CN107000787B - 用于车辆的转向节设备 - Google Patents

Abstract

一种车辆转向节，该车辆转向节包括：本体部分，该本体部分附接有轴；臂部分，该臂部分包括与本体部分的外周一体地连接且沿着延伸轴线从本体部分向外伸展的一个端部；以及连接部分，该连接部分构造成与车辆部件连接。臂部分包括第一部分、第二部分和中空部分。第一部分包括构造成围绕延伸轴线围绕的周壁。第二部分包括具有围绕延伸轴线部分地敞开的开口的周壁。在与延伸轴线相交的截面处，第二部分的周壁在开口的侧部上的端部部分包括扩展部分，该扩展部分在宽度上相比于与该端部部分相邻的侧部部分的厚度增大。

Description

用于车辆的转向节设备

相关申请的交叉引用

本申请基于于2015年10月6日提交的序列号为14/876,367的美国申请，该序列号为14/876,367的美国申请是于2014年11月4日提交的且转让给本申请的受让人的题为“Steering Knuckle Apparatus for a Vehicle(用于车辆的转向节设备)”的序列号为14/532,564的美国申请的部分继续申请，该序列号为14/532,564的美国申请是于2014年9月30日提交的序列号为29/503,919、29/503,927、29/503,929、29/503,930 和29/503,931的美国设计申请的部分继续申请，上述申请的全部内容通过参引并入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的转向节，该转向节包括本体部分、中空部分、臂部分和连接部分。

背景技术

在包括本体部分、中空部分、臂部分和连接部分的常规转向节设备中，环绕中空部分的材料的厚度被增大、或者中空部分的尺寸被减小以提高转向节的刚度(例如，参见JP-A2001-187583和 JP-A2001-114127)。

在JP-A2001-187583中描述的转向节中，形成在臂中的至少两个中空部分在筒形部分中彼此连通，并且/或者中空部分至少部分地穿过筒形部分并与轴向孔连通。此外，中空部分开口的方向、中空部分开口附近的形状、筒形部分的壁厚和中空部分的臂外表面的壁厚是被适当选择的。

在JP-A2001-114127中描述的转向节中，从转向节本体向上凸出的支柱安装臂连接至支柱的一端，并且从转向节本体向下凸出的下臂安装臂通过主销连接至下臂的顶部。中空部分设置成在汽车车身外侧的支柱安装臂的表面的纵向方向上的中间处沿支柱安装臂的延伸方向通开。

请参照JP-A2001-187583和JP-A2001-114127。

发明内容

然而，在具有这种结构的上述第一种转向节中，转向节具有壁厚相对较大的筒形部分和壁厚相对较大的中空部分的外臂。此外，中空部分的比例相对较小。大的厚度和小的中空部分比例的组合显着增加了转向节的重量。

然而，在具有这种结构的上述第二种转向节中，通过增加沿着中空部分的两侧的厚度来获得转向节的刚度，这妨碍了转向节的小型化 /重量的减轻。

因此，本发明的示例性特征是提供一种具有改善的重量减轻的车辆转向节，在该车辆转向节中，与常规转向节相比抑制了臂部分的变形和损坏。

根据本发明的第一示例性实施方式，转向节设备包括：

本体部分，该本体部分附接有轴；

臂部分，该臂部分包括与本体部分的外周一体地连接并且沿着延伸轴线从本体部分向外伸展的一个端部；以及

连接部分，该连接部分与臂部分的另一端部一体地连接，连接部构造成与车辆部件连接，

其中，臂部分包括：

第一部分，该第一部分沿着延伸轴线的方向与连接部分一体地连接；

第二部分，该第二部分设置在第一部分与本体部分之间；以及中空部分，该中空部分构造成与第一部分和第二部分连通，

其中，第一部分包括构造成围绕延伸轴线的周壁，

其中，第二部分包括围绕延伸轴线并具有部分敞开的开口的周壁，

其中，在与延伸轴线相交的截面处，第二部分的周壁的位于开口侧的端部部分包括扩展部分，扩展部分在宽度上相比于邻近端部部分的侧部部分的厚度增大。

根据第二示例性实施方式，一种附接有轴的转向节设备包括：

本体部分，轴附接至该本体部分；

臂部分，该臂部分包括与本体部分的外周一体地连接并且沿着延伸轴线从本体部分向外伸展的一个端部；以及

连接部分，该连接部分与臂部分的另一端部一体地连接，连接部分构造成与车辆部件连接，

其中，臂部分包括：

开口，延伸轴线穿过该开口；

构造成环绕开口的端部部分，该端部部分的宽度被定义为在车辆宽度方向上从开口的边缘至端部部分的远端边缘，

其中，端部部分的中心处的第一宽度小于在端部部分的靠近连接部分处测得的第二宽度，并且

其中，端部部分的中心处的第一宽度小于在靠近本体部分处测得的第三宽度。

根据第三示例性实施方式，一种附接有轴的转向节设备包括：

本体部分，轴附接至该本体部分；

臂部分，该臂部分包括与本体部分的外周一体地连接并且沿着延伸轴线从本体部分向外伸展的一个端部；以及

连接部分，该连接部分与臂部分的另一端部一体地连接，该连接部分构造成与车辆部件连接，

其中，臂部分包括：

设置在连接部分与本体部分之间的部段；

开口，延伸轴线穿过该开口；

中空部分，中空部分构造成与开口和设置在连接部分与本体部分之间的部分连通，

其中，该部段包括具有第一长度的周壁，并且

其中，在与延伸轴线相交的截面处，该部段的周壁的位于开口侧的端部部分包括具有第二长度的扩展部分，第二长度大于第一长度。

在转向节设备的上述示例性实施方式中，可以单独地或以组合的方式做出各种改型，所述改型包括以下改型和改变。

(i)扩展部分可以定位成与经由连接部分作用在臂部分上的力的方向相交。

(ii)在与延伸轴线相交的截面上，扩展部分可以设置在开口的两侧。

(iii)在沿着延伸轴线的方向上，扩展部分可以朝向第一部分延伸并与第一部分的周壁成一体。

(iv)在沿着延伸轴线的方向上，扩展部分可以朝着本体部分延伸并且与本体部分成一体。

(v)扩展部分的宽度可以沿着延伸轴线从第二部分的中心朝向第一部分或本体部分增大。

(vi)扩展部分的外表面可以包括沿着延伸轴线形成的两个或更多个表面。

(vii)在与延伸轴线相交的截面处，扩展部分可以与周壁的侧部部分相交以具有大致T形形状。

本发明的效果

根据本发明的示例性实施方式，常规转向节的技术问题可以通过在开口侧设置扩展部分来解决。重量减轻程度可以通过增大中空部分的体积和开口的面积来实现。

更具体地，转向节的重量减轻可以通过提供构造成与第一部分和第二部分连通的中空部分以及通过在环绕第二部分的周壁处设置开口来实现。此外，臂部分的刚度可以通过下述方式得以提高：将第一部分一体地(即，具有作为单件的整体式构造)连接至连接部分，该连接部分为载荷作用在臂部分上的作用点；以及在第一部分上设置封闭结构，该封闭结构包括封闭围绕延伸轴线的空间的周壁，由此抑制当载荷作用在臂部分上时臂部分的变形。

