CN111976831A - 一种3d打印后转向节、制作方法、悬架系统和汽车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种3D打印后转向节、制作方法、悬架系统和汽车，涉及汽车配件技术领域。所述后转向节包括：设置于连接臂的非受力路径上的镂空减重结构；间隔设置于轴孔连接座周向上的连接结构，连接结构包括安装孔，以及由安装孔的孔壁沿预设方向延伸形成的筒状或半筒状结构，部分相邻的筒状或半筒状结构之间通过薄壁连接，预设方向为平行于轴孔的轴向的方向；设置于连接臂上的加强筋，加强筋沿受力路径形成为不等厚的且形状不规则的立体结构，且至少部分连接臂与连接结构之间通过加强筋连接，至少部分连接臂与另一连接臂和/或轴孔连接座之间通过另外的加强筋连接。本发明通过加强筋和镂空减重结构的设计，实现悬架系统的轻量化和强度共存。

Description

一种3D打印后转向节、制作方法、悬架系统和汽车

技术领域

本发明涉及汽车配件技术领域，特别涉及一种3D打印后转向节、制作方法、悬架系统和汽车。

背景技术

后转向节是汽车后悬架系统上的主要零件之一，其形状比较复杂，集中了轴、套、盘环、叉架等四类零件的结构特点，主要由支撑轴颈、法兰盘、叉架三大部分组成。其主要作用是连接多连杆独立悬架各摆臂、轮毂轴承和制动卡钳，以承受车轮传递过来的负荷。同时承受轮胎、后纵臂、后支柱，以及后悬横向控制臂传递的冲击载荷。为保障后轮在行驶过程中定位准确，通常要求其具有高强度及尺寸、位置精度。并且为了保障汽车的通过平顺性以及经济性，要求结构重量轻。因此后转向节的结构设计要综合考虑各个连接部件的受力情况，在满足受力强度的前提下，减小重量。常用转向节结构比较简单，在满足强度的要求下，重量较大。

后转向节的几何形状和受力情况复杂，为保证强度和耐久性能，目前多采用球墨铸铁工艺获得。受限于后转向节布置空间和承载特点，现有的后转向节结构笨重并且四驱拓展性差。产品的工艺可行性、装配便利性和结构可靠性较差。而使用现有后转向节的后悬架系统，存在车辆转弯随动性差，低速转向时，转弯半径大，机动性差；高速过弯时，车辆不稳定，容易出现后甩尾现象的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供一种3D打印后转向节、制作方法、悬架系统和汽车，以解决后转向节的结构复杂，和无法同时实现轻量化和强度共存的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明实施例提供一种3D打印后转向节，包括：中部设置有轴孔的轴孔连接座以及多个由所述轴孔连接座向外延伸的连接臂，所述连接臂上设置有用于连接相应车辆部件的安装部，由3D打印机根据预设数据建立的模型进行打印得到的一体成型的所述3D打印后转向节，还包括：

设置于所述连接臂的非受力路径上的镂空减重结构；

间隔设置于所述轴孔连接座周向上的连接结构，所述连接结构包括安装孔，以及由所述安装孔的孔壁沿预设方向延伸形成的筒状或半筒状结构，部分相邻的筒状或半筒状结构之间通过薄壁连接，所述预设方向为平行于所述轴孔的轴向的方向；

设置于所述连接臂上的加强筋，所述加强筋沿受力路径形成为不等厚的且形状不规则的立体结构，且至少部分所述连接臂与所述连接结构之间通过所述加强筋连接，至少部分所述连接臂与另一所述连接臂和/或所述轴孔连接座之间通过另外的所述加强筋连接。

进一步地，所述连接结构的数量为四个，包括：对应预设正方形的四个角顺次设置的第一连接结构、第二连接结构、第三连接结构和第四连接结构，其中，所述预设正方形的中点位于所述轴孔的轴线上；

