汽車球鉸摩擦力矩特性的數(shù)值分析與實驗研究.pdf

1、汽車零部件的質(zhì)量水平是汽車工業(yè)發(fā)展的重要保障。球鉸是汽車底盤系統(tǒng)的重要零部件，其決定了汽車轉(zhuǎn)向的靈敏度、準(zhǔn)確性和行駛穩(wěn)定性，還起到了承載車身重量傳遞操作力矩的作用。所以為提高球鉸質(zhì)量水平，對球鉸進(jìn)行深入研究是必要的。
　　球鉸的主要性能指標(biāo)為力矩，球鉸產(chǎn)品性能良好的主要特征是力矩值符合生產(chǎn)要求，并且同一批產(chǎn)品力矩值離散性小，這就需要設(shè)計人員在設(shè)計階段實現(xiàn)球鉸力矩值的可控。該力矩值與球頭、球碗的接觸面摩擦副的摩擦特性有較大關(guān)系。為此

2、，本文首先研究了該摩擦副的摩擦特性，然后以球鉸產(chǎn)品為研究對象進(jìn)行了正交實驗及有限元分析，并建立了球鉸摩擦力矩影響因素與球鉸力矩值的函數(shù)模型。
　　論文首先基于CETR-UTM多功能摩擦磨損試驗機(jī)進(jìn)行了實驗。通過旋轉(zhuǎn)運動銷盤實驗分別研究了球鉸材料、粗糙度、潤滑劑、壓力、接觸面積、速度對摩擦力的影響，同時根據(jù)速度的變化觀察了摩擦副的Stribeck效應(yīng)。通過往復(fù)直線運動銷塊實驗觀察到了不同摩擦副的摩擦滯后與摩擦滯回現(xiàn)象，并將不同摩擦副

3、間的現(xiàn)象進(jìn)行了對比。
　　其次，將摩擦實驗中的影響因素推廣到球鉸產(chǎn)品中，通過正交實驗確定了影響球鉸力矩的主要影響因素為球頭與球碗間過盈量及接觸面積。通過改變主要影響因素建立球鉸有限元分析模型，對球鉸進(jìn)行了分析，并計算了球鉸力矩。在有限元分析中，因缺乏球座材料AL6082的材料參數(shù)，根據(jù)現(xiàn)有實驗條件，設(shè)計了一金屬材料單軸拉伸實驗，獲取了彈性模量、泊松比等參數(shù)。同時，為對球鉸有限元分析的正確性進(jìn)行驗證，基于拉梅公式計算了一假設(shè)的過盈配

4、合圓環(huán)對的接觸壓強(qiáng)，并對該圓環(huán)采用了與球鉸相同的方法進(jìn)行了有限元計算。之后，將公式計算值與有限元計算值對標(biāo)，驗證了有限元分析方法的正確性。然后以主要影響因素為自變量，所計算力矩為因變量，通過1stopt軟件的公式自動搜索功能擬合建立了一個二元二次函數(shù)作為力矩模型。最后，將該模型計算力矩值與正交試驗中球鉸力矩值進(jìn)行對比驗證了所建模型的正確性。所建模型可應(yīng)用于工程實踐，解決了工程師在產(chǎn)品設(shè)計階段僅依據(jù)經(jīng)驗的問題。
　　本文從球鉸材料摩