附加地，可以通过将端部部分设置为扩展部分来减轻在形成于第二部分的周壁的开口侧的端部部分的表面上产生的应力，从而提高第二部分的强度。

附图说明

接下来，将结合所附的示意性附图对本发明进行详细说明，在附图中：

图1是示出了本发明的第一实施方式中的转向节设备的立体图；

图2是沿图1中的2-2平面截取的截面图；

图3是沿图1中的箭头3-3方向观察的视图；

图4是沿图1中的箭头4-4方向观察的视图；

图5是沿图1中的箭头5-5方向观察的视图；

图6是可以应用本发明的悬挂装置的示意性平面图；

图7A是图3中的转向节的截面图；

图7B是图3中的转向节的截面图；

图7C是图3中的转向节的截面图；

图7D是图3中的转向节的截面图；

图7E是图3中的转向节的截面图；

图7F是图3中的转向节的截面图；

图8是图7A的部分D的放大图；

图9是用于说明简化模型的说明图，在该简化模型中简化了图1 中示出的车辆转向节的臂部分和连接部分；

图10是用于说明简化模型的说明图，在该简化模型中简化了图 1中示出的车辆转向节的臂部分和连接部分；

图11是示出了示例中和比较示例中的简化模型TP的图表；

图12A是示出了用于评价模型TP的外力F的输入位置和方向的图；

图12B是示出了用于评价模型TP的外力M的输入位置和方向的图；

图13A示出了各个模型TP的正视图，其中各自描述了宽度和扩展部分；

图13B示出了图13A中的各个模型TP的侧视图；

图13C示出了图13A中的各个模型TP的6-6截面图；

图13D是示出了每个模型TP中的扩展部分的宽度的图；

图13E是示出了每个模型TP中的扩展部分的宽度的图；

图13F是示出了每个模型TP中的扩展部分的宽度的图；

图13G是示出了每个模型TP中的扩展部分的宽度的图；

图14是示出了根据第一视角的各个参数与最大主应力之间的关系的表；

图15A示出了根据第一视角的模型的评估结果的图；

图15B示出了根据第一视角的模型的评估结果的图；

图15C示出了根据第一视角的模型的评估结果的图；

图16是示出了根据第二视角的各个参数与最大主应力之间的关系的表；

图17A示出了根据第二视角的模型的评估结果的图；

图17B示出了根据第二视角的模型的评估结果的图；

图17C示出了根据第二视角的模型的评估结果的图；

图18是示出了根据第一视角的各个参数与最大主应力之间的关系的表；

图19A示出了根据第三视角的模型的评估结果的图；

图19B示出了根据第三视角的模型的评估结果的图；

图19C示出了根据第三视角的模型的评估结果的图；

图19D示出了根据第三视角的模型的评估结果的图；

图20A是示出了具有图1所示扩展部分的车辆转向节(示例1) 的臂部分中的最大主应力(旋转)的测量结果的图；

图20B是示出了与所示车辆转向节相比不具有扩展部分的车辆转向节(比较示例1)的臂部分中的最大主应力(平移)的测量结果的图；

图21A是示出了示例1的臂部分中的最大主应力(旋转)的测量结果的图；以及

图21B是示出了比较示例1的臂部分中的最大主应力(平移) 的测量结果的图。

具体实施方式

接下来，将结合所附的示意性附图更详细地说明本发明。图1是示出了本发明的第一示例性实施方式的转向节设备的立体图。图2 是沿着图1中的2-2平面截取的截面图。

如图1和图2所示，转向节1形成为一体的(即，整体为一体式构造)，并且设置有臂部分(例如支柱臂)1a、拉杆臂1b、下部控制臂附接臂1d、本体部分1e和连接部分11a。转向节1的材料可以是铸铁、铝、钢或任何类似的材料。转向节的材料是本领域技术人员所公知的，因此将不再更详细地描述。

臂部分1a包括与本体部分1e的外周1g一体地连接并且沿着延伸轴线L从本体部分1e向外伸展的一个端部(参见图2)。连接部分 11a与臂部分1a的另一端部一体地连接。连接部分11a构造成与车辆部件(即，支柱)连接。本体部分1e包括制动臂lc和轴附接孔1f。

如图2所示，臂部分1a设置有：支柱附接孔11b；第一部分11c，该第一部分11c沿着延伸轴线L的方向与连接部分11a一体地连接；第二部分11d，该第二部分11d设置在第一部分11c与本体部分1e 之间；上开口孔口11i，该上开口孔口11i设置在连接部分11a的最接近第一部分11c的内表面上；以及中空部分11j，该中空部分11j 与第一部分11c和第二部分11d连通。第一部分11c具有围绕延伸轴线L的周壁11e。第二部分11d具有包括开口11f的周壁11g，该开口11f围绕延伸轴线L部分地敞开。开口11f可以具有椭圆形形状，但是也可以具有其他示例性形状比如Ω形形状。

图3示出了沿图1的箭头3-3方向截取的与延伸轴线L相交的截面。第二部分11d的周壁11g的位于开口11f一侧的端部部分11h具有扩展部分(11h，该扩展部分具有宽度W)，该扩展部分在其宽度方面相对于周壁11g的邻接所述端部部分11h的侧部部分(11k，该侧部部分具有厚度t1)增大。扩展部分11h的宽度W(即，第二长度)大于作为另一部分的侧部部分11k的厚度t1(即，第一长度)。宽度W可以是厚度t1的2.0倍至7.0倍。宽度W可以是厚度t1的2.75倍至6.75倍。更优选地，宽度W可以是厚度t1的4.2倍至6.75 倍、3.0倍至5.6倍、或者2.75倍至4.6倍。最优选地，宽度W可以是厚度t1的5.3倍、5.5倍或4.5倍。应当指出的是，在侧部部分11k 的厚度t1不均匀的情况下，厚度t1可以是平均宽度。

此外，扩展部分11h在与延伸轴线L相交的截面处设置于开口 11f的两侧。扩展部分11h沿着延伸轴线L的方向朝向本体部分1e 延伸。扩展部分11h与本体部分1e一体地形成。

转向图4，图4示出了沿图1的箭头4-4截取的与延伸轴线L相交的截面。扩展部分11h沿着延伸轴线L的方向朝向第一部分11c 延伸。扩展部分11h与第一部分11c的周壁11e一体地形成。

图5示出了沿图1的箭头5-5截取的与延伸轴线L相交的截面。如图5中看到的，开口11f的椭圆形(例如，Ω形)截面使得扩展部分11h的宽度W在沿着延伸轴线L的不同点处有变化。图5中的上部部分(图1中的Y(-)侧)中图示出的扩展部分11h以及图5中的下部部分(图1中的Y(+)侧)中的扩展部分11h关于开口11f 布置为一对。尽管在该示例性实施方式中，图5中的上部部分和下部部分中的扩展部分11h彼此不对称，但是扩展部分11h的宽度W沿着延伸轴线L大致从第二部分11d的中心朝向第一部分11c增大。在图5中的上部部分和下部部分中，扩展部分11h的宽度W沿着延伸轴线L大致从第二部分11d的中心朝向本体部分1e增大。

(W1)

接着，下面将对图5的上部部分中的扩展部分11h的宽度W的细节进行说明(类似的解释适用于图5的下部部分中的扩展部分11h 的宽度W)。

在转向节设备的以上示例性实施方式中，如图5中看到的，扩展部分11h的第一宽度W1被定义为在最靠近扩展部分11h的远端边缘的位置处测得的宽度，其中，开口11f的边缘构成臂部分1a的外表面。在此，当开口11f的位于本体部分1e一侧的边缘在延伸轴线L 方向上的位置为O并且开口11f的位于第一部分11c一侧的边缘在延伸轴线L方向上的位置为HL时，第一宽度W1的位置H3大致位于前述示例性实施方式中的位置O和位置HL的中间。

(W2)

接着，扩展部分11h的第二宽度W2被定义为在与第一宽度W1 平行的任意位置H1处测得的从位于位置H3与位置O之间的中心处的位置H2延伸直到位置O的区域的宽度。

此外，当扩展部分11h在位置H2处的宽度为W(2-l)且扩展部分11h在位置O处的宽度为WB时，建立关系W1≤W(2-1)≤W2≤WB。第二宽度W2优选地大于第一宽度W1(W1<W2)。更优选地，第二宽度W2可以是第一宽度W1的1.1倍至1.7倍。甚至更优选地，第二宽度W2可以是第一宽度W1的1.15倍至1.55倍。第二宽度W2 可以是第一宽度W1的1.2倍至1.51倍。最优选地，第二宽度W2可以是第一宽度W1的1.22倍或1.5倍大。图5的下部部分的扩展部分 11f以类似的方式建立上述关系。

(W3)

接着，扩展部分11h的第三宽度W3被定义为在与第一宽度W1 平行的任意位置H1处测得的从位于位置H3与位置HL之间的中心处的位置H4延伸直到位置HL的区域的宽度。

此外，当扩展部分11h在位置H4处的宽度为W(3-l)时，建立关系W1≤W(3-1)≤W3。第三宽度W3优选地大于第一宽度W1。更优选地，第三宽度W3可以是第一宽度W1的1.1倍至2.6倍。甚至更优选地，第三宽度W3可以是第一宽度W1的1.3倍至2.2倍。第三宽度W3可以是第一宽度W1的1.3倍至1.7倍、或者1.65倍至 2.2倍。最优选地，第三宽度W3可以是第一宽度W1的1.35倍、1.65 倍或2.15倍。图5的下部部分的扩展部分11f以类似的方式建立上述关系。

