徐圓　戴凱寧　王華君　張佳虹

摘 要：轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車底盤上的一個(gè)重要零件，承受著復(fù)雜多變的沖擊載荷。汽車在試驗(yàn)場(chǎng)1萬里左右前發(fā)生開裂。經(jīng)過對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)材質(zhì)、匹配尺寸的檢測(cè)、對(duì)標(biāo)同類型轉(zhuǎn)向節(jié)壁厚設(shè)計(jì)，故障復(fù)現(xiàn)，有效的鎖定開裂的原因以及對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)提升，滿足車輛使用要求。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向節(jié) 開裂 分析

Analysis of automobile steering knuckle cracking

Xu Yuan，Dai Kaining，Wang Huajun，Zhang Jiahong

Abstract：Steering knuckle is an important part of automobile chassis， which bears complex and changeable impact load. The car cracked about 10000 miles before the test site. After testing the material and matching size of the steering knuckle， benchmarking the wall thickness design of the same type of steering knuckle， fault recurrence， effective reasons for locking cracking and improving the product design， the requirements of vehicle use are met.

Key words：steering knuckle; crack; analysis

1 引言

轉(zhuǎn)向節(jié)在汽車行駛過程中要承受復(fù)雜多變的沖擊載荷，工況復(fù)雜，因轉(zhuǎn)向節(jié)斷裂造成的事故在市場(chǎng)上常有報(bào)道。因此，轉(zhuǎn)向節(jié)耐沖擊是轉(zhuǎn)向節(jié)開發(fā)過程中的重點(diǎn)驗(yàn)證項(xiàng)，同時(shí)隨著汽車輕量化的發(fā)展，轉(zhuǎn)向節(jié)輕量化要求越來越高，主機(jī)廠對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)要求更加嚴(yán)苛。

2 問題描述

某項(xiàng)目A在鹽城試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行車輛綜合路試評(píng)價(jià)，車輛編號(hào)為11號(hào)車，在行駛里程17214Km時(shí)，右件下擺臂球頭孔出現(xiàn)裂紋，故障件批次為7B01，如圖1所示。

3 問題解決

3.1 轉(zhuǎn)向節(jié)實(shí)物質(zhì)量分析

對(duì)于問題分析，首選要確認(rèn)實(shí)物質(zhì)量是否滿足圖紙要求。乘用車制動(dòng)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)向節(jié)一般為鑄件、鍛件為主，本次設(shè)計(jì)選用鑄件模式，材料牌號(hào)為QT450-10，在斷裂處進(jìn)行本體取樣，檢測(cè)結(jié)果如表1。

參考實(shí)車裝配，對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)與球頭的匹配尺寸按照?qǐng)D紙要求進(jìn)行檢測(cè)分析，測(cè)量結(jié)果如表2，除①號(hào)尺寸因配合后受力漲大，不做評(píng)價(jià)，其余均滿足圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。

3.2 轉(zhuǎn)向節(jié)壁厚設(shè)計(jì)分析

完成轉(zhuǎn)向節(jié)機(jī)械性能分析以及匹配尺寸檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)向節(jié)的質(zhì)量問題，則需從產(chǎn)品的本身設(shè)計(jì)出發(fā)，對(duì)標(biāo)同類型的車型、同類型的轉(zhuǎn)向節(jié)產(chǎn)品，研究轉(zhuǎn)向節(jié)壁厚的合理性，對(duì)比表3如下。通過對(duì)比數(shù)據(jù)，在同類型載荷的車輛下轉(zhuǎn)向節(jié)大部分采用7min（mm）壁厚，初步懷疑轉(zhuǎn)向節(jié)壁厚存在風(fēng)險(xiǎn)。

在轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)不變的情況下，采用CAE分析技術(shù)進(jìn)行應(yīng)力分析，選取材料彈性模量169Gpa，泊松比0.257，密度7060kg/mm3，抗拉強(qiáng)度450Mpa，屈服強(qiáng)度310Mpa。在不同的擰緊力矩下的CAE分析數(shù)據(jù)如圖2，從圖2中可以看出當(dāng)擰緊扭矩為100N.m，CAE分析轉(zhuǎn)向節(jié)球銷最大應(yīng)力超出材料屈服強(qiáng)度（≥310MPa），存在變形以及開裂風(fēng)險(xiǎn)，建議加強(qiáng)壁厚，或者減小擰緊力矩。對(duì)實(shí)車裝配扭矩進(jìn)行階梯下降，其最大應(yīng)力也不斷降低，直至球銷處理論擰緊力矩應(yīng)在80.5N·m。

為了驗(yàn)證在超出額定扭矩下，采用球頭錐孔下沉深度進(jìn)行驗(yàn)證，當(dāng)轉(zhuǎn)向節(jié)在267.5N.m的時(shí)候鎖緊，出現(xiàn)了球頭螺紋高出螺母3牙，并產(chǎn)生裂紋，開裂部位形態(tài)與故障件相似，與CAE分析結(jié)果也相吻合。

3.3 試驗(yàn)更改及驗(yàn)證

經(jīng)過對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)尺寸、材質(zhì)等分析，符合圖紙要求，通過對(duì)相關(guān)件的排除，力矩、匹配尺寸等對(duì)標(biāo)，通過調(diào)整轉(zhuǎn)向節(jié)的材質(zhì)以及更改其匹配尺寸，提高其材料屈服強(qiáng)度，主要更改表4。理論分析優(yōu)化方案在同樣的扭力下，應(yīng)力減少15.3%，變形減少22.2%。在球頭銷孔邊緣部門的局部最大應(yīng)力為326.92Mpa，低于材料的最達(dá)的屈服強(qiáng)度。

為了對(duì)比優(yōu)化前后實(shí)物的對(duì)產(chǎn)品性能的影響，尤其是與球頭銷配合處的影響，采用“鎖緊力矩與球頭錐孔下沉深度”的驗(yàn)證，選用開裂件同批次（7B01）的轉(zhuǎn)向節(jié)與優(yōu)化方案后的轉(zhuǎn)向節(jié)（批次號(hào)7J01）進(jìn)行對(duì)比，首先檢測(cè)其理化性能，如表5，在理化性能都滿足要求的前提下，進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比數(shù)據(jù)如表6。各階段鎖緊力矩下，球頭錐孔下沉量7B01高于7J01，說明此次更改的性能是有效的。

4 結(jié)語

基于對(duì)標(biāo)同類車型數(shù)據(jù)，進(jìn)行仿真分析，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品的理化性能以及配合尺寸，并通過實(shí)物驗(yàn)證，合理控制裝配過程中的擰緊力矩以及裝配方法。

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