转向节及其转向节的设计方法与流程

1.本发明属于矿用自卸车领域，具体涉及一种转向节及其转向节的设计方法。


背景技术：

2.矿用自卸车属于非公路自卸车，主要用于大型露天矿山的矿石、矿料的运输。目前矿用自卸车的规格越来越大，承载量也逐渐增加，已经发展到载重达到400吨的巨型矿车。矿用自卸车对车辆底盘行走机构的承载能力要求也越来越高。转向节(或称为前轴)作为车辆底盘行走机构的重要部件对其承载性能也越来越关注。
3.目前由于矿山道路差，路面振动剧烈，容易出现未到使用寿命，而转向节背面立筋根部出现断裂的情况，结果导致转向节损坏，转向节损坏会导致安全和巨额的车辆维修问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种转向节及其转向节的设计方法，结构合理，能够避免现有技术中转向节上立筋根部断裂后，引发的裂纹扩大，部件整体失效的问题。
5.为达到上述目的，本发明使用的技术解决方案是：
6.转向节，包括：环形拓扑结构、盘体、前轴，环形拓扑结构、前轴分别连接在盘体两侧，环形拓扑结构上设置有两个销孔，两个销孔位于同一个轴线上；环形拓扑结构外侧端部围成的曲面为马鞍形双曲面形，两个销孔设置在马鞍形双曲面的凸起位置。
7.进一步，销孔内设置轴套。
8.进一步，销孔内安装有销轴，销轴与连接板相连接，连接板与转向机构相连接。
9.进一步，盘体与法兰板相连接。
10.转向节的设计方法，包括：
11.取消立筋和连接耳，在盘体背面增设环形拓扑结构，以消除转向节背面的立筋处应力集中；设计环形拓扑结构外侧端部围成的曲面为马鞍形双曲面形；
12.通过有限元迭代计算确定环形拓扑结构的厚度和高度，在环形拓扑结构上两个凸起位置分别设置销孔。
13.优选的，根据拓扑学、有限元理论、结构力学、疲劳寿命理论，设计使用期限下的前轴背面的环形拓扑结构。
14.优选的，应用拓扑和结构力学理论，对整体做加强，避免删除立筋后的承载下降，设计环形拓扑结构端部围成的曲面为马鞍形双曲面形。
15.本发明技术效果包括：
16.本发明转向节中，盘体与环形拓扑结构连接为一体，取消了现有技术中的连接耳、立筋等部件，整体强度和刚度都得到提高，成倍提高了部件整体寿命。
17.本发明提供的转向节，结构合理，能够避免现有技术中转向节上立筋根部断裂后，引发的裂纹扩大，部件整体失效的问题。
附图说明
18.图1是本发明中转向节的结构图；
19.图2是本发明中转向节的后端结构图；
20.图3是本发明中转向节安装在前桥上的示意图；
21.图4是本发明中转向节的有限元分析结果示意图。
具体实施方式
22.以下描述充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践和再现。
23.如图1所示，是本发明中转向节的结构图。如图2所示，是本发明中转向节的后端结构图。
24.转向节包括：环形拓扑结构1、盘体2、前轴3，环形拓扑结构1、前轴3分别连接在盘体2两侧，环形拓扑结构1上设置有销孔11，两个销孔11位于同一个轴线上。
25.环形拓扑结构1一端连接在盘体2上，另一端围成的曲面为马鞍形双曲面形，两个销孔11设置在马鞍形双曲面的凸起位置。销孔11内可以设置轴套，以减少摩擦力。
26.如图3所示，是本发明中转向节安装在前桥上的示意图。
27.环形拓扑结构1的销孔11内安装有销轴4，利用销轴4将环形拓扑结构1连接在前桥5两侧。销轴4与连接板51相连接，连接板51与转向机构相连接。盘体2用于连接法兰板。
28.如图4所示，是本发明中转向节的有限元分析结果示意图。
29.转向节的设计方法如下：
30.步骤1：取消立筋和连接耳，在盘体2背面增设环形拓扑结构1；设计环形拓扑结构1外侧端部围成的曲面为马鞍形双曲面形；
31.本发明重新设计了转向节，根据拓扑学、有限元理论、结构力学、疲劳寿命理论，设计使用期限下的前轴3背面的所需要的支撑结构(环形拓扑结构1)，在不影响其他部件装配，运动过程也不与前桥等部件干涉，重量增加较少的前提下，新设计的转向节可以避免过去出现的在服务期限内就断裂的问题。
32.现有技术中，由于转向节背面的立筋在转向节受压时变形，立筋的位置和本身结构不能支撑这种变形，会导致开裂。根据拓扑学和结构力学理论，增加支撑整体的刚度，增加局部的柔性，可有效抑制部件局部开裂，而又不会降低部件整体强度。
33.由于转向节背面的立筋处应力集中，转向节背面的立筋容易开裂，应用结构力学理论，对此处立筋做删除，环形拓扑结构1取代立筋和连接耳，能够降低高应力区刚度，避免了应力集中。在具体设计过程，采用拓扑和结构力学理论，移除现有立筋，降低局部刚度，改为对盘体2背面增加一环形拓扑结构1。
34.再应用拓扑和结构力学理论，对整体做加强，避免删除立筋后的承载下降，设计环形拓扑结构1端部围成的曲面为马鞍形双曲面形，这样刚度比原有水平进一步提高，部件承载能力更强，同时避免了局部的应力集中问题。
35.对部件施加工况下的载荷，应用有限元理论分析结构的应力，原立筋根部应力超标区域消失，这样局部降低刚度(增加柔性)避免了应力在该处集中地问题，同时由于增加环形拓扑结构1，提高了整体的刚度而不会使部件承载能力降低。根据有限元计算，单个部
件极限承载可达150吨，部件整体应力值满足设计要求，最大应力值从原来的立筋根部处消失，而出现在环形拓扑结构1的顶部一处区域和前端一处区域，但仍远小于材料在考虑安全系数后的许用应力值。根据疲劳理论计算寿命提高2倍。
36.步骤2：通过有限元迭代计算确定环形拓扑结构1的厚度和高度，在环形拓扑结构1上两个凸起分别设置销孔11。
37.环形拓扑结构1得到既满足加工制造和成本要求，又满足安装和承载的要求，实现了成本和重量增加不大的要求下性能的大幅提高。
38.本发明所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离技术方案的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。