应当指出的是，第一示例性实施方式中的臂部分1a沿着延伸轴线L弯曲。在这种构型中，O、H1至H4以及HL被定义为从下述方向观察的位置：当沿垂直于延伸轴线L观察臂部分1a时开口11f 的区域在所述方向上是最大的。

参照图6，车辆转向节1可以附接至包括支柱81、拉杆82和下控制臂83的机动车辆的悬挂装置，并且车辆转向节1邻近机动车辆的轮胎84定位。扩展部分(11h，W)定位成与经由连接部分11a作用在臂部分1a上的力F1的方向相交。车身的高度方向被定义为向上(+)和向下(-)。车身的纵向方向被定义为向前(+)和向后(-)。

接下来，将参照图7A和图8描述图3的截面的形状。

如图7A所示，截面呈环绕由第二部分11d的周壁11g形成的中空部分11j的大致经修改的U形形状。周壁11g包括扩展部分11h、一对侧部部分11k和背部部分11p。侧部部分11k形成在背部部分11p 的每个端部处。背部部分11p和侧部部分11k一体地形成并且在内拐角和外拐角处通过圆角(即，大致成角度的拐角、锥形拐角或圆形拐角)连接。侧部部分11k相对于U形槽成角度(即，相对于沿着槽延伸的线成角度)，并且侧部部分11k基本上具有厚度t1。背部部分 11p基本上具有厚度t1。背部部分11p和侧部部分11k的厚度t1可以具有一致的厚度。然而，背部部分11p和侧部部分11k的厚度t1 可以是不一致的并且基于机械应力的要求而变化。扩展部分11h形成在侧部部分11k的每个端部处并且基本上具有宽度W。

图8是图7A的部分D的放大图。如图8所示，扩展部分11h在侧部部分11k的端部处通过圆角一体地连接。设定圆角尺寸以增加转向设备1的机械强度。扩展部分具有大致τ形截面。然而，其他截面也可以是可用的。扩展部分11h的外表面11h1具有多个表面(11m， 11n)，所述多个表面(11m，11n)从扩展部分的最厚部分处远离侧部部分11k倾斜并且所述多个表面(11m，11n)在大致位于扩展部分11h的中心处的圆形部分11o处会合。扩展部分11h的拐角被倒圆 (例如，成角度、弧形、椭圆形等)。

第一实施方式的功能和效果

在第一实施方式中获得以下功能和效果。

根据转向节设备1的实施方式，在形成于第二部分11d的周壁 11g的开口侧上的端部部分11h的表面上产生的应力可以通过将该端部部分11h设置为扩展部分来减轻，由此提高第二部分的强度。

此外，将中空部分11j构造成与第一部分11c和第二部分11d连通，以及通过在环绕第二部分11d的周壁11g处设置开口11f，能够实现重量减轻。

更进一步地，可以通过将第一部分11c一体地(作为单件)连接至连接部分11a来提高臂部分的刚度，其中，该连接部分11a为载荷作用在臂部分1a上的作用点。

还可以通过使第一部分11c设置有具有封闭围绕延伸轴线L的空间的周壁11e的封闭结构来提高臂部分1a的刚度。臂部分1a的以上构型可以抑制当载荷作用在臂部分1a上时臂部分1a的变形。

此外，可以通过在开口11f的两侧上设置扩展部分11h来提高转向节设备1的机械强度。还可以通过使扩展部分11h与第一部分11c 的周壁11e一体地形成来进一步提高转向节设备1的机械强度。甚至还可以通过将扩展部分11h与本体部分1e成一体来进一步提高转向节设备1的机械强度。

根据转向节设备1的以上实施方式，可以通过使扩展部分11h的宽度W沿着延伸轴线L从第二部分11d的中心朝向第一部分11c增大或朝向本体部分1e增大来减小扭转应力(即，W1<W2，W1<W3)。

图7A的截面的变型

图7B至图7E是示出了下述改型的截面图：在所述改型中，可以改变图7A的截面形状以便提供改进的轻质结构和改进的成本有效结构，该改进的轻质结构和改进的成本有效结构提供用以承受载荷 F1和载荷F2的所需的机械强度。

通常，为了进一步抑制在端部部分处的应力集中、进一步提高重量减轻和/或提高转向节设备的机械强度，可以修改扩展部分11h的截面形状，如图7B至图7E所示。

图7B示出了一种改变了截面形状的改型在图3处的截面。如图7B所示，该截面具有环绕由第二部分12d的周壁12g形成的中空部分11j的经修改的大致V形形状。周壁12g包括合并为V形形状的顶点的一对侧部部分12k以及一对扩展部分12h。侧部部分12k一体地形成并且在顶点处于内拐角和外拐角处通过圆角(即，成角度拐角、锥形拐角或圆形拐角)连接，该圆角使位于侧部部分12k之间的顶点圆滑。侧部部分12k相对于V形槽成角度，并且侧部部分12k基本上具有厚度t1。扩展部分12h形成在侧部部分12k的每个端部处并且基本上具有宽度W。

图7B的经修改的大致V形形状可以进一步改善转向节设备1，并且具有与图7A的示例性实施方式类似的有益效果。

图7C示出了一种改变了截面形状的改型在图3处的截面。如图 7C所示，该截面具有环绕由第二部分13d的周壁13g形成的中空部分11j的经修改的大致弧形形状(例如，大致半圆形)。周壁13g包括一对侧部部分13k和一对扩展部分13h。扩展部分13h和侧部部分 13k一体地形成。扩展部分13h形成在侧部部分13k的每个端部处并且基本上具有宽度W。扩展部分13h向上并远离开口11f成角度。扩展部分13h被定位成使得扩展部分13h的宽度W更多地设置在侧部部分13k的外表面那一侧。侧部部分13k在扩展部分13h之间形成沿弧形形状的连续曲线。侧部部分13k基本上具有厚度t1。

图7C的经修改的大致弧形形状可以进一步改善转向节设备1并且具有与图7A的示例性实施方式类似的有益效果。

图7D示出了一种改变了截面形状的改型在图3处的截面。如图 7D所示，该截面具有与图7A的U形形状类似的经修改的大致U形形状。因此，将仅论述差异。侧部部分14k的厚度从背部部分14p 逐渐增大至扩展部分14h。在侧部部分14k连接至扩展部分14h的点处，侧部部分14k的外表面上的圆角的半径可以大于侧部部分11k 的外表面上的圆角的半径。扩展部分14h被定位成使得扩展部分14h 的宽度W更多地设置在侧部部分14k的外表面那一侧。

图7D的经修改的大致弧形形状可以进一步有利于在形成于第二部分14d的周壁14g的位于开口侧的扩展部分14h的表面上产生的应力的减轻，所述应力可以通过扩展部分14h与侧部部分14k之间的较厚连接点减轻，从而提高第二部分的强度。

此外，图7E示出了一种改变了截面形状的改型在图3处的截面。如图7E所示，截面具有第二部分15d的周壁15g的侧部部分15k。在侧部部分15k的第一端部处形成有扩展部分11h，其中，开口11f 在第一端部处设置在侧部部分15k之间。在侧部部分15k的第二端部处形成有扩展部分15h，其中，在第二端部处在侧部部分15k之间设置有开口15f。开口11f和开口15f彼此连通以形成通孔。侧部部分15k平行于车身的高度方向(即，X轴线)。扩展部分15h在侧部部分15k的外表面上突出并且在侧部部分15k的内表面上与该内表面共面。扩展部分15h通过圆角一体地连接在侧部部分15k的第一端部处。

图7E的经修改的大致形状可以进一步改善转向节设备1并且具有与图7A的示例性实施方式类似的有益效果。

图7F示出了一种改变了截面形状的改型在图3处的截面。如图 7F所示，截面具有环绕由第二部分16d的周壁16g形成的中空部分 11j的大致U形形状。周壁16g包括背部部分16p、与背部部分16p 的端部部分相邻的一对侧部部分16k、以及扩展部分16h。侧部部分16k环绕开口16f并且平行于车身的宽度方向(即，Y轴)。背部部分16p平行于车身的高度方向(即，X轴)。背部部分16p和侧部部分16k一体地形成并且在内拐角和外拐角处通过圆角(即，圆形拐角) 连接。背部部分16p和侧部部分16k基本上具有厚度t1。扩展部分 16h形成在侧部部分16k的每个端部处并且基本上具有宽度W.

