轉向機殼體結構強度仿真

王志剛

（杭州電子科技大學 機械工程學院,杭州 310018）

轉向機殼體結構強度仿真

王志剛

（杭州電子科技大學 機械工程學院,杭州 310018）

轉向機是汽車轉向系統重要的安全機構，其結構設計的好壞直接影響著行車安全。本文借助有限元仿真技術對轉向機殼體結構進行結構強度性能評估，以驗證其結構設計的可靠性。

轉向機;仿真;可靠性

1 材料說明

汽車轉向機作為安全部件，其結構需滿足諸如靜扭、沖擊等多種強度要求[1]。因此，對轉向機殼體結構進行靜扭強度分析，以評估其設計的有效性。

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

表1 主要材料及其參數

2 有限元模型建立

由于轉向機殼體結構較為復雜，通過傳統的理論計算公式不能直接獲得其結構強度值，以及判別其結構設計是否合理。根據轉向機殼體結構的力學特點，提出采用有限元仿真技術來驗證殼體結構設計合理性，以及是否滿足工況要求。

對殼體結構進行網格劃分，最終獲得如圖1殼體有限元模型。

圖1 殼體有限元模型

轉向機輸入軸可施加的最大轉向力矩300Nm，根據殼體受力平衡，理論計算殼體在極限狀態的受力，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 結構應力分析

基于有限元仿真平臺，最終獲得如圖2結構應力云圖。

圖2 結構應力云圖

通過解算器解算，可知殼體最大等效應力約為212MPa，小于材料抗拉極限240MPa，結構設計滿足要求。

圖3 位移云圖

如圖3，轉向機殼體位移變形最大值為0.393mm，可以忽略不計，因此轉向機的結構穩定性得到了保證。

因此，最終認為轉向機殼體結構最大等效應力大于屈服應力而小于極限應力，認為結構在扭矩的作用下結構發生了塑性變形，但是尚未達到斷裂應力。

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

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