基于ANSYS Workbench转向直拉杆有限元分析

转向直拉杆是转向系统主要的零部件之一，对转向系统的整体可靠性有很大的影响。以某款转向直拉杆为研究对象，针对其强度以及固有频率对转向直拉杆的影响，利用SolidWorks软件建立转向直拉杆3D实体模型，并基于ANSYS Workbench软件对直拉杆进行静力学分析及模态响应分析。通过前10阶模态分析可知，确定转向直拉杆杆身为共振主要危险区域，且满足道路噪声800 Hz研究范围的要求；静力学结果表明，转向直拉杆在极限位置所受最大压应力下，其最大应力值小于接头壳体的抗拉强度和屈服强度，故满足强度设计要求。

转向直拉杆是转向系统主要的零部件之一，它是转向摇臂与转向节臂之间的传动杆件，具有传递力和缓冲的作用。在转向轮偏转且因悬架弹性变形而相对于车架跳动时，转向直拉杆、转向摇臂及转向节臂的相对运动都是空间运动，为了不发生运动干涉，三者之间的连接件都是球形铰链[1]。由于转向直拉杆处于复杂多变的工作条件下，很容易出现损坏和发生故障，通常情况下直拉杆都是采用优质特种钢材制造，以保证工作的可靠。高洋[2]等研究了直拉杆点的受力状态和受力特点，建立直拉杆二力杆的受力有限元模型并且进行静力学分析，研究弯曲直拉杆的几何非线性分析；徐小波[3]等通过计算的方法计算振动频率分析，并与试验得到模态频率及振型对比分析。通过上述研究发现转向直拉杆缺少仿真的模态分析，由此确定本文研究分析方向。

对转向直拉杆进行有限元分析了解其静动力学特性，可以较快判定直拉杆是否满足道路噪声研究范围以及结构的强度、刚度设计要求，而且对后续直拉杆结构优化提供理论可靠性依据。本文以转向直拉杆为研究对象， 应用SolidWorks 软件建立转向直拉杆3D 实体模型， 导入ANSYS Workbench 软件对直拉杆进行有限元分析，得到其静力学分析和模态分析的响应结果和脆弱位置。首先，对转向直拉杆进行模态分析， 用振动分析方法提取了转向直拉杆的前10 阶模态的固有频率和固有振型以及直拉杆上的危险区域，再对比道路研究的噪声研究范围，得到该转向直拉杆是否满足噪声振动要求；然后进行静力学分析， 首先通过极限工况计算得到转向直拉杆在极限位置下的最大应力值，再通过静力学仿真得到相应的最大应力值，根据和转向直拉杆材料相应数值对比，最终判定满足强度设计要求。根据转向直拉杆静力学分析和模态响应分析得到的危险点，为实验提取危险点的应变载荷提供相关依据。

2. 直拉杆有限元模型建立 2.1. 直拉杆几何建模 根据转向直拉杆的结构尺寸参数， 在SolidWorks 软件中建立直拉杆的3D 实体模型。在建模过程中， 对直拉杆模型进行简化，即球形铰链部分只保留接头球壳，以便对转向直拉杆有限元分析。将建好的直拉杆3D 实体模型保存为STEP 格式文件，再导入到ANSYS Workbench 中，对直拉杆进行有限元分析。

转向直拉杆及接头壳体的实体模型如图1 所示。