图7F的U形形状可以进一步改善转向节设备1并且具有与图7A 的示例性实施方式类似的有益效果。

根据转向节设备1的以上改型，改型可以进一步增强第二部分的强度、减轻重量、提高刚性、进一步抑制当载荷作用在臂部分1a上时臂部分1a的变形、增强机械强度、以及减小扭转应力。

臂部分和连接部分的建模

图9和图10是用于说明示例的说明图，图1中示出的车辆转向节1的臂部分1a和连接部分11a被简化。示例中的模型TP是一个简化模型，其中，图9中的虚线所包围的本体部分1e的外周1g被视为刚性体，从而简化了臂部分1a和连接部分11a。根据示例中的模型TP，延伸轴线L被视作直线，并且第一部分11c的周壁11e被视作具有矩形截面，并且第二部分11d的一对侧部部分11k被认为彼此平行并垂直于背部部分11p，如图10所示。接下来，分析开口11f 的形状和尺寸对最大主应力和重量的影响。

图11示出了示例和比较示例中的简化模型。在图11中，TP1、 TP7至TP12、以及TP15至TP18为示例的模型，而TP5和TP6为比较示例的模型。应当指出的是，示例的模型和比较示例的模型中的任一者或两者可以统称为“模型TP”。

首先，参照图9和图13A至图13C，下面将对各个示例和比较示例的模型TP中的共同结构进行描述。所有模型TP的高度均为220 mm。连接部分11a呈具有外径为100mm、内径(支柱附接孔11b 的直径)为89mm、深度为65mm的筒形形状。臂部分1a的周壁 11g具有下述结构：两个侧部部分11k垂直地连接至背部部分11p并且背部部分11p的厚度t1和侧部部分11k的厚度等于5mm。该周壁 11g的一个端部部分连接至臂部分1a的底部部分110，该底部部分110 呈宽度为85mm、深度为55mm并且厚度为5mm的板的形状，而周壁11g的另一端部部分垂直地连接至呈筒形形状的连接部分11a的本体部分的中心。当连接部分11a的底部部分110与臂部分1a侧的边缘的下表面110b之间的最小距离为臂部分1a的高度K时，K的值应为120mm，因为K的值是所有模型TP的高度220mm与连接部分11a的外径100mm之间的差值。此外，连接部分11a的内壁连接至周壁11g的内壁从而形成上开口11i。

此外，模型TP由球墨铸铁材料等同物(比重为7.15并且杨氏模量为170GPa)制成。接着，将参照图12A和图12B对待施加至模型TP的外力进行描述。图12A和图12B是用于示出用于评价模型TP 的外力的输入位置和方向的说明图。施加至模型TP的外力是外力F 和外力M。外力F沿着连接部分11a的中心轴线的方向被施加并且被从开口11f侧指向与开口11f侧相对的一侧(平移方向)，如图12A 所示。外力M沿着围绕延伸轴线L的方向(旋转方向)被施加，如图12B所示。外力F的值为10kN，并且外力M的值为l kN·m。

接着，下面将对具有扩展部分11h的示例的模型形状以及扩展部分11h的测量位置进行描述。

在每个模型TP，即图9中示出的示例的TP1、TP7至TP12和 TP15至TP18中，周壁11e完全设置在第一部分11c的周边，每个模型包括不同形状的开口11f和设置在第二部分11d中的开口11f的两侧的扩展部分11h。在此，包括扩展部分11h的臂部分1a的宽度在示例的所有模型中均为85mm，并且扩展部分11h的从侧部部分11k 的外周向外延伸的部分的长度为10mm。如图13A所示，在示例的所有模型中，周壁11e的厚度和扩展部分11h的厚度等于5mm。

图13A至图13G是用于说明示例中的每个模型TP中的扩展部分11h的宽度的测量位置的说明图。

考虑到开口11f的形状，图13A示出了模型TP1，在模型TP1 中，开口11f呈在四个拐角处具有半径为5mm的圆角的短矩形形状，图13B示出了图13A中的模型TP1的侧视图，图13C示出了图13A 中的模型TP1的沿6-6截取的截面图，图13D示出了开口11f呈椭圆形形状的模型TP17，图13E示出了其中开口11f呈椭球形形状(具有圆形拐角的矩形形状或长椭圆形形状)的模型TP16，图13F示出了其中开口11f呈在四个拐角处具有半径为5mm的圆角的长矩形形状的模型TP12，以及图13G示出了其中开口11f呈圆形形状的模型 TP15。

在此，开口11f在延伸轴线L的方向上的全长、即开口11f的高度为hL(以下简称为“hL”)，开口11f的位于本体部分1e那侧的边缘——即hL＝0mm的位置(在底部部分110的上表面110A处)——为基准o，开口11f在基准o处的宽度为wB。

(w1的位置)

下面将对与模型TP的每个示例中的以上定义的扩展部分的宽度 W1相对应的宽度w1的测量位置进行描述。

扩展部分11h的宽度W1被定义为在最靠近扩展部分11h的远端边缘的位置处测得的宽度，其中，开口11f的边缘构成臂部分1a的外表面。通过将该定义应用于示例中的每个模型TP，宽度w1在TP15 (图13E)和TP17(图13D)中毫无疑问是在位置h3处测得，其中， h3＝hL/2，在TP15(图13E)和TP17(图13D)中开口11f分别呈圆形形状和椭圆形形状。另一方面，在其中开口11f呈短矩形形状的 TP1(图13A)中、在其中开口11f呈椭球形形状(具有圆形拐角的矩形形状或长椭圆形形状)的TP16(图13E)中、以及在其中开口 11f呈长矩形形状的TP12(图13F)中，不能明确指定在特定位置处测量宽度w1，因为沿着开口11f的延伸轴线L的侧边具有直线部分，使得宽度W1的测量位置可以在该直线部分的任意位置处。类似地，在图11中示出的TP10、TP9、TP8、TP7、TP11和TP18中，不能明确指定在特定位置处测量宽度w1，因为TP10、TP9、TP8、TP7、 TP11和TP18中的每一者中的沿着开口11f的延伸轴线L的侧边具有直线部分。因此，在不能明确地确定宽度W1的测量位置的这些示例中，宽度w1的测量位置h3被确定为位置h3＝hL/2。该宽度w1的测量位置是最靠近扩展部分的远端边缘的位置的示例，其中，开口的边缘构成臂部分的外表面。

接着，下面将参照图13A对模型TP的每个示例中的对应于W (2-l)的w(2-l)、对应于W2的w2、对应于W(3-l)的w(3-l)、以及对应于W3的w3的测量位置进行描述。

以下说明也适用于如图13B至图13E所示的示例的模型TP以及图13A至13E中未示出的示例的模型TP。

(w(2-l)以及w2的测量位置)

根据第二宽度W2的上述定义，在模型TP中，与中间位置H2相对应的测量位置为h2(＝h3/2)，如图13A所示。当本体部分1e那侧的边缘的位置是基准o时，宽度w2应当是在从基准o延伸至位置h2的区域中在平行于宽度w1的任意位置处的扩展部分的宽度。然而，在模型TP中，宽度w2是在位置h1处测得的扩展部分11h的宽度，该位置h1 为从基准o朝向位置h2偏移5mm的位置。此外，在位置h2处测得的宽度和在基准o处测量的宽度分别用作w(2-l)和wB。

该宽度w2的测量位置h1(即，距离基准o为5mm)是根据第二宽度W2的上述定义在本体部分附近测量的第二宽度的测量位置的示例。只要符合宽度W2的定义，理想的是结合易于发生应力集中的位置进行考虑以确定测量位置h1。例如，测量位置h1可以是开口11f的外周上的拐点的位置。测量位置h1可以是与基准o——即宽度wB的测量位置——相距例如5mm的位置。

(w(3-l)以及w3的测量位置)

类似地，在模型TP中，根据w3的上述定义，与中间位置H4相对应的位置是h4(h4＝(h3+hL)/2)，如图13A所示。宽度w3应当是在从位置h4延伸至位置hL的区域中在平行于宽度w1的任意位置处测得的扩展部分的宽度。然而，在模型TP中，宽度w3是在位置hL处测得的扩展部分11h的宽度。此外，位置h4的宽度被计算为w(3-l)。

宽度w3的测量位置hL是在连接部分附近测量的根据第三宽度W3 的上述定义的测量位置的示例。

应当指出的是，在上述说明中建立了关系o<h1<h2<h3<h4<hL。

接着，下面将对比较示例中的模型进行描述。比较示例的模型TP5 具有下述构型：未在图9中示出的模型TP中的第一部分11c中设置周壁的前侧部分，也未在第二部分11d中设置扩展部分11h。因此，比较示例的模型TP5是所有模型TP中具有最小重量的模型TP。相比之下，比较示例的模型TP6具有未在图9中示出的模型TP中设置开口11f的构型。因此，比较示例的模型TP6是所有模型TP中具有最大重量的模型TP。