多个所述连接臂包括：

对应所述第一连接结构且沿所述预设方向设置的第一连接臂，所述第一连接臂靠近所述轴孔连接座的一端设置有H臂连杆安装部，所述第一连接臂远离所述轴孔连接座的一端设置有上端臂安装部；

对应所述第二连接结构且沿所述预设方向设置的第二连接臂，所述第二连接臂远离所述轴孔连接座的一端设置有前束拉杆安装部；以及，

对应所述第三连接结构且沿所述预设方向设置的第三连接臂，所述第三连接臂远离所述轴孔连接座的一端设置有H臂安装部。

进一步地，所述加强筋包括：

第一加强筋，所述第一加强筋分别连接第一连接臂、所述第四连接结构的半筒状结构和轴孔连接座；

第二加强筋，所述第二加强筋连接所述前束拉杆安装部和所述H臂安装部；

第三加强筋，所述第三加强筋连接所述第二连接臂和所述H臂安装部；

第四加强筋，所述第四加强筋形成为网状结构，分别连接第二连接结构的筒状结构、第三连接结构的筒状结构、所述前束拉杆安装部和所述H臂安装部。

进一步地，所述第一加强筋形成为叉状，包括叉柄和两个叉尖；

所述叉柄设置在所述第一连接臂的预设连接点，所述预设连接点位于所述H臂连杆安装部和所述上端臂安装部之间；

两个叉尖分别与第四连接结构的半筒状结构和轴孔连接座连接。

进一步地，所述第二加强筋、所述第三加强筋和所述第二连接臂形成为三角形结构。

进一步地，多个连接臂还包括：

与所述轴孔的轴向垂直，且向外延伸的两个卡钳连接臂，且在所述卡钳连接臂远离所述轴孔连接座的一端设置有两个卡钳安装部；

其中，两个所述卡钳连接臂中的第一卡钳连接臂对应所述第三连接结构设置，第二卡钳连接臂对应所述第四连接结构设置。

进一步地，所述加强筋还包括：

多个第五加强筋，所述多个第五加强筋由所述第一卡钳连接臂分别向所述第二卡钳连接臂和所述第三连接臂处延伸。

进一步地，在与所述预设方向的相反方向上，还设有三个制动盘安装结构，三个所述制动盘安装结构分别设置于所述第一连接臂、所述第二连接臂和所述第三连接臂上，且所述制动盘安装结构上均形成有安装孔。

进一步地，所述连接臂的安装座形成为圆环结构或所述安装座的内部设有橡胶衬套的容置空间。

本发明实施例还提供一种3D打印后转向节制作方法，应用于如上所述的3D打印后转向节，包括：

获取所述3D打印后转向节的数据模型，并导入3D打印机中；

控制所述3D打印机根据式所述数据模型进行打印，得到后转向节胚料；

对所述后转向节胚料进行后处理，得到所述3D打印后转向节。

进一步地，打印所述后转向节胚料的打印材料为预设铝合金粉末材料，包括以下重量百分比组分：

9％-11％的硅；0.2％-0.45％的镁；小于或等于0.55％的铁；小于或等于0.05％的铜；小于或等于0.45％的锰；小于或等于0.1％的锌；小于或等于0.15％的钛；小于或等于0.05％的镍；小于或等于0.05％的铅；小于或等于0.05％的锡；余量为铝。

本发明实施例还提供一种悬架系统，包括：上摆臂、H臂、H臂连杆、前束拉杆、轮毂轴承、后制动盘、卡钳以及如上所述的3D打印后转向节，其中，所述3D打印后转向节分别与所述上摆臂、所述H臂、所述H臂连杆、所述前束拉杆、所述轮毂轴承、所述后制动盘和卡钳连接。

