一种基于汽车转向节零部件破坏实验的固定装置的制作方法

1.本实用新型涉及汽车零部件研发制造技术领域，尤其涉及一种基于汽车转向节零部件破坏实验的固定装置。


背景技术：

2.转向节是汽车转向系统中重要的枢纽零件之一，能够使汽车稳定行驶并灵敏传递行驶方向。与汽车的悬架、前车轴、转向系传动机构和制动器相连接，其功能是传递并承受汽车前部载荷，支撑并带动前轮绕主轴销转动而使汽车转向。在汽车行驶转状态下，转向节承受着多变的冲击载荷，因此转向节强度要求极高。转向节在汽车底盘所处的特殊位置和特定的功能使转向节的结构形状极其复杂，并且转向节的制造加工方法很多，涉及铸造、锻造、机械加工以及部分先进制造技术，加工工序复杂，方法多样；转向节作为极不规则的枝权类零件，所受到的载荷情况复杂多变，包括负载、各零件间的约束及路面传递的冲击等，这就对转向节的静强度、抗冲击性、疲劳强度、可靠性等性能提出了严格的要求。由此可见，汽车转向节的性能研究对于提高车辆的使用可靠性和安全性具有重大意义。
3.现有技术中的固定装置，在具体实验过程中，多是在宏观角度分析转向节失效原因，在整车发生碰撞过程中以上因素可能同时作用导致转向节断裂，并且转向节与汽车悬架、前车轴、转向系传动机构和制动器相连接，相互传递能量不均，无法从单一断裂变量来考虑，因此，急需一种较为专业的固定装置一解决上述缺陷。


