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將實驗結果和基于ANSYS的汽車轉向節拓撲優化仿真分析的結果進行比較，可以得到以下結論： 表1在實驗中，實驗樣品的變形量、應變量和應力量均隨著壓力大小的增加而增加，與仿真結果相符合。這說明所建立的多目標拓撲優化目標函數確實能夠使得得到的汽車轉向節拓撲結構在工藝約束下具有較好的強度和剛度性能，可以滿足汽車轉向節在工作狀態下的要求。

本案例基于一汽車轉向節結構，基于COMSOL軟件中的固體力學模塊和疲勞分析模塊對其進行了仿真計算，仿真結果如圖所示： 感興趣的朋友，歡迎合作交流！

因此，了解轉向節在何種條件下可能出現疲勞損傷，并據此制定預防措施，對于汽車的可靠性和耐久性至關重要。 為了保證汽車轉向節的可靠性和耐久性，原點疲勞軟件對其進行了全面的分析和評估：通過模擬各種日常行駛場景，分析轉向節在不同條件下的載荷和應力狀態；結合材料特性和應力疲勞分析模型，估算轉向節在不同工況下的疲勞壽命。

由上圖可知，有電動助力轉向情況下，汽車的轉向系統中的小齒輪轉角響應很平穩，汽車橫擺角輸出響應相對于無電動助力轉向下汽車橫擺角輸出響應趨于穩定性比較明顯。EPS系統的汽車，其轉向系統的固有頻率比普通的轉向系統的固有頻率小，接近于汽車橫擺角固有頻率，因此其在約0.05秒處出現一個較大的共振峰波，當駕駛員的操作頻率接近這個頻率范圍時，汽車的橫擺角速度對轉向盤轉角及其敏感，汽車很容易失去控制。

圖4 轉向中間軸萬向節相位角03 Adams Car建模及仿真分析轉向力矩波動分析模型是包含轉向系統的前懸架裝配模型，子系統包括轉向子系統、前懸架子系統和懸架臺架子系統。轉向系統硬點如下：創建轉向子系統時，十字萬向節鉸鏈類型使用universal定義。I Part選擇與萬向節主動叉固連的部件，J Part選擇與萬向節從動叉固連的部件。

圖4 轉向中間軸萬向節相位角03Adams Car建模及仿真分析轉向力矩波動分析模型是包含轉向系統的前懸架裝配模型，子系統包括轉向子系統、前懸架子系統和懸架臺架子系統。轉向系統硬點如下：創建轉向子系統時，十字萬向節鉸鏈類型使用universal定義。I Part選擇與萬向節主動叉固連的部件，J Part選擇與萬向節從動叉固連的部件。

轉向節是汽車轉向系統的重要零件之一，能夠使汽車穩定行駛并靈敏傳遞行駛方向。轉向節傳遞并承受汽車前部載荷，支承并帶動前輪繞主銷轉動而使汽車轉向。在汽車行駛狀態下，它承受著多變的沖擊載荷。轉向節結構相當復雜，需要處理好受力不均的問題，因而對精度有著相當高的要求。 轉向節如何實現高效、智能化加工？

③載荷大小：載荷大小應基于車輛參數（重量、軸荷分配、重心高度、輪胎摩擦系數等）和設計目標（如滿足特定法規或耐久性目標）進行計算或通過多體動力學仿真（如 Adams/Car）提取，本例轉向節工況載荷加載如圖3所示： 圖3 轉向節工況加載圖4.邊界條件定義：①主銷/球鉸約束：在轉向節的主銷孔或球鉸安裝點施加約束，模擬其繞主銷軸線的旋轉自由度。

圖4 轉向中間軸萬向節相位角03 Adams Car建模及仿真分析 轉向力矩波動分析模型是包含轉向系統的前懸架裝配模型，子系統包括轉向子系統、前懸架子系統和懸架臺架子系統。轉向系統硬點如下： 創建轉向子系統時，十字萬向節鉸鏈類型使用universal定義。I Part選擇與萬向節主動叉固連的部件，J Part選擇與萬向節從動叉固連的部件。

