转向机壳体结构强度仿真

王志刚

（杭州电子科技大学 机械工程学院,杭州 310018）

转向机壳体结构强度仿真

王志刚

（杭州电子科技大学 机械工程学院,杭州 310018）

转向机是汽车转向系统重要的安全机构，其结构设计的好坏直接影响着行车安全。本文借助有限元仿真技术对转向机壳体结构进行结构强度性能评估，以验证其结构设计的可靠性。

转向机;仿真;可靠性

1 材料说明

汽车转向机作为安全部件，其结构需满足诸如静扭、冲击等多种强度要求[1]。因此，对转向机壳体结构进行静扭强度分析，以评估其设计的有效性。

壳体材料为铸铝，金属型铸造、热处理T6，其抗拉强度σb (MPa)：≥240，布氏硬度100-125。

表1 主要材料及其参数

2 有限元模型建立

由于转向机壳体结构较为复杂，通过传统的理论计算公式不能直接获得其结构强度值，以及判别其结构设计是否合理。根据转向机壳体结构的力学特点，提出采用有限元仿真技术来验证壳体结构设计合理性，以及是否满足工况要求。

对壳体结构进行网格划分，最终获得如图1壳体有限元模型。

图1 壳体有限元模型

转向机输入轴可施加的最大转向力矩300Nm，根据壳体受力平衡，理论计算壳体在极限状态的受力，作为载荷定义。

齿轮轴承1切向力 Ft_1=11.27KN

齿轮轴承1径向力 Fr_1=4.79KN

齿轮轴承2切向力 Ft_2=24.43KN

齿轮轴承2径向力 Fr_2=9.95KN

齿轮支承轴向力 Fa=20.85KN

齿条支撑块推力Fp=7.73KN

齿条支撑块齿条径向力 Fr_3=14.74KN

将壳体与整车连接处固定，作为约束定义。

3 结构应力分析

基于有限元仿真平台，最终获得如图2结构应力云图。

图2 结构应力云图

通过解算器解算，可知壳体最大等效应力约为212MPa，小于材料抗拉极限240MPa，结构设计满足要求。

图3 位移云图

如图3，转向机壳体位移变形最大值为0.393mm，可以忽略不计，因此转向机的结构稳定性得到了保证。

因此，最终认为转向机壳体结构最大等效应力大于屈服应力而小于极限应力，认为结构在扭矩的作用下结构发生了塑性变形，但是尚未达到断裂应力。

[1]李晏,王瑾,徐皓等.汽车转向器齿轮齿条的建模与仿真研究[J].现代制造工程,2010.

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