

2.1 直拉杆及横拉杆计算模型

直拉杆和横拉杆是截面规则的管状结构，而且工作时主要是产生拉压变形，故只校核其拉压应力，计算可按照下面模型进行。

σ：拉杆应力  M：力学连线的偏心处产生的力矩

F：拉杆受的拉力或压力

l：拉杆长度       E：弹性模量

Iz：截面惯性矩   A：截面面积

D：截面大径      d：截面小径

2.2 垂臂、转向节臂及转向梯形臂计算模型

垂臂、转向节臂及转向梯形臂的截面不规则，而且受力比较复杂，运用有限元分析软件对其应力进行分析。用UG建立三维模型，并用hypermesh建立有限元模型。模型如表2：

3 零部件強度计算

3.1 零部件极限受力分析

3.1.1 轮胎左转极限

此时左轮限位，直臂不受力，弯臂受力（暂不作分析）。

3.1.2 轮胎右转极限

此时右轮限位，转向器扭矩达到最大，为此状态下的力源为转向器扭矩，受力分析如下：

经查图

M：转向器最大输出扭矩   12000000N.mm

L：垂臂长度                  165mm

θ1：垂臂直拉杆夹角           132°

θ2：直拉杆与水平面夹角       11°

θ3：转向节臂与直拉杆水平面投影夹角  62°

θ4：转向梯形臂与横拉杆夹角   75°

R1：转向节臂半径             185mm

L1：横拉杆左力臂             177mm

L2：横拉杆右力臂             115mm

计算得：

F₁垂臂力  7272NF₂：直拉杆力  9776N

F₃：转向节臂力  8471NF₄：轉向梯形臂力  8546N

F₅：横拉杆力  8854N

3.2 轮胎右转极限时的屈服安全系数

用公式1对直拉杆和横拉杆分别计算得：

直拉杆最大应力：σ_直=101.2MPa

横拉杆最大应力σ_横=22.8MPa

用hypermesh软件对垂臂、转向节臂和转向梯形臂分别分析得到应力及统计结果如下表3：

3.3 应力及安全系数计算结果统计（表4）

4 结论

在右转极限时转向节臂的屈服安全系数1.0，不满足σ_屈服≥1.5要求;垂臂、直拉杆、转向梯形臂和横拉杆的安全系

数分别为2.0、3.5、3.0和13.8，均可满足安全系数的要求。

经过分析可知转向节臂需要加强，加强方式有以下几种，加强方案本文不再赘述。

1）改变转向节臂材料;2）减小转向节臂输入端输出端的落差;3）增大转向节臂截面。

参考文献

[1] 陈家瑞，汽车构造[M].北京：机械工业出版社，2001.

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