以上描述了所有模型TP通用的形状和测试条件。在此，从第一视角、第二视角和第三视角来研究开口11f的形状和尺寸对最大主应力和重量的影响。

(第一视角)

第一视角是研究当开口11f的高度hL为常数(70mm)且为最大值x(以下简称“x”)时、即开口11f的宽度是变化的时侧部部分11k 的厚度t1与扩展部分11h的宽度w1之间的关系。

图14是示出了根据第一视角的各个参数和最大主应力以及重量之间的关系的表。具体地，图14示出了参数比如x、hL、开口的面积比 (开口面积比)、开口11f的扩展部分尺寸比(w1/t1)、重量、当输入平移外力F时最大主应力(平移)的值、以及当输入旋转外力M时最大主应力(旋转)的值。应当指出的是，重量、最大主应力(平移)和最大主应力(旋转)可以统称为“测量值”(其也适用于稍后描述的第二视角和第三视角)。

此外，为了更清楚地显示示例中的TP与比较示例中的TP之间的差异，示出了最大主应力(平移)和最大主应力(旋转)连同最大主应力指数(平移)和最大主应力指数(旋转)，最大主应力指数(平移) 的值和最大主应力指数(旋转)的值分别基于最大主应力(平移)的值和最大主应力(旋转)的值进行转换，其中最大主应力指数(平移)和最大主应力指数(旋转)在比较示例中的TP6中为1.00并以此作为基准。

此外，示出了重量连同重量指数，重量指数的值分别基于重量的值进行转换，其中重量指数在比较示例中的TP5中为1.00并以此作为基准。

应当指出的是，重量指数、最大主应力指数(平移)和最大主应力指数(旋转)可以统称为“指数值”(其也适用于稍后描述的第二视角和第三视角)。

在图14中，“开口的面积比”(即，开口面积比)是指开口11f的面积相对于图13A中的周壁11e和周壁11g的正视图中的阴影区域的面积(即周壁11g的中心位置之间的长度与臂部分1a的高度K的乘积) 的百分比(其也适用于第二视角)。

在图14中，“扩展部分尺寸比”(即，扩展部分宽度/厚度比)是指图14中的扩展部分11h的中心宽度w1与侧部部分11k的厚度t1的比值(以下也称为“wl/tl“)。

在图14中，“重量”是指由球墨铸铁等同物(比重7.15)制成的臂部分1a和连接部分11a的重量(其也适用于图16)。

在图14中，“最大主应力(平移)”和“最大主应力(旋转)”分别是指当外力F和外力M沿图12A和图12B中描述的方向施加至由球墨铸铁等同物(杨氏模量170GPa)制成的模型时的最大主应力值(单位： MPa)(其也适用于图16和图18)。

接着，下面将对针对每个模型TP的各个参数的值、测量值和指数值进行描述。

(TP1)

对于示例TP1(x＝45mm，wl＝20mm，wl/tl＝4.0，开口面积比＝30.3％)，评估结果为：重量＝1.759kg，重量指数＝0.90，最大主应力(平移)＝168MPa，最大主应力指数(平移)＝0.44，最大主应力(旋转) ＝608MPa，最大主应力指数(旋转)＝0.58。

(TP10)

对于示例TP10(x＝25mm，wl＝30mm，wl/tl＝6.0，开口面积比＝13.6％)，评估结果为：重量＝1.809kg，重量指数＝0.92，最大主应力(平移)＝135MPa，最大主应力指数(平移)＝0.35，最大主应力(旋转) ＝390MPa，最大主应力指数(旋转)＝0.37。

(TP9)

对于示例TP9(x＝55mm，wl＝15mm，wl/tl＝3.0，开口面积比＝38.6％)，评估结果为：重量＝1.735kg，重量指数＝0.89，最大主应力(平移)＝200MPa，最大主应力指数(平移)＝0.52，最大主应力(旋转) ＝775MPa，最大主应力指数(旋转)＝0.74。

(TP8)

对于示例TP8(x＝35mm，wl＝25mm，wl/tl＝5.0，开口面积比＝21.9％)，评估结果为：重量＝1.784kg，重量指数＝0.91，最大主应力(平移)＝150MPa，最大主应力指数(平移)＝0.39，最大主应力(旋转) ＝499MPa，最大主应力指数(旋转)＝0.48。

(TP5)

对于比较示例TP5，评估结果为：重量＝1.545kg，重量指数＝0.79，最大主应力(平移)＝385MPa，最大主应力指数(平移)＝1.00，最大主应力(旋转)＝1050MPa，最大主应力指数(旋转)＝1.00。

(TP6)

对于比较示例TP6，评估结果为：重量＝1.959kg，重量指数＝1.00，最大主应力(平移)＝100MPa，最大主应力指数(平移)＝0.26，最大主应力(旋转)＝160MPa，最大主应力指数(旋转)＝0.15。

图15A至图15C示出了如图14所示的根据第一视角的评估结果的图表。

图15A示出了反映每个模型TP的指数值的图。TP10、TP8、TP1 和TP9的重量指数值落入比较示例TP6的值与比较示例TP5的值之间。

TP10、TP8、TP1和TP9的最大主应力指数(平移)的值和最大主应力指数(旋转)的值都落入比较示例TP6的值与比较示例TP5的值之间。

因而，在示例TP10、示例TP8、示例TP1、示例TP9中的每个示例中，最大主应力被抑制为小于比较示例TP5的最大主应力，并且重量小于比较示例TP6的重量。

换句话说，可以确定示例TP10、示例TP8、示例TP1和示例TP9 在最大主应力和重量方面、也就是在强度安全性与重量减轻之间的平衡方面优于比较示例TP5和比较示例TP6。

图15B示出了反映每个示例TP中的扩展部分尺寸比(w1/t1)与指数值之间的关系的图。

如从图15B可以清楚地看出的，可以确定根据扩展部分尺寸比的增大，最大主应力指数(平移)和最大主应力指数(旋转)两者在重量指数增大的同时均减小。一方面，当扩展部分尺寸比大于等于2.0时，最大主应力指数(旋转)小于等于0.85。另一方面，当扩展部分尺寸比小于等于7.0时，最大主应力指数(旋转)小于等于0.95。也就是说，扩展部分尺寸比优选地为2.0至7.0，因为这样可以将最大主应力和重量两者抑制为相对较小，使得可以进一步抑制臂部分的变形和损坏并且可以提高重量减轻的程度。

图15C示出了反映每个示例TP的开口面积比与指数值之间的关系的图。

如从图15C中可以清楚地看出的，随着开口面积比在从10％至40％的范围内增大，重量指数减小而最大主应力指数(平移)和最大主应力指数(旋转)两者均增大。

(第二视角)

第二视角是研究通过改变开口11f的高度hL相对于臂部分1a的高度K(120mm)的比例(以下称为“开口高度比”或者“hL/K”)，即通过在改变开口11f的高度hL的同时保持矩形开口11f的宽度的最大值x恒定(45mm)来改变开口面积比的效果。

接着，下面将针对每个模型TP对各个参数的值、测量值和指数值进行描述。由于在第一视角的说明中已经描述了比较示例TP5和比较示例TP6，因此将省略对其的描述。

(TP1)

对于示例TP1(hL＝70mm，hL/K＝0.58，开口面积比＝30.3％)，评估结果为：重量＝1.759kg，重量指数＝0.90，最大主应力(平移) ＝168MPa，最大主应力指数(平移)＝0.44，最大主应力(旋转)＝608 MPa，最大主应力指数(旋转度)＝0.58。

(TP7)

对于示例TP7(hL＝35mm，hL/K＝0.29，开口面积比＝13.2％)，评估结果为：重量＝1.815kg，重量指数＝0.93，最大主应力(平移) ＝236MPa，最大主应力指数(平移)＝0.61，最大主应力(旋转)＝428 MPa，最大主应力指数(旋转)＝0.41。

(TP11)

对于示例TP11(hL＝45mm，hL/K＝0.38，开口面积比＝18.1％)，评估结果为重量＝1.799kg，重量指数＝0.92，最大主应力(平移)＝207M Pa，最大主应力指数(平移)＝0.54，最大主应力(旋转)＝485MPa，最大主应力指数(旋转)＝0.46。