本发明实施例提供一种汽车，所述汽车还包括有如上所述的悬架系统。

本发明的有益效果是：

本发明提供的3D打印后转向节包括轴孔连接座和多个连接臂，所述轴孔连接座具有轴孔和连接结构，所述连接结构间隔设置在所述轴孔连接座周向上；所述连接臂与所述轴孔连接座连接，所述连接臂的延伸方向与所述轴孔的轴向平行或垂直，所述连接臂上设置有沿所述连接臂的安装部的受力路径设置的加强筋，相邻两个连接臂之间、任意一个连接臂与所述轴孔连接座之间通过所述加强筋连接。通过上述的设置方式，本发明大大降低了后转向节的结构复杂性，减小了后悬架系统的占用空间。具体而言，在沿安装部的受力路径设置加强筋，不仅有加强后转向节整体结构的作用，还可以对运动过程中的后转向节起到抵消受力方向上的冲击，以改善具有后悬架系统的车辆不稳定的情况。

附图说明

图1表示本发明实施例提供的3D打印后转向节的正视图；

图2表示本发明实施例提供的3D打印后转向节的轴侧图；

图3表示本发明实施例提供的3D打印后转向节的背视图；

图4表示本发明实施例提供的3D打印后转向节的右视图；

图5表示本发明实施例提供的3D打印后转向节的制作方法流程图；

图6表示本发明实施例提供的悬架系统的结构示意图之一；

图7表示本发明实施例提供的悬架系统的结构示意图之二；

图8表示本发明实施例提供的上摆臂的结构示意图；

图9表示本发明实施例提供的H臂的结构示意图；

图10表示本发明实施例提供的H臂连杆的结构示意图；

图11表示本发明实施例提供的前束拉杆的结构示意图；

图12表示本发明实施例提供的轮毂轴承的结构示意图；

图13表示本发明实施例提供的后制动盘和卡钳的结构示意图。

附图标记说明：

1-轴孔连接座；11-轴孔；12-安装孔；13-第一连接结构；14-第二连接结构；15-第三连接结构；16-第四连接结构；L-轴线；2-第一连接臂；21-H臂连杆安装部；22-上端臂安装部；3-第二连接臂；4-第三连接臂；5-第一加强筋；6-第二加强筋；7-第三加强筋；8-第四加强筋；9-卡钳连接臂；91-第一卡钳连接臂；92-第二卡钳连接臂；10-第五加强筋；20-制动盘安装结构；30-上摆臂；31-上摆臂固定部；32-第一固定部；40-H臂；41-第一本体部；411-H臂连杆固定部；412-第一副车架安装部；42-第二本体部；421-H臂固定部；422-第二副车架安装部；423-中部凹陷结构；5-H臂连杆；51-第一端安装孔；52-第二端安装孔；60-前束拉杆；61-前束拉杆固定部；62-第二固定部；70-轮毂轴承；71第一固定点；72-第二固定点；80-后制动盘；81-后制动盘固定部；90-卡钳；100-后挡泥板。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

在本发明的各种实施例中，应理解，下述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

本发明针对后转向节的结构复杂，占用底盘空间大问题，提供一种3D打印后转向节、制作方法、悬架系统和汽车。

本发明一可选实施例提供的3D打印后转向节，包括：

中部设置有轴孔11的轴孔连接座1以及多个由所述轴孔连接座1向外延伸的连接臂，所述连接臂上设置有用于连接相应车辆部件的安装部，其特征在于，由3D打印机根据预设数据建立的模型进行打印得到的一体成型的所述3D打印后转向节，还包括：

设置于所述连接臂的非受力路径上的镂空减重结构；

间隔设置于所述轴孔连接座周向上的连接结构，所述连接结构包括安装孔12，以及由所述安装孔12的孔壁沿预设方向延伸形成的筒状或半筒状结构，部分相邻的筒状或半筒状结构之间通过薄壁连接，所述预设方向为平行于所述轴孔11的轴向的方向；

设置于所述连接臂上的加强筋，所述加强筋沿受力路径形成为不等厚的且形状不规则的立体结构，且至少部分所述连接臂与所述连接结构之间通过所述加强筋连接，至少部分所述连接臂与另一所述连接臂和/或所述轴孔连接座1之间通过另外的所述加强筋连接。