技术实现要素：

4.本实用新型克服了现有技术的不足，提供一种基于汽车转向节零部件破坏实验的固定装置。
5.为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种基于汽车转向节零部件破坏实验的固定装置，包括：设置在万能机上的固定机构和夹持机构，所述固定机构包括：装配底板以及设置在所述装配底板上的承压板，所述装配底板上一体设置若干承压柱，若干所述承压柱上端一体设置所述承压板，所述装配底板与承压板之间放置转向节，所述固定机构侧面设置夹持机构。
6.所述夹持机构包括：可拆卸连接在万能机上部的连接柱，所述连接柱底面设置装配槽，所述装配柱通过销钉轴连接固定夹具，所述固定夹具包括：上连接构件和下连接构件，所述上连接构件和所述下连接构件以铰接方式连接，所述下连接构件通过转动杆连接转向节。
7.本实用新型一个较佳实施例中，所述上连接构件上部设置连接凸起，所述连接凸起与所述装配槽相适配。
8.本实用新型一个较佳实施例中，在所述连接柱侧面等角度设置若干贯穿的通孔，所述通孔内设置所述销钉轴。
9.本实用新型一个较佳实施例中，在所述连接柱侧面一体设置辅助肋板，所述辅助
肋板用于加强连接强度。
10.本实用新型一个较佳实施例中，所述固定夹具设置为斜角拉伸构件和竖直拉伸构件两种形式中的其中一种。
11.本实用新型一个较佳实施例中，在所述装配底板上表面设置若干定位构件，所述定位构件用于限定所述转向节。
12.本实用新型一个较佳实施例中，所述转向节分为第一待测部和第二待测部，所述第一待测部和所述第二待测部相互连接。
13.本实用新型第二个实施例中，所述装配底板表面可拆卸设置竖直夹持板，所述竖直夹持板通过转动轴连接转向节。
14.本实用新型第二个实施例中，所述转向节上设置贯穿的安装孔，所述安装孔与所述转动轴相适配。
15.本实用新型解决了背景技术中存在的缺陷，本实用新型具备以下有益效果：
16.(1)本实用新型通过将转向节不同的安装位置来获取拉伸破坏极限载荷，能够得到正向韧性断裂失效、剪切失效以及局部颈缩失稳失效3种失效模式，从而获取转向节结构设计的最薄弱环节，为整车碰撞过程中转向节失效风险区域提供可靠依据，避免重复验证试验，减少整车碰撞试验次数，降低试验成本并缩短整车研发周期。
17.(2)本实用新型通过装配柱与装配槽之间相互配合，实现不同固定夹具的更换，在具体试验过程中，可以完成不同的试验形式，以获取更多的转向节的试验数据，使试验实验数据更可靠，另一方面，将固定夹具设置为斜角拉伸构件和竖直拉伸构件两种形式中的其中一种，能够适用于不同的试验需求，进一步扩大固定装置整体的适用范围。
18.(3)本实用新型通过将固定夹具设置为以铰接方式连接的上连接构件和下连接构件，可以保证固定夹具在拉伸转向节时，具备一定的角度调整余量，从而确保拉伸试验的顺利进行。
19.(4)本实用新型通过在装配底板上表面设置的若干定位构件，当固定夹具拉伸转向节一端时，能够起到一定的限位保护作用，防止其脱落伤人，从而提高试验的安全性。另一方面，通过在连接柱侧面一体设置的辅助肋板，有效加强固定机构整体的连接强度，提高固定机构的安全性。
附图说明
20.下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明；
21.图1是本实用新型优选实施例的立体结构图；
22.图2是本实用新型优选实施例的立体结构图。
23.具体地，110-装配底板，120-承压柱，130-承压板，140-转向节， 141-第一待测部，142-第二待测部，150-定位构件，160-辅助肋板， 210-连接柱，220-固定夹具，221-上连接构件，222-连接凸起，223
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下连接构件，230-转动杆。
具体实施方式
24.现在结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构
成。
25.如图1所示，一种基于汽车转向节140零部件破坏实验的固定装置，包括：设置在万能机上的固定机构和夹持机构，固定机构包括：装配底板110以及设置在装配底板110上的承压板130，装配底板110 上一体设置若干承压柱120，若干承压柱120上端一体设置承压板130，装配底板110与承压板130之间放置转向节140，固定机构侧面设置夹持机构。
26.如图2所示，夹持机构包括：可拆卸连接在万能机上部的连接柱 210，连接柱210底面设置装配槽，装配柱通过销钉轴连接固定夹具 220，固定夹具220包括：上连接构件221和下连接构件223，上连接构件221和下连接构件223以铰接方式连接，下连接构件223通过转动杆230连接转向节140，转向节140分为第一待测部141和第二待测部142，第一待测部141和第二待测部142相互连接。
27.本实用新型一个较佳实施例中，通过将转向节140不同的安装位置来获取拉伸破坏极限载荷，能够得到正向韧性断裂失效、剪切失效以及局部颈缩失稳失效3种失效模式，从而获取转向节140结构设计的最薄弱环节，为整车碰撞过程中转向节140失效风险区域提供依据，避免重复验证试验，减少整车碰撞试验次数，降低试验成本并缩短整车研发周期。
28.本实用新型一个较佳实施例中，上连接构件221上部设置连接凸起222，连接凸起222与装配槽相适配。在连接柱210侧面等角度设置若干贯穿的通孔，通孔内设置销钉轴通过装配柱与装配槽之间相互配合，实现不同固定夹具220的更换，在具体试验过程中，可以完成不同的试验形式，以获取更多的转向节140的试验数据，使试验实验数据更可靠。
29.本实用新型一个较佳实施例中，固定夹具220设置为斜角拉伸构件和竖直拉伸构件两种形式中的其中一种，通过将固定夹具220设置为斜角拉伸构件和竖直拉伸构件两种形式中的其中一种，能够适用于不同的试验需求，进一步扩大固定装置整体的适用范围。
30.本实用新型第二个实施例中，通过将固定夹具220设置为以铰接方式连接的上连接构件221和下连接构件223，可以保证固定夹具220 在拉伸转向节140时，具备一定的角度调整余量，从而确保拉伸试验的顺利进行。