(TP18)

对于示例TP18(hL＝100mm，hL/K＝0.83，开口面积比＝44.8％)，评估结果为：重量＝1.711kg，重量指数＝0.87，最大主应力(平移) ＝173MPa，最大主应力指数(平移)＝0.45，最大主应力(旋转)＝623 MPa，最大主应力指数(旋转)＝0.59。

图17A至图17C示出了如图16所示的根据第二视角的评估结果的图表。

图17A示出了反映每个模型TP的指数值的图表。TP1、TP7、 TP11和TP18的重量指数值均落在比较示例TP6的值与比较示例 TP5的值之间。

TP1、TP7、TP11和TP18的最大主应力指数(平移)和最大主应力指数(旋转)的值都落入比较示例TP6的值与比较示例TP5的值之间。

因而，在示例TP1、示例TP7、示例TP11和示例TP18中的每个示例中，最大主应力被抑制为小于比较示例TP5中的最大主应力，并且重量小于比较示例TP6中的重量。

换句话说，可以确定示例TP1、示例TP7、示例TP11和示例TP18 在最大主应力和重量方面、即在强度安全性与重量减轻之间的平衡方面优于比较示例TP5和比较示例TP6，使得可以进一步抑制臂部分的变形和损坏并且可以提高重量减轻的程度。

图17B示出了反映每个示例TP的开口高度比(hL/K)与指数值之间的关系的图。

如从图17B可以清楚地看出的，当hL/K为从0.29至0.83时，最大主应力指数(旋转)和最大主应力指数(平移)两者被抑制为小于等于0.6，重量指数也被抑制为小于等于0.95。可以确定，可以进一步抑制臂部分的变形和损坏并且可以提高重量减轻的程度。

图17C示出了反映每个示例TP的开口面积比与指数值之间的关系的图表。

如从图17C可以清楚地看出的，当开口面积比大于等于10％时，重量指数为小于等于0.95，也就是可以实现减轻大于等于5％的重量，最大主应力指数(平移)为小于等于0.7。此外，当开口面积比达到 30％时，最大主应力指数(平移)反而减少至0.44。即使开口面积比增大至45％，最大主应力指数(平移)仍是0.45，即几乎不增大。

另一方面，当开口面积比为30％时，最大主应力指数(旋转) 增大至高达0.58。即使开口面积比增大至高达45％，最大主应力指数(旋转)仍为0.59，即几乎不增大，并且不大于0.6。

因此，可以确定，开口面积比优选地在10％至80％之间，以实现重量指数小于等于0.95并且最大主应力指数(平移)和最大主应力指数(旋转)两者小于等于0.7。当开口面积比小于10％时，连接部分11a和臂部分1a的重量与没有开口11f的模型的这些部分的重量的比值大于95％，即重量减轻百分比仍然小于5％。因此，这不是优选的。另一方面，当开口面积比超过80％时，最大主应力指数(平移)或最大主应力指数(旋转)与没有扩展部分11h的模型的最大主应力指数的比值大于85％，即应力减小效果仍然小于15％。因此，这不是优选的。开口面积比较优选为10％至60％，更优选为15％至 60％，最优选为20％至60％。

图17C示出了显示当x＝45mm固定时的结果的图表，图15C示出了反映根据第一视角的当hL＝70mm固定时的结果的图表，通过图17C与图15C之间的比较可知，可以确定随着图17C中的开口面积比的增大，最大主应力指数(平移)和最大主应力指数(旋转)的增大程度被抑制为小于图15C中的最大主应力指数(平移)和最大主应力指数(旋转)的增大程度。根据第一视角，这意味着通过增大矩形开口11f的宽度的最大值x来增大开口面积比能够同时增大扩展部分尺寸比w1/t1。相反，根据第二视角，当改变开口面积比时扩展部分尺寸比w1/t1保持恒定。因而，可以确定在通过增大开口面积比来减轻重量的情况下，优选的是增大开口的高度，即增大开口高度比，同时保持扩展部分尺寸比w1/t1尽可能大而不是减小扩展部分尺寸比 w1/t1，因为可以抑制最大主应力(平移)的增大和最大主应力(旋转)两者的增大。

(第三视角)

第三视角是通过在改变开口11f的形状的同时保持开口11f的面积恒定来研究w2和w3对于wl的关系和影响。

图18示出了根据第三视角的各个参数的值、测量值和指数值。

具体地，参数是：开口11f的x和hL；扩展部分11h的宽度w3、 w(3-l)、w1、w(2-1)、w2和wB；扩展部分11h的宽度比例w3/w1、 w(3-l)/w1、w(2-l)/w1、w2/w1和wB/w1。在此，开口11f的开口面积比为18.1％，这与在第二视角的描述中示出的TP11的开口面积比相同。

接着，下面将针对每个模型TP对各个参数的值、测量值和指数值进行描述。由于在第一视角的说明中已经描述了比较示例TP5和比较示例TP6，因此将省略对其的描述。

(TP11)

对于示例TP11，其中开口11f具有在四个拐角处设置有半径为5 mm的圆角的规则的方形形状，其中，(x＝45mm，hL＝45mm，w3＝25 mm，w(3-l)＝25mm，w1＝20mm，w(2-l)＝20mm，w2＝20mm， wB＝25mm，w1/t1＝4.00，w3/w1＝1.25，w(3-1)/w1＝1.25， w(2-1)/w1＝1.00，w2/w1＝1.00，wB/w1＝1.25)，评估结果为：重量＝1.799 kg，重量指数＝0.92，最大主应力(平移)＝207MPa，最大主应力指数(平移)＝0.54，最大主应力(旋转)＝485MPa，最大主应力指数 (旋转)＝0.46。

(TP17)

对于示例TP17，其中开口11f呈椭圆形形状(x＝36mm，hL＝72mm， w3＝42.5mm，w(3-l)＝27.0mm，w1＝24.5mm，w(2-l)＝27.0mm， w2＝33.35mm，wB＝42.5mm，w1/t1＝4.90，w3/w1＝1.73，w(3-l)/w1＝1.10， w(2-l)/w1＝1.10，w2/w1＝1.36，wB/w1＝1.73，重量＝1.798kg，重量指数＝0.92，最大主应力(平移)＝125MPa，最大主应力指数(平移)＝0.32，最大主应力(旋转)＝222MPa，最大主应力指数(旋转)＝0.21。

(TP16)

对于示例TP16，其中开口11f呈椭球形形状(具有圆形拐角的矩形形状，其中，每个短边呈半圆形形状)(x＝225mm，hL＝94.5mm， w3＝42.5mm，w(3-l))＝31.25mm，w1＝31.25mm，w(2-l)＝31.25mm， w2＝33.00mm，wB＝42.5mm，w1/t1＝6.25，w3/w1＝1.36，w(3-1)/w1＝1.00， w(2-l)/w1＝1.00，w2/w1＝1.06以及wB/w1＝1.36)，评估结果为：重量＝1.799kg，重量指数＝0.92，最大主应力(平移)＝117MPa，最大主应力指数(平移)＝0.30，最大主应力(旋转)＝311MPa，以及最大主应力指数(旋转)＝0.30。

(TP12)

对于示例TP12，其中开口11f具有在四个拐角处设置有半径为5 mm的圆角的矩形形状(x＝22.5mm，hL＝90mm，w3＝36.25mm，w(3-l) ＝31.25mm，w1＝31.25mm，w(2-1)＝31.25mm，w2＝31.25mm，wB＝36.25 mm，w1/t1＝6.25，w3/w1＝1.16，w(3-1)/w1＝1.00，w(2-l)/w1＝1.00， w2/w1＝1.00，wB/w1＝1.16)，评估结果为：重量＝1.799kg，重量指数＝0.92，最大主应力(平移)＝137MPa，最大主应力指数(平移)＝0.36，最大主应力(旋转)＝424MPa，最大主应力指数(旋转)＝0.40。

(TP15)

对于示例TP15，其中开口11f呈圆形形状(x＝50.8mm，hL＝50.8 mm，w3＝42.5mm，w(3-1)＝20.73mm，w1＝17.10mm，w(2-l)＝20.73 mm，w2＝27.37mm，wB＝42.50mm，w1/t1＝3.42，w3/w1＝2.49，w(3-l) /w1＝1.21，w(2-l)/w1＝1.21，w2/w1＝1.60，wB/wl＝2.49)，评估结果为：重量＝1.799kg，重量指数＝0.92，最大主应力(平移)＝202MPa，最大主应力指数(平移)＝0.52，最大主应力(旋转)＝280MPa，最大主应力指数(旋转)＝0.27。