在本发明的一具体实施例中，3D打印后转向节包括用于与轮毂轴承连接的轴孔连接座1，其中，轮毂轴承的外圈插设于轴孔11中，轮毂轴承的法兰盘可通过间隔设置于所述轴孔连接座1周向上的连接结构与轴孔连接座1固定连接，保证轮毂轴承的连接，进而便于驱动半轴的安装；从轴孔连接座1的外侧壁上延伸出多个连接臂，其中，连接臂的延伸方向与轴孔11的轴向(轴向为图3中L的方向)垂直或呈一预设角度，便于在连接臂上设置用于连接相应车辆部件的安装部，将多个车辆部件与汽车后转向节连接构成一悬架系统，保证悬架系统的正常组装在连接臂上还设置有加强筋，其中加强筋沿该连接臂上的安装部的受力路径设置，将对应的安装部的承载的力传递至相邻的连接臂和/或轴孔连接座1上，保证汽车后转向节具有足够的受力强度，同时，通过设置沿受力路径的加强筋，使得对应的连接臂的尺寸可对应减小，进而有利于减轻整个汽车后转向节的重量。

进一步地，本发明实施例中设置于所述连接臂的非受力路径上的镂空减重结构，参见图2至图4，镂空减重结构(A、B、C、D)通过对连接结构或连接臂进行受力分析，在不进行力的传递的地方进行镂空设计，既保证了3D打印后转向节的受力强度，同时也有利于减轻3D打印后转向节的质量；其中镂空减重结构(A、B、C、D)的具体形式根据不受力区域的形状而定，在此不再进行具体限定。

进一步地，本发明实施例中所述连接结构包括安装孔12，以及由所述安装孔12的孔壁沿预设方向延伸形成的筒状或半筒状结构，部分相邻的筒状或半筒状结构之间通过薄壁连接，所述预设方向为平行于所述轴孔11的轴向(轴向为图3中L的方向)的方向。本发明实施例中使得部分加强筋可通过连接结构与轴孔连接座1连接，进行力的传递，保证加强筋沿对应安装部的受力路径延伸，使得可通过缩减连接臂的实体尺寸来减轻重量，而，连接结构形成为筒状或半筒状，有利于保证安装孔12的正常功能的实现，同时连接结构在垂直于所述轴孔11的轴向的截面上形成为圆环或半圆环，便于将力进行分散，提高汽车后转向节的受力强度。所述连接结构还包括由所述安装孔12的孔壁沿预设方向延伸形成的筒状或半筒状结构，因为本发明的结构除了轴孔连接座、连接臂和加强筋之外，没有设置多余的结构，可以根据实际需求设置为不同高度筒状结构或半筒状结构，所述筒状结构或半筒状结构的目的一是为了做加强筋的连接点，二是为了增加与所述安装孔12配合的连接部件的接触面积，使其更好的完成紧固作用，还有一个作用是为了完成连接部件的定位。

需要说明的是，部分相邻的筒状或半筒状结构之间通过薄壁连接，薄壁可以承受曲面内的轴向压力，弯矩很小。它的受力比较合理，材料强度能得到充分利用，更进一步的加强了连接结构。

需要说明的是，在所述轴孔连接座1周向上间隔布置多个安装孔12，通过所述安装孔12与固定部件配合，可以将所述轴孔连接座1固定于待固定件上，其中，与所述安装孔12配合的固定部件可以为圆柱形带螺纹的紧固件，具体为六角法兰面螺栓，所述六角法兰面螺栓的法兰面的带一块薄的部分，可以稍微的形变，能锁得更结实，所述六角法兰面螺栓的头较小，所述六角法兰面螺栓的下面法兰盘还起到紧固作用。

