[发明专利]一种转向器壳体强度仿真方法

权利要求书

1.一种转向器壳体强度仿真方法，其特征在于：包括下列步骤：

S1、首先对汽车内部构造零件转向器壳体，采用二阶单元进行网格有限元划分；

S2、然后在壳体与球轴承、滚针轴承、调整体接触面建立耦合单元KINEMATICCOUPLING，在安装座套(壳体与整车连接处)、支撑套处建立分布耦合单元Distributing Coupling，将耦合单元上齿轮、齿条、上轴承及下轴承涉及到的啮合力进行第一次分解处理；

S3、在每个安装座套耦合处建立三个spring单元连接大地，其中两个spring单元方向为安装座套径向方向且相互垂直，其中，刚度大小为安装座套径向刚度的第三个spring单元方向为安装座套轴向方向，其中，刚度大小为安装座套轴向刚度；

S4、根据啮合点到上、下轴承的距离，以及拉杆组件工作时与齿条轴线的夹角关系将分力进行二次分解处理；

S5、最后通过仿真对转向器壳体的强度进行校验，具体是在球轴承处施加分解的载荷径向力Frl、圆周力Ft1、轴向力Fa；滚针轴承处施加分解的载荷径向力Fr2、圆周力Ft2；调整体处施加分解的调整螺塞力F6、调整体径向力F7、支撑套处施加径向力F8。

2.根据权利要求1所述的一种转向器壳体强度仿真方法，其特征在于：所述网格划分是指把转换器壳体的结构模型分为若干个小单元，作为有限元分析前的处理步骤，所述网格划分的方法分为转换扩展法、Delaunay三角形法、覆盖法及前沿法，本实施例中采用转换扩展法，扩展成三维单元进行操作，所述网格划分的步骤为先观察转向器壳体的CAD模型图，然后进行模型交界线处理，选择壳体的有限元划分采用二阶单元，最后选择网格密度及控制划分的网格数量。

3.根据权利要求1所述的一种转向器壳体强度仿真方法，其特征在于：所述耦合单元KINEMATIC COUPLING是指运动学耦合，用于刚体和柔体混合的换向器壳体进行有限元建模，通过分析安装座套与球轴承、滚针轴承之间的运动学耦合关系，推导出单元强度相对于壳体强度的转换矩阵。

4.根据权利要求1所述的一种转向器壳体强度仿真方法，其特征在于：所述啮合力是指齿轮齿条进行啮合时的受力，忽略指齿轮齿条在啮合时齿面间的摩擦力，则啮合的齿轮之间只作用有法向力Fn，法向力的方向沿啮合线垂直作用在齿面上，作用点化为集中力作用于节点P处，此时将法向力Fn分解成相互重直的圆周力Ft、径向力Fr和轴向力Fa，进行第一次力的分解，法向力Fn作用于法面内，与节圆柱切面的夹角为法面压力角α，法面与端面的夹角为分度螺旋角β，分度螺旋角β引起轴向分力Fa＝Fttanβ，所述圆周力Ft，其中Ft1对主动齿轮形成阻力矩，与其运动方向相反，Ft2对从动齿轮形成驱动力矩，与其运动方向相同；所述径向力Fr对于外齿轮，沿着径线指向转动中心，对于内齿轮，沿着径线背离转动中心；所述轴向力Fa对于斜齿轮，轴向力沿轴线方向，箭头指向工作齿面，对于主动斜齿轮，Fa1可用左右手螺旋定则，根据主动轮轮齿的旋向，左旋伸左手，右旋伸右手，握住轴线，四指指向主动轮的转动方向，大拇指的指向即为主动轮轴向力Fa1的方向，从动轮的Fa2与Fa1方向相反。

5.根据权利要求1所述的一种转向器壳体强度仿真方法，其特征在于：力的一次分解，首先采用力学公式，圆周力的公式为其中Ft随着半径变化而变化；径向力的公式为其中αn为法面压力角；轴向力的公式为F_a＝F_ttanβ，其中β为分度圆螺旋角；法向力的公式为其中Fn为啮合点处啮合法向力，然后根据齿轮传递的功率，计算出主动齿轮的转矩T＝9.55×106P/n，代入公式Ft＝2T1/d1计算出齿轮上的圆周力分量，最后再分别代入相应公式计算径向力Fr、轴向力Fa和法向力Fn，此时计算过程为齿轮啮合法向力Fn的一次分解。