31.本实用新型第二个实施例中，(图中未示出)，装配底板表面可拆卸设置竖直夹持板，竖直夹持板通过转动轴连接转向节。转向节上设置贯穿的安装孔，安装孔与转动轴相适配，采用竖直夹持板直接完成第一待测部受力失效的拉伸测验，快速得到第一待测部的受力失效数据。
32.本实用新型一个较佳实施例中，在装配底板110上表面设置若干定位构件150，通过在装配底板110上表面设置的若干定位构件150，当固定夹具220拉伸转向节140一端时，能够起到一定的限位保护作用，防止其脱落伤人，从而提高试验的安全性。在连接柱210侧面一体设置辅助肋板160，通过在连接柱210侧面一体设置的辅助肋板 160，有效加强固定机构整体的连接强度，提高固定机构的安全性。
33.本实用新型使用时，将第一转向节140固定在装配底板110与承压板130之间，通过定位构件150固定第一转向节140，将装配柱插入装配槽内，通过销钉轴固定装配柱，上连接构件221以铰接方式连接下连接构件223，下连接构件223通过转动杆230连接转向节140，通过万能机驱动装配柱上升缓慢拉动转向节140，直至转向节140出现相应的失效形式，完成试验测试。
34.本实用新型具体通过以下技术方案实现：
35.步骤s1：将转向节样件按照实际的试验的方式固定在设计的工装上，并且将工装固定在万能机上，做转向拉杆连接位置破坏试验以 1mm/min的加载速度开始实验，提取实验过程中球铰拔脱的力/位移曲线；同理，考察摆臂的失效位置破坏失效试验与转向拉杆连接位置破坏失效方式一致。
36.步骤s2：转向节有限元建模。利用网格划分前处理软件按转向节、固定工装划分四面体网格，其中转向节网格采用10节点四面体单元elfrom＝16模拟，并赋予crachfem材料卡片并且卡片中的velsc 的参数为试验速度/仿真速度，高速情况下velsc参数可为0或1。整个crachfem失效模型的边界约束条件一般用mat20材料或spc约束即可，加载方式通过ls-dyna关键字 *boundary_prescribed_motion进行加载，通过 *database_cross_section输出截面力或接触力和 *database_history_node节点的位移输出。
37.步骤s3：整个crachfem失效模型的边界约束条件一般用mat20 材料或spc约束即可，加载方式通过ls-dyna关键字 *boundary_prescribed_motion进行加载，通过 *database_cross_section输出截面力或接触力和 *database_history_node节点的位移输出，使用 *database_extent_binar中定义结果输出neiph(实体单元)和neips(壳单元)，通过输出结果来判别或预估材料风险值，根据分析结果，评估转向节失效风险。
38.步骤s4：待模型所有设置完毕后，将其提交至ls-dyna求解器 (求解器中必须包含crachfem使用权限，否则crachfem材料将无法识别)中进行计算，所处输出的截面力/时间曲线与节点的位移/时间曲线，两曲线相互组合形成力/位移曲线，从而将其结果与试验结果曲线相对比，并且对标仿真失效状态是否与试验一致。
39.步骤s5：crachfem作为材料失效模型，主要把材料失效分为正向韧性断裂失效、剪切失效以及局部颈缩失稳失效。在结果文件中选取extra history var#3/#4/#5,分别对应的3种失效模式，正向韧性断裂失效、剪切失效以及局部颈缩失稳失效壳单元失效风险查看内 (mid)和外(low/upp)积分点失效风险，体单元可查看内积分点失效风险(体单元足够精细是自动会体现局部失稳效应，无需在材料层面考虑颈缩失稳，故该部分关键字对实体单元不起作用)，其中正向韧性断裂失效和剪切失效默认内积分点限制为1，即不考虑外积分点，仅当内积分点达到限制1时删除单元，而颈缩风险达到1时单元不会被直接删除，而是继续变形，直到塑性应变达到后颈缩失效应变(颈缩风险达到3)时才会删除单元。
40.通过上述操作流程分析铸造件的失效模式，得到了转向节结构设计的最薄弱环节，为整车碰撞过程中转向节失效风险区域提供依据，同时在前期设计阶段也可为转向节结构优化提供思路，不仅如此 crachfem是一款全面的材料塑性和破坏失效模型软件包，可以与多种有限元求解器结合使用，通过一系列标准材料试验和理论方法对材料力学特性进行准确表征与识别，预测材料在任意应变路径下的力学行为(失效风险或失效概率)，适用于多种材料的模拟，包括金属、聚合物、短纤维增强材料等，为提高汽车动力总成碰撞仿真的精度，为碰撞虚拟性能开发提供仿真评估手段。
41.本实用新型中的转向节破环实验及crachfem失效判定如下：
42.步骤s1：同一套固定转向节工装验证不同的安装位置拉伸破坏极限载荷，通过crachfem韧性失效准则仿真模型分析找出铸造件的失效模式，利用dyna关键字*inctial_stress_solid合理的调整材料性能缩放参数，提升相对应的区域的仿真精度也可以作为敏感度的分析手段。
43.步骤s2：按工装状态建立仿真模型，转向节引用crachfem材料卡，仿真结果光靠传统输出应变无法满足crahfem准则评估失效风险，增加dyna关键字*database_extent_binary中定义输出neiph＝5 (实体单元)和neips＝5(壳单元)，并把模型提交至镶嵌了crachfem 激活码的ls-dyna求解器进行计算。
44.步骤s3：crachfem作为材料失效模型，主要把材料失效分为正向韧性断裂失效、剪切失效以及局部颈缩失稳失效。在结果文件中选取extra history var#3/#4/#5,分别对应的3种失效模式，正向失效和剪切失效阈值达到1网格单元删除，紧缩失效阈值达到3网格单元删除。
45.步骤s4：铸造件材料性能因制造工艺、连接工艺等影响，在部分区域的性能存在一定变化，需要将材料性能进行缩放。根据仿真结果判定转向节失效模拟，合理缩放hv16-18三个材料参数比例，提升相对应区域的仿真的精度也可在整车碰撞中当作一个敏感因子，为提高整车碰撞性能优化提供依据。
46.利用crachfem失效准则精准地将其转向节破坏实验模拟出来，并通过合理的调整材料性能参数，提升相对应区域的仿真以及作为敏感因子，为整车碰撞性能优化提供依据。
47.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。