进一步地，本发明实施例中设置于所述连接臂上的加强筋，所述加强筋沿受力路径形成为不等厚的且形状不规则的立体结构，且至少部分所述连接臂与所述连接结构之间通过所述加强筋连接，至少部分所述连接臂与另一所述连接臂和/或所述轴孔连接座1之间通过另外的所述加强筋连接。本发明中的加强筋沿受力路径延伸，使得可通过缩减连接臂的实体尺寸来减轻重量，设置为不等厚的且形状不规则的立体结构，可以根据受力路径的受力大小进行设计不同厚度和不同形状的立体结构，且加强筋均为实心加强筋，保证结构设计的多样性；通过至少部分所述连接臂与所述连接结构之间通过所述加强筋连接，这里的至少部分加强筋可以为整体加强筋或者部分加强筋，可根据实际需求设计与所述连接结构连接的面积，两者之间的连接使其受力路径明确且可靠，可以通过所述加强筋实现了支撑受力的特性，有效防止了运动过程中作用下的受压屈曲，发挥减震作用；至少部分所述连接臂与另一所述连接臂和/或所述轴孔连接座1之间通过另外的所述加强筋连接，同样实现了支撑受力的特性。

优选地，在上述的具体实施例中汽车后转向节采用增材制造(3D打印)技术利用铝合金粉末制造成型，保证了上述结构设计的实现，同时避免了设置不必要的辅助结构，减少了必要结构的实体体积，且采用轻质的铝合金，进一步的降低了汽车后转向节的重量，使得本发明的汽车后转向节相较于同样采用轻质材料制成的汽车后转向节减重35％至45％，同时使汽车后转向节的力学性能、强度、刚度和疲劳耐久度提高了5％左右。具体地，采用其他轻质材料代替铝合金也属于本发明的保护范围。

进一步地，本发明一具体实施例中，所述连接结构的数量为四个，包括：对应预设正方形的四个角顺次设置的第一连接结构13、第二连接结构14、第三连接结构15和第四连接结构16，其中，所述预设正方形的中点位于所述轴孔11的轴线上；

多个所述连接臂包括：

对应所述第一连接结构13且沿所述预设方向设置的第一连接臂2，所述第一连接臂2靠近所述轴孔连接座1的一端设置有H臂连杆安装部21，所述第一连接臂远离所述轴孔连接座1的一端设置有上端臂安装部22；

对应所述第二连接结构14且沿所述预设方向设置的第二连接臂3，所述第二连接臂3远离所述轴孔连接座1的一端设置有前束拉杆安装部；以及，

对应所述第三连接结构15且沿所述预设方向设置的第三连接臂4，所述第三连接臂4远离所述轴孔连接座1的一端设置有H臂安装部。

其中，所述预设方向为平行于所述轴孔11的轴向(轴向为图3中L的方向)的方向。

本实施例中，所述连接结构的数量优选为四个，四个连接结构之间的角度可以根据待固定件上相应的安装孔的位置来确定。例如可以呈棱形、矩形和正方形。为了保证所述轴孔连接座1与待固定件上连接处受力均匀，优选的，四个连接结构之间呈正方形设置，即对应预设正方形的四个角顺次设置的第一连接结构13、第二连接结构14、第三连接结构15和第四连接结构16，其中，所述预设正方形的中点位于所述轴孔11的轴线上。

本实施例中，多个连接臂包括第一连接臂2、第二连接臂3和第三连接臂4；所述第一连接臂2设有靠近所述轴孔连接座1的一端的H臂连杆安装部21，远离所述轴孔连接座1的一端的上端臂安装部22，通过上端臂安装部22与悬架系统的上端臂连接，通过H臂连杆安装部21与所述悬架系统的H臂连杆连接；所述第二连接臂3设有远离所述轴孔连接座1的一端的前束拉杆安装部，通过前束拉杆安装部与悬架系统的前束拉杆连接；所述第三连接臂4设置有远离所述轴孔连接座1的一端的H臂安装部；通过H臂安装部与悬架系统的H臂连接。本发明设置多个连接臂的优点满足了3D打印后转向节的功能性，本发明的3D打印后转向节能够充分利用高度方向上的空间，降低结构复杂性。

