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轉向節是車輛轉向系統中重要的零部件之一，實際工作場合比較復雜多樣，工作是否可靠、是否安全將直接危脅著人自身的安全。實際工況下，轉向節不僅承受著轉向輪自身載荷和路面不平整所產生的沖擊力，而且還要傳遞著來自轉向器所產生的轉向力來實現對汽車行駛方向的改變。在轉向節沖擊性方面、靜強度方面以及可靠性方面都必須滿足很高的實際要求。因而，其內部應力應變規律的分析是轉向節設計過程中必不可少的環節之一。根據實際運行情況，斷裂部位常常發生在輪轂軸承軸頸圓柱面與圓錐面的交匯處，導致轉向節結構早期失效。本次有限元分析研究主要是針對以上問題提出的。轉向節的實物模型如圖所示。
根據汽車設計手冊，分析轉向節在緊急制動、側滑(向左側滑)和越過不平路面3種工況下的受力情況，表為某自緊急制動工況下，轉向大、小軸頂處受到輪胎經軸承傳遞過來的力，將其分解為法向反力F和切向反力w。由于車輪輪毅安裝在軸承上，因此制動時轉向節大小軸頸不受扭矩作用。此時轉向節的受力如圖所示。
根據分析所得的等效應力與應變圖，發現三種危險工況下最大應力均出現在大軸頸根部。因此，在設計時需要在轉向節大軸徑處采用適當的過渡圓角來避免應力集中的現象。此外，在小軸頸處的位移最大，由于該處類似于懸臂梁的末端，其在外載荷作用下所產生的位移表現最明顯。三種危險工況下的最大等效應力和最大位移如表所示。從表中可以得知，無論是轉向節處于哪一種危險情況下，轉向節的最大應力都小于40Cr材料的許用應力[a]=393MPa。因此該轉向節的計算結果是完全符合汽車設計手冊中的安全條件。此外，可以發現該自卸車上的轉向節沒有明顯的材料多余。因為該轉向節是用在自卸車車體上，其本身就需要較高的安全系數才能保證轉向節的可靠性。從三種工況所得的應力云圖來看，該轉向節的應力分布是比較均勻的。其次，由于汽車是在顛簸路面上行駛，使得轉向節在路面激振力的作用下載荷條件出現脈動，甚至出現交變載荷，這就會造成零件的疲勞破壞。再次，由于轉向節可能存在材料缺陷或在制造過程中產生的制造缺陷(如熱處理缺陷等)，這都使得材料機械性能明顯下降。
本文運用UG軟件和ANSYS軟件，建立了3工況轉向節有限元分析模型，分析3種工況下的轉向節應力應變分布規律。通過尋找最大應力處和最大位移處，找出了轉向節在各種工況下易損壞部位，并探討了其易損壞的具體原因。以上例子表明，我們可以通過有限元法在產品設計中的應用，有效優化該轉向節結構，改善設計質量，從而顯著降低設計成本。
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