增材仿生转向节及其制造方法、车辆技术

本发明专利技术提供了一种增材仿生转向节及其制造方法、车辆。增材仿生转向节包括转向节主体，转向节主体上开设有轴承孔，转向节主体通过轴承孔与轮毂轴承连接，沿转向节主体的周向依次设置制动卡钳安装部、上控制臂安装部、前束臂安装部、梯形臂安装部，以使转向节主体与制动卡钳、上控制臂、前束臂、梯形臂中的至少一个连接，转向节主体上设置有多个减重孔和多个加强筋结构；转向节主体采用增材制造工艺加工制造。应用本发明专利技术的技术方案，通过增材制造工艺加工制造转向节并设置减重孔、加强筋结构，在达到原铸造方案各项性能和相同的使用场景功能要求的同时，去除了无用材料，实现了轻量化设计的目的。设计的目的。设计的目的。

【技术实现步骤摘要】
增材仿生转向节及其制造方法、车辆


[0001]本专利技术涉及汽车底盘设计领域，具体而言，涉及一种增材仿生转向节及其制造方法、车辆。

技术介绍

[0002]转向节是应用于汽车底盘的重要结构件，作为悬架系统的重要组成部分，其主要作用是连接各个控制臂和轮毂轴承、卡钳，传递力和力矩，配合其他结构件完成转向、轮跳等功能。转向节承受着来自各控制臂、制动卡钳、轮毂轴承带来的力和力矩，在汽车行驶中承受较高的交变载荷。同时出于悬架运动学控制的要求，转向节不能轻易发生变形，这就要求转向节需要具有一定的刚度。因此，在结构上转向节具有较高的强度刚度和耐久性能。而转向节处于“簧下”，转向节重量的增加将直接导致簧下质量的增加，而簧下质量的增加将会降低车辆的操控性和舒适性。
[0003]当前现有的转向节，从工艺形式上可以分为4种：
[0004]1)铸铁转向节：适用于乘用车，可用于铸造复杂的截面形状的产品，相比铸铝具有较高的材料性能，较低的成本，缺点是重量高，现在应用已经越来越少。
[0005]2)锻钢转向节：乘用车应用较少，广泛应用于商用车领域。相比铸铁转向节，具有更高的材料性能，相应的，降重效果也比铸铁好，缺点是成本较高。
[0006]3)实心铸铝转向节：广泛应用于乘用车，可用于铸造复杂的截面形状的产品。由于铝合金材料的轻量化优势，和铸铁转向节相比，可以降重约30％，因此是当前乘用车领域应用最广泛的工艺。缺点是成本比铁材料增加50％。
[0007]4)锻铝转向节：适用于乘用车，相比实心铸铝转向节，材料性能提升20％，降重约5～8％，缺点是成本增加70％，且成型复杂度不如实心铸造，只能成型相对平缓的结构。
[0008]综上所述，传统铸造成型或者锻造成型的转向节受限于拔模角、补缩通道、排气、冷却、定位台、出模顶出台等诸多工艺限制，在零件上总会存在一些对受力“没用”的材料。这些“没用”的材料造成零件重量增加，从而降低车辆的操控性和舒适性，影响车辆的续航里程。
[0009]针对如何在保持转向节的强度、刚度、耐久性能前提下实现转向节轻量化的技术问题，目前尚未提出有效解决方案。