本发明可以根据需要连接的悬架系统的部件设置不同的连接臂，所述连接臂的延伸方向与所述轴孔11的轴向平行或垂直，为了保证所述连接臂的稳定性，还需要设置多个加强筋。

进一步地，如图1和图2所示，所述加强筋包括：

第一加强筋5，所述第一加强筋5分别连接第一连接臂2、所述第四连接结构的半筒状结构和轴孔连接座1。

该实施例中，所述第四连接结构16优选设置为半筒状结构，所述第一加强筋5分别连接第一连接臂2、所述第四连接结构的半筒状结构和轴孔连接座1。具体地，所述第一加强筋形成为叉状，包括叉柄和两个叉尖；所述叉柄设置在所述第一连接臂的预设连接点，所述预设连接点位于所述H臂连杆安装部21和所述上端臂安装部22之间；两个叉尖分别与第四连接结构16的半筒状结构和轴孔连接座1连接。

需要说明的是，通过在所述H臂连杆安装部21和所述上端臂安装部22之间设置预设连接点，再从所述预设连接点处分别向所述第四连接结构的半筒状结构和轴孔连接座1延伸，不仅增加了三者之间的稳定性，还降低了3D打印后转向节的结构复杂性。

进一步地，所述加强筋包括：

第二加强筋6，所述第二加强筋6连接所述前束拉杆安装部和所述H臂安装部；

第三加强筋7，所述第三加强筋7连接所述第二连接臂3和所述H臂安装部。

该实施例中，通过设置所述第二加强筋6和所述第三加强筋7，两个加强筋都通过所述H臂安装部与所述第二连接臂3连接，前者连接所述前束拉杆安装部，后者连接所述第二连接臂3靠近轴向连接座的部分连接；具体地，所述第二加强筋6、所述第三加强筋7和所述第二连接臂3形成为三角形结构。三角形结构具有稳定性，有着稳固、坚定、耐压的特点，不仅加强两个连接臂的结构稳定性，还有效防止了运动过程中作用下的受压屈曲，发挥减震作用。

为了进一步地稳定连接臂和轴孔连接座的结构。本发明的所述加强筋还包括：

第四加强筋8，所述第四加强筋8形成为网状结构，分别连接第二连接结构14的筒状结构、第三连接结构15的筒状结构、所述前束拉杆安装部和所述H臂安装部。

需要说明的是，本发明的所述第四加强筋8呈网状结构，分别连接第二连接结构14的筒状结构、第三连接结构15的筒状结构、所述前束拉杆安装部和所述H臂安装部，一是为了避免设置多个加强筋的复杂性，二是网状结构能很好地起到一个支撑作用，减小连接结构之间、连接臂之间的形变。

上述的三个连接臂均为沿所述预设方向设置的，本发明还可以根据需要连接的悬架系统的部件设置不同的连接臂，所述连接臂的延伸方向与所述轴孔11的轴向平行设置。

具体地，多个连接臂还包括：

与所述轴孔11的轴向垂直，且向外延伸的两个卡钳连接臂9，且在所述卡钳连接臂远离所述轴孔连接座1的一端设置有卡钳安装部；

其中，两个所述卡钳连接臂中的第一卡钳连接臂91对应所述第三连接结构15设置，第二卡钳连接臂92对应所述第四连接结构16设置。

该实施例中，所述卡钳安装部至少设置为一个，本发明优选为两个，通过在设置两个卡钳连接臂9增大与带固定卡钳的固定位置，使得在垂直轴孔且远离所述轴孔连接座的方向上更加稳定。

