[发明专利]一种汽车球铰工作力矩的有限元设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽车球铰产品设计开发技术领域，尤其是涉及一种汽车球铰工作力矩的有限元设计方法。

背景技术

汽车球铰的结构如图1所示，主要包括球销1、球销座2和球销套3，汽车球铰的工作力矩包括摆动力矩与转动力矩，是汽车球铰的重要性能参数。

目前，对于汽车球铰类产品的设计开发，还主要集中在经验设计方面，即通过大量的试验数据来进行分析、并优化结构。这种设计开发方式导致模拟出来的工作力矩与试验数据之间的差距很大，其相差在200％，甚至更多，而可以接受的标准设定值通常是7％左右。因此，必然增加了汽车球铰类产品的开发周期和开发成本，降低了汽车球铰类产品的开发效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种汽车球铰工作力矩的有限元设计方法，缩短汽车球铰产品的开发周期，降低开发成本。

本发明要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种汽车球铰工作力矩的有限元设计方法，所述汽车球铰包括球销、球销座和球销套，包括如下步骤：

S1，在有限元软件中创建汽车球铰的几何模型；

S2，在有限元软件中定义球销座的材料参数，所述材料参数包括密度、屈服抗压强度、弹性模量和泊松比；

S3，定义球销为主面、球销座为从面，根据球铰润滑脂锥入度定义摩擦系数，设定最小轴向力大小；

S4，在有限元软件中划分网格，通过有限元软件求解汽车球铰工作力矩，得到转动力矩模拟结果和摆动力矩模拟结果；

S5，根据有限元软件中对汽车球铰进行模拟时设定的参数，对同样条件下的实际的汽车球铰进行工作力矩测试实验，得到转动力矩实验结果和摆动力矩实验结果；

S6，根据球铰工作力矩的模拟结果与实验结果之间的相对误差是否在设定范围以内，验证汽车球铰工作力矩有限元模型的正确性。

优选地，所述汽车球铰的几何模型是在ABAQUS有限元软件中直接进行三维模型建模。

优选地，所述汽车球铰的几何模型是先通过Solidworks或者Inventor三维设计软件进行建模，再将该建模模型导入到ABAQUS有限元软件中。

优选地，在设定最小轴向力大小时，按如下方法进行：

在球销套冲铆收口之前，实测其外径r₁，在冲铆收口之后，实测其边界外径r₂，计算球销套冲铆收口过程中的轴向受力面积S，所述S计算公式为：

S＝π(r₁²-r₂²)；

最小轴向力的计算公式为：

F＝σS；

其中，σ为球销套的屈服强度。

优选地，所述的球销座网格采用C3D8R。

优选地，所述的球销座网格设置为自适应网格。

优选地，所述的球销设置为刚体，其网格采用C3D4。

优选地，所述的转动力矩实验结果和摆动力矩实验结果是通过对汽车球铰进行若干组工作力矩实验，分别记录对应的机测即测转动力矩、机测即测摆动力矩，然后分别求出其平均值，分别作为最终验证时的转动力矩实验结果、摆动力矩实验结果。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过本发明建立的汽车球铰有限元模型，可以根据有限元模型参数对汽车球铰工作力矩进行仿真计算，然后根据仿真结果优化设计来优化模型尺寸，直到满足汽车球铰设计性能要求，从而可以缩短汽车球铰产品的开发周期，节省球铰实验样品的制作和反复实验，极大地提高了汽车球铰类产品的开发效率，并有效地降低了开发成本。

附图说明

图1为汽车球铰的构造模型示意图。

图2为汽车球铰冲铆时轴向受力面积计算示意图(球销套受力面积示意图)。

图中标记：1-球销，2-球销座，3-球销套。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种汽车球铰工作力矩的有限元设计方法，其中的汽车球铰的结构如图1所示，包括球销1、球销座2和球销套3。具体地，

第1步，创建汽车球铰几何模型。可以在ABAQUS等有限元软件中直接进行三维模型建模，也可以先通过如Solidworks、Inventor等专门的三维设计软件进行建模，再将该建模模型导入到ABAQUS等有限元软件中。