技术特征：
1.一种转向节，其特征在于，包括：环形拓扑结构、盘体、前轴，环形拓扑结构、前轴分别连接在盘体两侧，环形拓扑结构上设置有两个销孔，两个销孔位于同一个轴线上；环形拓扑结构外侧端部围成的曲面为马鞍形双曲面形，两个销孔设置在马鞍形双曲面的凸起位置。2.如权利要求1所述的转向节，其特征在于，销孔内设置轴套。3.如权利要求1所述的转向节，其特征在于，销孔内安装有销轴，销轴与连接板相连接，连接板与转向机构相连接。4.如权利要求1所述的转向节，其特征在于，盘体与法兰板相连接。5.一种转向节的设计方法，其特征在于，包括：取消立筋和连接耳，在盘体背面增设环形拓扑结构，以消除转向节背面的立筋处应力集中；设计环形拓扑结构外侧端部围成的曲面为马鞍形双曲面形；通过有限元迭代计算确定环形拓扑结构的厚度和高度，在环形拓扑结构上两个凸起位置分别设置销孔。6.如权利要求5所述的转向节的设计方法，其特征在于，根据拓扑学、有限元理论、结构力学、疲劳寿命理论，设计使用期限下的前轴背面的环形拓扑结构。7.如权利要求5所述的转向节的设计方法，其特征在于，应用拓扑和结构力学理论，对整体做加强，避免删除立筋后的承载下降，设计环形拓扑结构端部围成的曲面为马鞍形双曲面形。

技术总结
本发明公开了一种转向节，包括：环形拓扑结构、盘体、前轴，环形拓扑结构、前轴分别连接在盘体两侧，环形拓扑结构上设置有两个销孔，两个销孔位于同一个轴线上；环形拓扑结构外侧端部围成的曲面为马鞍形双曲面形，两个销孔设置在马鞍形双曲面的凸起位置。本发明还公开了一种转向节的设计方法。本发明得到的转向节的结构合理，能够避免现有技术中转向节上立筋根部断裂后，引发的裂纹扩大，部件整体失效的问题。题。题。


技术研发人员：李泽光 李来平 裴洁 张春云 魏刚 常亮 王江
受保护的技术使用者：内蒙古北方重型汽车股份有限公司
技术研发日：2021.12.31
技术公布日：2022/3/8