轉(zhuǎn)向機(jī)殼體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度仿真

王志剛

（杭州電子科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,杭州 310018）

轉(zhuǎn)向機(jī)殼體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度仿真

王志剛

（杭州電子科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,杭州 310018）

轉(zhuǎn)向機(jī)是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)重要的安全機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞直接影響著行車安全。本文借助有限元仿真技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)向機(jī)殼體結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能評(píng)估，以驗(yàn)證其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性。

轉(zhuǎn)向機(jī);仿真;可靠性

1 材料說明

汽車轉(zhuǎn)向機(jī)作為安全部件，其結(jié)構(gòu)需滿足諸如靜扭、沖擊等多種強(qiáng)度要求[1]。因此，對(duì)轉(zhuǎn)向機(jī)殼體結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜扭強(qiáng)度分析，以評(píng)估其設(shè)計(jì)的有效性。

殼體材料為鑄鋁，金屬型鑄造、熱處理T6，其抗拉強(qiáng)度σb (MPa)：≥240，布氏硬度100-125。

表1 主要材料及其參數(shù)

2 有限元模型建立

由于轉(zhuǎn)向機(jī)殼體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，通過傳統(tǒng)的理論計(jì)算公式不能直接獲得其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度值，以及判別其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理。根據(jù)轉(zhuǎn)向機(jī)殼體結(jié)構(gòu)的力學(xué)特點(diǎn)，提出采用有限元仿真技術(shù)來驗(yàn)證殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性，以及是否滿足工況要求。

對(duì)殼體結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，最終獲得如圖1殼體有限元模型。

圖1 殼體有限元模型

轉(zhuǎn)向機(jī)輸入軸可施加的最大轉(zhuǎn)向力矩300Nm，根據(jù)殼體受力平衡，理論計(jì)算殼體在極限狀態(tài)的受力，作為載荷定義。

齒輪軸承1切向力 Ft_1=11.27KN

齒輪軸承1徑向力 Fr_1=4.79KN

齒輪軸承2切向力 Ft_2=24.43KN

齒輪軸承2徑向力 Fr_2=9.95KN

齒輪支承軸向力 Fa=20.85KN

齒條支撐塊推力Fp=7.73KN

齒條支撐塊齒條徑向力 Fr_3=14.74KN

將殼體與整車連接處固定，作為約束定義。

3 結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析

基于有限元仿真平臺(tái)，最終獲得如圖2結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖。

圖2 結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖

通過解算器解算，可知?dú)んw最大等效應(yīng)力約為212MPa，小于材料抗拉極限240MPa，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足要求。

圖3 位移云圖

如圖3，轉(zhuǎn)向機(jī)殼體位移變形最大值為0.393mm，可以忽略不計(jì)，因此轉(zhuǎn)向機(jī)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得到了保證。

因此，最終認(rèn)為轉(zhuǎn)向機(jī)殼體結(jié)構(gòu)最大等效應(yīng)力大于屈服應(yīng)力而小于極限應(yīng)力，認(rèn)為結(jié)構(gòu)在扭矩的作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生了塑性變形，但是尚未達(dá)到斷裂應(yīng)力。

[1]李晏,王瑾,徐皓等.汽車轉(zhuǎn)向器齒輪齒條的建模與仿真研究[J].現(xiàn)代制造工程,2010.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.086