图19A至图19D示出了根据第三视角对模型的评估结果。

图19A示出了反映每个模型TP的指数值的图。

在TP11、TP12、TP16、TP15和TP17中的每一者中，最大主应力指数(平移)和最大主应力指数(旋转)两者均小于TP5中的最大主应力指数(平移)和最大主应力指数(旋转)，重量指数小于TP6中的重量指数。也就是说，TP11、TP12、TP16、TP15和TP17在最大主应力与重量之间的平衡方面、即强度安全性与重量减轻之间的平衡方面优于TP5和TP6。

关于在最大主应力指数(旋转)方面相对于TP11的比较，该值按照TP12、TP16、TP15和TP17的顺序减小。特别地，具有呈椭球形形状(具有圆形拐角且短边为半圆形的矩形形状)开口11f的TP17的值、具有呈椭圆形形状的开口11f的TP16的值、以及具有呈圆形形状的开口11f的TP15的值较小，因此这些形状是优选的。也就是说，与诸如 TP11和TP12中的矩形形状相比，开口11f的形状优选是圆的或弯曲的。另外，作为最大主应力指数(平移)的比较结果，可以确定，相比于TP15中的开口11f的圆形形状，如TP16和TP17中的开口11f的椭球形(具有圆形拐角的矩形形状或长椭圆形形状)和椭圆形形状是更优选的。

图19B示出了反映扩展部分尺寸比与指数值之间的关系的图。

重量指数在所有TP11、TP12、TP16、TP15和TP17中均为0.92，因为开口11f的面积相同。当示例TP11、TP12、TP16、TP15和TP17 的w1/t1的值在3.42至6.25的范围内时，所有这些示例中的最大主应力指数(平移)和最大主应力指数(旋转)均小于等于0.6。

这里，将图19B与根据第一视角的其中开口11f呈矩形形状的图15B 进行比较。

在图15B中，当wl/t1小于等于3.5时，最大主应力指数(旋转) 的值可能超过0.6。在图19B中，例如当开口11h呈圆形形状并且wl/t1 为如在TP15中的3.42时，最大主应力指数(旋转)的值为0.27。因而，可以确定，与如图15B中所示的具有相同扩展部分尺寸比的模型的最大主应力指数(旋转)相比，图19B中的最大主应力指数(旋转)的值可以被极大地抑制。

因而，可以确定，优选的是改变开口11h的形状，从而显著地抑制特别是最大主应力指数(旋转)的值。更具体地，在TP17中，wl/tl为 4.90，最大主应力指数(平移)为0.32，其仅次于TP16，在TP16中，最大主应力指数(平移)为0.30，最大主应力指数(旋转)为0.21，0.21 是最小值。与图15B中的具有相同扩展部分尺寸比的TP8(w1/t1＝5.0，重量指数＝0.91)相比——其中最大主应力指数(平移)为0.39并且最大主应力指数(旋转)为0.48——TP17中的最大主应力指数(平移) 和最大主应力指数(旋转)明显较小。

图19C示出了反映w3/w1与指数值之间的关系的图。可以确定， w3/w1优选地为大于等于1.1且小于等于2.6，这是因为最大主应力指数 (平移)和最大主应力指数(旋转)都可以被抑制为小于等于0.6。

图19D示出了反映w2/w1与指数值之间的关系的图。可以确定， w2/w1优选地为大于等于1.1且小于等于1.7，这是因为最大主应力指数 (平移)和最大主应力指数(旋转)可以被抑制为小于等于0.6。

如上所述，根据第三视角，将最大主应力指数(平移)和最大主应力指数(旋转)抑制在最佳平衡位置的模型为具有圆形开口11f的TP17。第二最佳模型是具有呈椭球形形状(具有圆形拐角且短边为半圆形的矩形形状或长椭圆形形状)的开口11f的TP16和具有呈圆形形状的开口 11f的TP16。因此，开口11f的形状优选地为圆的或弯曲的形状而不是矩形形状，更优选地为椭球形形状(具有圆形拐角且短边为半圆形的矩形形状或长椭圆形形状)而不是圆形形状，更为优选地是椭圆形形状。特别是开口11f呈椭圆形形状，并且其中，开口11f沿着延伸轴线L的长度是开口11f沿与延伸轴线L相交的方向的长度的1.2倍至3倍。

应当指出的是，在对于实际车辆转向节的应用中，第一示例性实施方式中的臂部分1a沿着延伸轴线L弯曲，如图1所示。当从垂直于延伸轴线L的方向观察臂部分1a时，从开口11f的面积变为最大的方向观察的这种构造中的开口11f的形状。

此外，由于生产限制或其他限制，开口11f可能不具有简单的椭圆形形状。特别地，开口11f的在本体部分1e那侧的部分可以具有大致矩形的形状，这有利于容易地形成中空部分11j以及减轻重量。此外，开口11f的在连接部分11a那侧的部分可以具有大致抛物线形状。

接着，下面将对当载荷施加至臂部分1a时，作为示例1的具有图 1所示扩展部分的车辆转向节1以及作为比较示例1的不具有扩展部分的车辆转向节中的臂部分1a中的最大主应力的测量结果进行描述。在此，在比较示例1中，不仅没有扩展部分11h，而且与示例1中的第一部分11c相对应的部分是空的。除上述差异之外比较示例1具有与示例 1相类似的构型。此外，示例1和比较示例1都由铸铁等同物(比重7.15，杨氏模量170GPa)制成。

(扩展部分)

表1示出了具有图5中示出的扩展部分的车辆转向节1(示例1) 的臂部分1a中的参数W1/t1、W3/W1和W2/W1。

[表1]

(开口面积比和开口高度比)

在示例1中，设置有开口11f。在开口11f的形状方面，相对于位置W1位于连接部分11a那侧的部分具有大致抛物线形状，并且相对于位置W1位于本体部分1e那侧的部分具有大致矩形形状。

“开口面积比”是通过将“开口11f的面积”除以臂部分1a的“开口11f侧的区域的面积”(即，位于开口11f侧的区域)得到的值。

这里，“开口11f侧的区域的面积”被计算为当由垂直于延伸轴线L 观察臂部分1a时开口11f的面积变为最大的方向观察时(下文中也称为“测量方向”)由臂部分1a的周壁(11e，11g)的厚度的中心在臂部分 1a的具有开口11f的开口侧的壁(11e，11h)上的投影线(图1的虚线) 以及与延伸轴线L相交且与连接部分11a相接触的线在开口侧的壁 (11e，11h)上的另一投影线限定的内部区域的面积。

此外，“开口11f的面积”是当从测量方向观察时的开口11f的面积。

在示例1中，图1中示出的开口11f的“开口面积比”为55.0％。关于第二视角的描述中定义的开口高度比为80％。

(测试条件)

返回到图6，下面将描述测试条件。

在示例1和比较示例1中，限定本体部分1e的中心Ps。此时，本体部分1e也被限制为不绕Z轴线旋转。加载点Pf与中心Ps相距长度 E，该长度E是臂部分1a的长度的3倍。由于载荷F3沿Y轴线(-) 方向(垂直于纸面的正向方向)施加并且包括扭转臂部分1a的力的分量，因此由载荷F3产生的最大主应力在下文中可以被称为“最大主应力(旋转)”。载荷F3的值为4kN。

此外，由于载荷F4沿Z轴线(-)方向施加并且包括按压臂部分1a的力的分量，并且载荷F4不包括扭转臂部分1a的力的分量，因此由载荷F4产生的最大主应力可以在下文中称为“最大主应力(平移)”。载荷F4的值为4kN。

(最大主应力(平移))

首先，示出了输入载荷F4的结果。图20A是示出了示例1中的臂部分1a中的最大主应力(平移)的测量结果的图。示例1中的开口11f的形状为与如上所述的根据第三视角的模型TP17中的开口的椭圆形形状相近的形状。另一方面，图20B是示出了与图1所示的车辆转向节1相比不具有扩展部分11h的比较示例1的最大主应力 (平移)的测量结果的图，其对应于如上所述的根据第一视角和第二视角的模型TP5。

在不具有扩展部分11h的比较示例1中，最大主应力(平移)为 1880MPa。另一方面，在具有扩展部分11h的示例1中，最大主应力(平移)为687MPa。

示例1的最大主应力指数(平移)与比较示例1的最大主应力指数(平移)的比为0.37:1.00，即示例1的最大主应力指数(平移) 被减小为大约是比较示例1的1/2.7。