技术实现思路

[0010]本专利技术的主要目的在于提供一种增材仿生转向节及其制造方法、车辆，以解决现有技术中在保持转向节的强度、刚度、耐久性能前提下实现转向节轻量化的问题。
[0011]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种增材仿生转向节，包括：转向节主体，转向节主体上开设有轴承孔，转向节主体通过轴承孔与轮毂轴承连接，沿转向节主体的周向依次设置制动卡钳安装部、上控制臂安装部、前束臂安装部、梯形臂安装部，以使转向节主体与制动卡钳、上控制臂、前束臂、梯形臂中的至少一个连接，转向节主体上
设置有多个减重孔和多个加强筋结构；转向节主体采用增材制造工艺加工制造。
[0012]进一步地，转向节主体具有相对设置的第一表面和第二表面，转向节主体还具有用于衔接第一表面和第二表面的周向侧面，转向节主体上设置有连杆安装部，连杆安装部用于连接梯形臂连杆，连杆安装部凸出于第一表面设置，连杆安装部靠近梯形臂安装部、制动卡钳安装部设置。
[0013]进一步地，减重孔沿转向节主体的的轴向或径向设置，至少两个相邻减重孔之间设置有至少一个加强筋结构。
[0014]进一步地，减重孔包括：第一减重孔，第一减重孔开设于第一表面，第一减重孔为多个，至少部分的第一减重孔靠近前束臂安装部设置，至少部分的第一减重孔靠近梯形臂安装部设置，至少部分的第一减重孔靠近制动卡钳安装部设置；第二减重孔，第二减重孔开设于周向侧面，第二减重孔为多个，至少部分的第二减重孔开设于制动卡钳安装部与梯形臂安装部之间，至少部分的第二减重孔靠近梯形臂安装部设置，至少部分的第二减重孔沿轴承孔的周向分布设置。
[0015]进一步地，加强筋结构包括：第一加强筋结构，第一加强筋结构包括多个交叉设置的加强筋，第一加强筋结构设置于第一表面；第二加强筋结构，第二加强筋结构包括多个，第二加强筋结构设置于周向侧面，第二加强筋结构设置于制动卡钳安装部与梯形臂安装部之间，第二加强筋结构沿转向节主体的轴向方向延伸设置；第三加强筋结构，第三加强筋结构为多个，第三加强筋结构设置于周向侧面，第三加强筋结构自制动卡钳安装部向连杆安装部延伸设置。
[0016]进一步地，第二表面上开设多个挡尘盘安装孔，转向节主体通过挡尘盘安装孔与挡尘盘连接，周向侧面还开设有线束支架安装孔和传感器安装孔，转向节主体通过线束支架安装孔与金属线束支架连接，转向节主体通过传感器安装孔与轮速传感器连接。
[0017]进一步地，第二表面上设置有凸台，凸台环绕轴承孔的周向设置，凸台上开设有多个安装孔，多个安装孔沿轴承孔的周向均匀布置，凸台上还开设有排污槽和多个应力槽，多个应力槽沿轴承孔的周向分布设置，排污槽的一端靠近轴承孔设置，排污槽的另一端与至少一个减重孔连通设置。
[0018]进一步地，应力槽为三个，排污槽为一个，三个应力槽和排污槽沿轴承孔的周向间隔设置，排污槽与靠近梯形臂安装部设置的第二减重孔连通。
[0019]根据本专利技术的另一方面，提供了一种增材仿生转向节的制造方法，制造方法用于制造上述的增材仿生转向节，制造方法包括如下步骤：S1，根据转向节布置空间和运动空间设计出最大实体作为设计的空间；S2，根据载荷条件进行拓扑优化，拓扑算法为基于刚度的拓扑算法，获得拓扑后的3D数据；S3，对拓扑结果进行仿生学设计；S4，基于仿生学设计的设计结果，重构复杂曲面，使曲面形状一致性更好；S5，针对将重构后的转向节模型，设计出连接孔和连接平面；S6，进行CAE有限元分析，验证转向节模型的强度、刚度、耐久是否满足要求，如果满足要求进入步骤S7；S7，对转向节模型进行制造可行性分析，如果满足制造可行性，进入步骤S8；S8，基于转向节模型，采用增材制造工艺进行转向节制造。
[0020]根据本专利技术的另一方面，提供了一种车辆，车辆具有增材仿生转向节，增材仿生转向节为上述的增材仿生转向节。
[0021]应用本专利技术的技术方案，通过增材制造工艺加工制造转向节并设置减重孔、加强
筋结构，在达到原铸造方案各项性能和相同的使用场景功能要求的同时，去除了无用材料，实现了轻量化设计的目的。
附图说明
[0022]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0023]图1示出了根据本专利技术的增材仿生转向节的第一实施例的结构示意图；
[0024]图2示出了根据本专利技术的增材仿生转向节的第二实施例的结构示意图；
[0025]图3示出了根据本专利技术的增材仿生转向节的第三实施例的结构示意图；
[0026]图4示出了根据本专利技术的增材仿生转向节的第四实施例的结构示意图；
[0027]图5示出了根据本专利技术的增材仿生转向节的第五实施例的结构示意图；
[0028]图6示出了根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增材仿生转向节，其特征在于，包括：转向节主体(100)，所述转向节主体(100)上开设有轴承孔(1)，所述转向节主体(100)通过所述轴承孔(1)与轮毂轴承连接，沿所述转向节主体(100)的周向依次设置制动卡钳安装部(3)、上控制臂安装部(4)、前束臂安装部(12)、梯形臂安装部(6)，以使所述转向节主体(100)与制动卡钳、上控制臂、前束臂、梯形臂中的至少一个连接，所述转向节主体(100)上设置有多个减重孔和多个加强筋结构；所述转向节主体(100)采用增材制造工艺加工制造。2.根据权利要求1所述的增材仿生转向节，其特征在于，所述转向节主体(100)具有相对设置的第一表面和第二表面，所述转向节主体(100)还具有用于衔接所述第一表面和所述第二表面的周向侧面，所述转向节主体(100)上设置有连杆安装部(5)，所述连杆安装部(5)用于连接梯形臂连杆，所述连杆安装部(5)凸出于所述第一表面设置，所述连杆安装部(5)靠近所述梯形臂安装部(6)、所述制动卡钳安装部(3)设置。3.根据权利要求1所述的增材仿生转向节，其特征在于，所述减重孔沿所述转向节主体(100)的的轴向或径向设置，至少两个相邻所述减重孔之间设置有至少一个所述加强筋结构。4.根据权利要求2所述的增材仿生转向节，其特征在于，所述减重孔包括：第一减重孔(31)，所述第一减重孔(31)开设于所述第一表面，所述第一减重孔(31)为多个，至少部分的所述第一减重孔(31)靠近所述前束臂安装部(12)设置，至少部分的所述第一减重孔(31)靠近所述梯形臂安装部(6)设置，至少部分的所述第一减重孔(31)靠近所述制动卡钳安装部(3)设置；第二减重孔(32)，所述第二减重孔(32)开设于所述周向侧面，所述第二减重孔(32)为多个，至少部分的所述第二减重孔(32)开设于所述制动卡钳安装部(3)与所述梯形臂安装部(6)之间，至少部分的所述第二减重孔(32)靠近所述梯形臂安装部(6)设置，至少部分的所述第二减重孔(32)沿所述轴承孔(1)的周向分布设置。5.根据权利要求2所述的增材仿生转向节，其特征在于，所述加强筋结构包括：第一加强筋结构(21)，所述第一加强筋结构(21)包括多个交叉设置的加强筋，所述第一加强筋结构(21)设置于所述第一表面；第二加强筋结构(22)，所述第二加强筋结构(22)包括多个，所述第二加强筋结构(22)设置于所述周向侧面，所述第二加强筋结构(22)设置于所述制动卡钳安装部(3)与所述梯形臂安装部(6)之间，所述第二加强筋结构(22)沿...

【专利技术属性】
技术研发人员：张佳芃，余景龙，李继川，许晓珊，王兴平，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：