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隨著運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，中國公路的發(fā)展模式正在從低噸位、低完好率、低速的卡車向高噸位、高完好率、高速的重卡發(fā)展，運(yùn)輸市場對重型卡車的需求急劇增加。重卡的雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)比以往的單橋轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)要復(fù)雜得多，作為轉(zhuǎn)向系總成的重要組成部件，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的各部件在汽車的轉(zhuǎn)向操作過程中承受著復(fù)雜的空間載荷的作用，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析是設(shè)計(jì)過程中一個(gè)不可缺少的過程。
本研究分析重卡的雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)力的傳遞特性，建立主要部件的有限元模型，應(yīng)用大型有限元分析軟件ANSYS對主要部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行分析，并用電測法對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。通過計(jì)算、分析與測試，為進(jìn)一步確定轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各個(gè)部件的設(shè)計(jì)合理性建立準(zhǔn)確而快捷的途徑。
重卡的雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)簡圖見圖。在轉(zhuǎn)向過程中，來自于方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)位移經(jīng)轉(zhuǎn)向器傳遞到雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。
作用在方向盤上的主動(dòng)力矩，通過轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向搖臂施加在轉(zhuǎn)向縱拉桿上，通過轉(zhuǎn)向縱拉桿向后面的部件傳遞。在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析時(shí)，本研究對象包括轉(zhuǎn)向縱拉桿、過渡搖臂(前、后)、轉(zhuǎn)向節(jié)臂(第一、二橋)、搖臂直拉桿、直拉桿(前后)、橫拉桿(第一、二橋)在內(nèi)的空間桿系結(jié)構(gòu)，將轉(zhuǎn)向縱拉桿傳遞的力F；作為主動(dòng)力。F的大小與作用在方向盤上的主動(dòng)力矩、轉(zhuǎn)向器的力傳動(dòng)比及轉(zhuǎn)向搖臂的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。由于直拉桿可近似為二力桿件，并且截面形狀規(guī)則。通過應(yīng)力測試的方法得到其中性面上的正應(yīng)力。
獲得轉(zhuǎn)向縱拉桿傳遞的力F后，把F模擬實(shí)際受力情況加載在過渡搖臂上，加載求解后，在ANSYS中選定過渡搖臂上連接第一直拉桿和聯(lián)動(dòng)桿的所有節(jié)點(diǎn)，求解出其作用在過渡搖臂上的反作用力F2和F3。將F2和F3作為主動(dòng)力分別加在第一直拉桿和聯(lián)動(dòng)桿上，運(yùn)用同樣的方法可以求出其他相關(guān)桿件上的反作用力，把這些反作用力作為主動(dòng)力加在相關(guān)桿件上。這樣便確定了相關(guān)從動(dòng)桿件的力。
根據(jù)有限元分析的理論，結(jié)構(gòu)單元類型的選擇，與計(jì)算的精度和速度有密切關(guān)系。綜合考慮雙前橋的結(jié)構(gòu)和受力特點(diǎn)，選取三維8節(jié)點(diǎn)單元(ANSYS中Solid45單元)。Solid45單元為三維固體結(jié)構(gòu)單元，由8個(gè)節(jié)點(diǎn)組成。在單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)上都有三個(gè)自由度，即沿著三個(gè)坐標(biāo)軸的方向。這種單元可以進(jìn)行塑性、蠕變、應(yīng)力硬化、大變形和大應(yīng)變分析，關(guān)于Solid45單元的幾何形狀、節(jié)點(diǎn)方向以及坐標(biāo)軸取向如圖所示。
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