进一步地，所述加强筋还包括：

多个第五加强筋10，所述多个第五加强筋由所述第一卡钳连接臂91分别向所述第二卡钳连接臂92和所述第三连接臂4处延伸。

需要说明的是，该实施例中设置的第一卡钳连接臂91与轴孔连接座连接，设置的第二卡钳连接臂92与轴孔连接座连接，为了两个连接臂的稳定性，通过所述第一卡钳连接臂91、所述第二卡钳连接臂92和所述第三连接臂4之间分别通过第五加强筋10连接；这样设置成功后，所述轴孔连接座、所述第一卡钳连接臂91和所述第二卡钳连接臂92形成一个封闭式多边形结构，第三连接结构15、所述第一卡钳连接臂91和第三连接臂4这三者之间形成一个三角形结构，无论是封闭式多边形结构还是三角形结构，都有稳固、坚定、耐压的特点，有效防止了运动过程中作用下的受压屈曲，发挥减震作用，增强了3D打印后转向节的强度。

如图3所示，在一具体实施例中，在与所述预设方向的相反方向上，还设有三个制动盘安装结构20，三个所述制动盘安装结构20分别设置于所述第一连接臂2、所述第二连接臂3和所述第三连接臂4上，且所述制动盘安装结构上均形成有安装孔。

其中，所述预设方向为平行于所述轴孔11的轴向L的方向。

需要说明的是，与3D打印后转向节连接的后制动盘具有紧固结构，通过紧固结构与三个制动盘安装结构20的连接，不仅可以将后制动盘固定到3D打印后转向节上，还可以对所述第一连接臂2、所述第二连接臂3和所述第三连接臂4进一步地紧固，三个制动盘安装结构20均为柱形安装结构，在远离连接臂的一端设置安装孔，连接孔与后制动盘的紧固结构匹配连接；其中，三个制动盘安装结构20相互之间进行连线，形成三角形结构。

如图1至图4所示，所述连接臂的安装座形成为圆环结构或所述安装座的内部设有橡胶衬套的容置空间。

该实施例中，本发明的连接臂的安装座可以为环状结构，优选的，所述环状结构可以与设有汽车球头的待固定部件配合连接，利用球型连接实现多角度的旋转，使得转向机构得以平顺转向，减少震动和实现平顺转向；或者，所述安装座的内部设有橡胶衬套的容置空间。本发明使用的橡胶衬套的使用灵活性比较高，橡胶衬套的使用能减少设备的磨损、振动和噪音，并有防腐蚀的效果，还能方便机械设备的维修、简化设备的结构和制造工艺。

需要说明的是，本发明的3D打印后转向节为一体式结构，通过3D打印技术制造完成，通过轴孔连接座、多个连接臂和加强筋的设计，同时保证了3D打印后转向节的轻量化和强度；3D打印后转向节为铝合金构件，且所述加强筋全部为实心加强筋。

本发明还提供一种3D打印后转向节制作方法，应用于如上所述的3D打印后转向节，包括：

步骤100，获取所述3D打印后转向节的数据模型，并导入3D打印机中；

步骤200，控制所述3D打印机根据式所述数据模型进行打印，得到后转向节胚料；

步骤300，对所述后转向节胚料进行后处理，得到所述3D打印后转向节。

该实施例中，通过3D打印后转向节的所需的功能，根据建模软件建立3D打印后转向节的基础模型。首先保持3D打印后转向节的各种所需安装点的位置不变，各种工况荷载不变，在此基础上设计零件的空间，通过拓扑优化计算出最优的承力结构并构建拓扑数模，然后对所述拓扑数模的表面进行曲面光顺建模，在光顺建模后并对其进行验证，若验证效果不理想，则重新进行拓扑到光顺的建模过程，直至完成数据模型的建立，然后并导入3D打印机中。

验证的过程可以是：光顺的建模导入到验证软件建立约束关系，输入一个以上极限工况，在极限工况下联合分析，按照最大刚度的优化条件，得出分析结果，若刚度验证通过，则完成数据模型的建立。

需要说明的是，光顺的原则：a用简单的面把拓扑优化后的数据的形貌概括出来，原来数据过小的特征不用完全体现或不用体现；b保证主体主干结构和面的走势，不要求新的面要完全贴合原来的表面；c细支结构直径不应过小，否则影响可打印性；d粗支结构直径采用最大轮廓包裹；e小洞结构可以堵实；f断支结构需要根据趋势和就近原则两头搭接；g新建的实体数据和元数据的体积应尽可能的接近。

