[发明专利]一种确定前转向节球头连接结构轴力损失的方法和装置

说明书

本发明为一种确定前转向节球头连接结构轴力损失的方法和装置，涉及汽车技术领域，具体的说是一种确定双横臂式前转向节球头连接结构在误用工况下的轴力损失的方法和装置。本发明是通过有限元分析的手段，建立了转向节、球头、衬套有限元模型，考虑转向节与衬套的过盈配合关系、考虑各接触面的接触关系以及衬套与球头锥面配合预紧轴力；计算过程中，考虑几何非线性和材料非线性，通过转向节球头连接结构在误用载荷作用下球头螺栓轴力随时间的变化，来确定双横臂式前转向节球头连接结构的误用工况下轴力损失，具有计算精度高，计算速度快和适用性强的优点。

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，具体的说是一种确定双横臂式前转向节球头连接结构在误用工况下的轴力损失的方法和装置。

背景技术

双横臂式前悬架结构具有横向刚度大、抗倾性能优异、抓地性能好等优点，被广泛应用于车身宽大的豪华轿车、全尺寸SUV、皮卡甚至超级跑车上。双横臂式前转向节是汽车底盘前悬系统中重要零件之一，转向节作为一种支撑和连接结构，负责传递并承受汽车车轮载荷。转向节与位于控制臂和转向拉杆顶端的球头销相连，保证零部件之间可发生相对运动，以实现车轮的上下跳动和转向。

转向节在工作过程中，由于用户使用不当发生的误用工况，包括轮心向前大负荷、轮心向后大负荷，轮心向上大负荷、接地点向内大负荷、扭转大负荷等工况，转向节球头连接结构要承受较大的、多变的冲击载荷作用。为了保证车辆的操控性和安全性，转向节球头连接结构设计时需要满足在车辆在误用工况下不应出现较大的轴力损失。因为一旦发生轴力损失不容易察觉，会影响转向节球头连接结构的使用寿命，带来安全隐患。严重的会引起转向节球头连接结构断裂，导致车辆失控威胁生命财产安全。

发明内容

本发明提供了一种确定前转向节球头连接结构轴力损失的方法和装置，是通过有限元分析的手段，建立了转向节、球头、衬套有限元模型，考虑转向节与衬套的过盈配合关系、考虑各接触面的接触关系以及衬套与球头锥面配合预紧轴力；计算过程中，考虑几何非线性和材料非线性，通过转向节球头连接结构在误用载荷作用下球头螺栓轴力随时间的变化，来确定双横臂式前转向节球头连接结构的误用工况下轴力损失，具有计算精度高，计算速度快和适用性强的优点。

本发明技术方案结合附图说明如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种确定前转向节球头连接结构轴力损失的方法，包括：

步骤一、建立转向节1、球头螺栓2、衬套3和螺母4的有限元模型；

步骤二、定义各零件的连接关系；

步骤三、计算球头螺栓2的初始轴力；

步骤四、定义各零件非线性材料属性；

步骤五、定义边界条件；

步骤六、施加步骤二的衬套3与转向节1过盈量；

步骤七、预紧过程通过预紧面施加步骤三的球头螺栓2的初始轴力；

步骤八、加载过程采用fixed方法保持球头螺栓2长度不变，在球头点7施加误用工况载荷；

步骤九、卸载过程采用fixed方法保持球头螺栓2长度不变，将误用载荷卸载至零；

步骤十、将有限元模型导入商业有限元分析软件，采用隐式求解的方法，同时考虑几何非线性和材料非线性进行分析计算；

步骤十一、输出预紧过程、加载过程和卸载过程三个阶段球头螺栓2预紧面合力SOF与时间曲线；

步骤十二、计算得出球头螺栓2轴力损失情况。

进一步的，步骤一，所述转向节1建模采用二阶四面体单元；所述球头螺栓2、衬套3是通过二维模型旋转得出，建模采用六面体单元；所述螺母4建模采用六面体单元。