本文介紹麥弗遜前懸架的側傾與轉向仿真，對模型的建立作如下假設: 懸架中所有零部件都認為是剛體; 減振器簡化為線性彈簧和阻尼; 各運動副內的摩擦力忽略不計; 輪胎簡化為剛性體。創建的模型如圖 1。運用 ADAMS /CAR 模塊建立與表1相對應的汽車前懸架的運動學模型，具體的模型如圖 1 所示。

（4）轉向節承載力分析轉向節是汽車轉向橋上的主要零件之一，能夠使汽車穩定行駛并靈敏傳遞行駛方向，轉向節的共用是承受汽車前部載荷，支撐并帶動前輪繞主銷轉動而使汽車轉向。在汽車行駛狀態下，它承受著多變的沖擊載荷，因此，要求其具有很高的強度。（5）剎車嘯聲分析 制動器嘯聲是汽車噪聲的重點考慮因素。

如上圖，在前橋處，建立一個轉向節(簡單)及輪胎模型，然后建立車橋與轉向節的旋轉副，該旋轉副主要用作轉向(在左右側的旋轉副上加相同參數的旋轉驅動來模擬轉向)，同時，建立轉向節與輪胎的旋轉副(上圖中沒有體現出)，同理在右側建立同樣的結構。

本案例對汽車的典型轉向節零件，建立CAE仿真模型，模擬在緊急制動的特定工況條件下，進行結構靜力學仿真分析。

下控制臂內端通過前、后兩個襯套與車體相連，外端通過球副與轉向節相連；減震器下支柱與轉向節固定，上支柱通過襯套與車體相連，上下支柱通過圓柱副和彈簧相連；轉向橫拉桿外端與轉向節通過球副相連，內端通過萬向節副與轉向系相連。 在實際工程中，汽車前懸架下控制臂存在前后襯套的軸向力過大而拔出，外端球頭的拔脫力及擠壓力過大而拔脫或擠壓破壞的情況等，這些都將影響汽車的行車安全和正常行駛。

使用多約束裝配控制轉向節安裝點與副車架安裝點之間的距離，最終控制轉向節的最終姿態。多約束裝配不僅適用于五連桿后懸，也適用于其它各類型的前后懸架。多約束裝配相比運動副建模求解速度快，建模簡單等優點。

為進行設計仿真測試，福特工程師采用AFC創建轉向節 和襯內套的有限元模型，并通過CATIA創建的模型獲 得幾何輸入和材料屬性。AFC保持與CATIA模型的相 關性，確保當CAD模型在設計變量變化范圍內變更時 Abaqus模型更新的魯棒性。在物理組裝流程中，鍛鋼內錐受力緊靠鋁轉向座。由于 不同部件的生產工藝不同，錐設計特性的角度公差不同 于內套和轉向接合表面。

結束語轉向節的擠壓工藝在汽車類產品有較廣泛的應用，本文提到的轉向節難點在于多增加了一個φ26mm 的小臺階，因此難度大大的增加了。

圖6：在水平與垂直方向將補償幾何體燒結后的掃描數據與目標幾何體進行形狀比較 汽車轉向節Simufact MBJ仿真應用案例 圖7：模擬變形和實際燒結目標轉向節幾何結構（帶可變形支撐器） 汽車轉向節的結構較復雜，直接燒結，變形、塌陷缺陷較嚴重，這里采用定型工具支撐燒結，模擬預測得到的最終幾何結構與燒結目標幾何模型的結果的掃描數據具有良好一致性（圖8）。

齒輪齒條式轉向系統汽車轉向系統的功能就是按照駕駛人的意愿控制汽車的行駛方向。齒輪齒條式轉向系統（圖 19-1） 是現代轎車采用最多的轉向系統。齒輪齒條式轉向器（轉向機） 通過殼體兩端的螺栓固定在副車架上。其基本結構是一對相互嚙合的小齒輪和齒條。轉向軸帶動小齒輪旋轉時，齒條便做直線運動。借助橫拉桿推動或拉動轉向節，使前輪實現轉向。