(最大主应力(旋转))

然后，示出了施加载荷F3的结果。图21A是示出了示例1中的臂部分1a的最大主应力(旋转)的测量结果的图，图21B是示出了比较示例1的最大主应力(旋转)的测量结果的图。

在不具有扩展部分11h的比较示例1中，最大主应力(旋转)为 1520MPa。另一方面，在具有扩展部分11h的示例1中，最大主应力(旋转)为801MPa。

示例1的最大主应力指数(旋转)与比较示例1的最大主应力指数 (旋转)的比为0.53:1.00，即示例1的最大主应力指数(旋转)被减小为大约是比较示例的1/1.91。

尽管为了完整且清楚地公开，已经通过具体实施方式对本发明进行了描述，但是所附权利要求不因此受限制而应被理解为是对本领域技术人员可能想到的很好地落入本文所阐述的基本教示内的所有改型和替代性构造的具体体现。

此外，申请人的意图是包含所有权利要求要素的等同物，并且对本申请的任何权利要求的修改不应被解释为放弃对所修改的权利要求的任何要素或特征的等同物的任何权益或权利。

1 车辆转向节

1a 臂部分

1b 拉杆臂部分

1c 制动臂部分

1d 下部控制臂附接臂

1e 本体部分

1f 轴附接孔

1g 外周

3-3 箭头

4-4 箭头

5-5 箭头

6-6 箭头

11a 连接部分

11b 支柱附接孔

11c 第一部分

11d 第二部分

11e 周壁

11f 开口

11g 周壁

11h 扩展部分(侧部部分的边缘)

11h1 外表面

11i 上开口

11j 中空部分

11k 侧部部分

11m，11n 表面

11o 圆形部分

11p 背部部分

12d 第二部分

12g 周壁

12h 扩展部分

12k 侧部部分

13d 第二部分

13g 周壁

13h 扩展部分

13k 侧部部分

14d 第二部分

14g 周壁

14h 扩展部分

14k 侧部部分

14p 背部部分

15d 第二部分

15f 开口

15g 周壁

15h 扩展部分

15k 侧部部分

16d 第二部分

16f 开口

16g 周壁

16h 扩展部分

16k 侧部部分

16p 背部部分

81 支柱

82 拉杆

83 下臂部分

84 轮胎

110 底部部分

110a 底部部分的上表面

110b 底部部分的下表面

Claims (19)

1.一种车辆转向节，包括：

本体部分，所述本体部分附接有轴；

臂部分，所述臂部分包括与所述本体部分的外周一体地连接并且沿着延伸轴线从所述本体部分向外伸展的一个端部；以及

连接部分，所述连接部分与所述臂部分的另一端部一体地连接，所述连接部分构造成与车辆部件连接，

其中，所述臂部分包括：

第一部分，所述第一部分沿着所述延伸轴线的方向与所述连接部分一体地连接；

第二部分，所述第二部分设置在所述第一部分与所述本体部分之间；以及

中空部分，所述中空部分构造成与所述第一部分和所述第二部分连通，

其中，所述第一部分包括构造成围绕所述延伸轴线的封闭周壁，

其中，所述第二部分包括围绕所述延伸轴线的具有部分地敞开的开口的周壁，

其中，在与所述延伸轴线相交的截面处，所述第二部分的周壁的位于所述开口侧的端部部分包括扩展部分，所述扩展部分在宽度上相比于与所述端部部分相邻的侧部部分的厚度增大。

2.根据权利要求1所述的车辆转向节，其中，所述扩展部分定位成与经由所述连接部分作用在所述臂部分上的力的方向相交。

3.根据权利要求1所述的车辆转向节，其中，在与所述延伸轴线相交的所述截面处，所述扩展部分设置在所述开口的两侧。

4.根据权利要求1所述的车辆转向节，其中，在沿着所述延伸轴线的方向上，所述扩展部分朝向所述第一部分延伸并且与所述第一部分的封闭周壁成一体。

5.根据权利要求4所述的车辆转向节，其中，在沿着所述延伸轴线的方向上，所述扩展部分朝向所述本体部分延伸并且与所述本体部分成一体。

6.根据权利要求5所述的车辆转向节，其中，所述扩展部分的宽度沿着所述延伸轴线从所述第二部分的中心朝向所述第一部分或所述本体部分增大。

7.根据权利要求6所述的车辆转向节，其中，在所述端部部分的靠近所述本体部分处测得的宽度是所述端部部分的中心处的宽度的1.1倍至1.7倍，或者

其中，在所述端部部分的靠近所述连接部分处测得的宽度是所述端部部分的中心处的宽度的1.1倍至2.6倍。

8.根据权利要求1所述的车辆转向节，其中，所述扩展部分的外表面包括沿着所述延伸轴线形成的两个或更多个表面。

9.根据权利要求1所述的车辆转向节，其中，所述扩展部分的厚度是所述侧部部分的厚度的2.0倍至7.0倍。

10.根据权利要求1所述的车辆转向节，其中，所述开口呈椭圆形形状，其中，所述开口的沿着所述延伸轴线的长度是所述开口的沿着与所述延伸轴线相交的方向的长度的1.2倍至3倍。

11.根据权利要求1所述的车辆转向节，其中，所述开口的面积是所述臂部分的位于所述开口侧的区域的面积的10％至80％。

12.一种用于车辆的转向节，所述转向节附接有轴，所述转向节包括：

本体部分，所述轴附接至所述本体部分；

臂部分，所述臂部分包括与所述本体部分的外周一体地连接并且沿着延伸轴线从所述本体部分向外伸展的一个端部；以及

连接部分，所述连接部分与所述臂部分的另一端部一体地连接，所述连接部分构造成与车辆部件连接，

其中，所述臂部分包括：

开口，所述延伸轴线穿过所述开口；

端部部分，所述端部部分构造成环绕所述开口，所述端部部分的宽度被定义为在车辆宽度方向上从所述开口的边缘至所述端部部分的远端边缘，

其中，在所述端部部分的中心处的第一宽度小于所述端部部分的在靠近所述本体部分处测得的第二宽度，并且

其中，在所述端部部分的中心处的所述第一宽度小于靠近所述连接部分处测得的第三宽度。

13.根据权利要求12所述的用于车辆的转向节 ，其中，所述第三宽度是所述第一宽度的1.1倍至2.6倍，并且

其中，所述第二宽度是所述第一宽度的1.1倍至1.7倍。

14.根据权利要求12所述的用于车辆的转向节 ，其中，所述开口呈椭圆形形状，其中，所述开口的沿着所述延伸轴线的长度是所述开口的沿着与所述延伸轴线相交的方向的长度的1.2倍至3倍。

15.根据权利要求12所述的用于车辆的转向节 ，其中，所述开口的面积是所述臂部分的位于所述开口侧的区域的面积的10％至80％。

16.一种用于车辆的转向节，所述转向节附接有轴，所述转向节包括：

本体部分，所述轴附接至所述本体部分；

臂部分，所述臂部分包括与所述本体部分的外周一体地连接并且沿着延伸轴线从所述本体部分向外伸展的一个端部；以及

连接部分，所述连接部分与所述臂部分的另一端部一体地连接，所述连接部分构造成与车辆部件连接，

其中，所述臂部分包括：

介于所述连接部分与所述本体部分之间的部段；

开口，所述延伸轴线穿过所述开口；

中空部分，所述中空部分构造成与所述开口和所述部段连通，

其中，所述部段包括周壁，

其中，在与所述延伸轴线相交的截面处，所述部段的周壁的位于所述开口侧的端部部分包括扩展部分，所述周壁的邻近所述端部部分的侧部部分具有第一长度，所述扩展部分具有第二长度，所述第二长度大于所述第一长度，并且

其中，所述扩展部分沿着所述延伸轴线的方向朝向所述本体部分延伸并且与所述本体部分一体地形成。

17.根据权利要求16所述的用于车辆的转向节 ，其中，所述第二长度是所述第一长度的2.0倍至7.0倍。

18.根据权利要求16所述的用于车辆的转向节 ，其中，所述开口呈椭圆形形状，其中，所述开口的沿着所述延伸轴线的长度是所述开口的沿着与所述延伸轴线相交的方向的长度的1.2倍至3倍。

19.根据权利要求16所述的用于车辆的转向节 ，其中，所述开口的面积是所述臂部分的位于所述开口侧的区域的面积的10％至80％。

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