在获取到汽车后转向节的数据模型后，会将其导入3D打印机中进行打印，通过增材制造技术得到后转向节胚料，进而对后转向节胚料进行后处理即可得到所需的3D打印后转向节。其中，在本发明的步骤300中，所述后处理包括：

对所述3D打印后转向节胚料的进行线切割，去掉支撑结构；振动清理去除支撑后的3D打印后转向节上的剩余铝合金粉末；对清理粉末后的3D打印后转向节进行喷砂和机加工处理，机加工处理包括用数控机床对毛胚件进行精加工，以保证轴承孔的同轴度以及各孔位精度；对机加工处理后的3D打印后转向节进行成品检验。若通过刚度检测，则完成3D打印的3D打印后转向节。

进一步地，在步骤200中，打印所述后转向节胚料的打印材料为预设铝合金粉末材料，包括以下重量百分比组分：

9％-11％的硅；0.2％-0.45％的镁；小于或等于0.55％的铁；小于或等于0.05％的铜；小于或等于0.45％的锰；小于或等于0.1％的锌；小于或等于0.15％的钛；小于或等于0.05％的镍；小于或等于0.05％的铅；小于或等于0.05％的锡；余量为铝。

该实施例中的铝合金粉末材料为理想状态，在实际生产中，还会存在一些除了上述成分的不可以除掉的杂质，这些不可以除掉的杂质在预设铝合金粉末材料中的重量百分比小于或等于0.15％。

具体地，不可除杂质中的每一种成分在预设铝合金粉末材料中的重量百分比小于或等于0.05％。

采用上述的预设铝合金粉末材料可以保证材料的抗拉强度大于或等于450MPa、屈服强度大于或等于300MPa、延伸率大于或等于6.5％，这样的预设铝合金粉末材料可以同时满足轻量化和强度的要求，并且满足3D打印的打印要求。

下面通过一具体实施例进行说明，该实施例中，所述获取预设铝合金粉末材料包括以下重量百分比组分：

10.03％的硅；0.39％的镁；0.12％的铁；0.05％的铜；小于或等于0.45％的锰；小于0.1％的锌；0.01％的钛；0.01％的镍；0.01％的铅；小于0.01％的锡；小于0.05％的不可除杂质，89.37％的铝。

使用本实施例的铝合金粉末材料制成3D打印样条。选用适宜的3D打印工艺将合金粉末加工成水平和竖直两种样条，进一步通过机械加工得到棒状拉伸试样条并测试其力学性能，测试3D打印样条在水平方向上的抗拉强度452MPa、屈服强度300MPa、延伸率6.5％，在竖直方向上的抗拉强度479MPa、屈服强度296MPa、延伸率5.5％，然后经过40分钟加热到250℃并保温3小时，进一步随炉冷却，再一次测试3D打印样条在水平方向上的抗拉强度为388MPa、屈服强度235MPa、延伸率5.5％，再一次测试在竖直方向上的抗拉强度398MPa、屈服强度232MPa、延伸率5.5％。

无论是水平方向还是竖直方向，在加热、保温前后，可以看出使用上述配比的铝合金粉末材料制成3D打印样条的延伸率基本没有变化；虽然加热、保温后抗拉强度和屈服强度均降低，但是加热、保温前的屈强比＝450/290(屈强比＝屈服强度/抗拉强度)，加热、保温后的屈强比＝385/230，两者数值相比，可以看出加热、保温后的屈强比大于热处理前的屈强比，表示提高了成品后的汽车零部件的强度。

需要说明的是，3D打印即快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。

本发明通过3D打印技术制作的3D打印后转向节，在原铝合金转向节的基础上减重35％至45％，减重效果明显，且力学性能、强度、刚度和疲劳耐久性提高5％左右，实现了汽车后转向节在满足轻量化的同时，又满足其强度的要求。而且3D打印可以根据不同需求进行设计不同结构的3D打印后转向节，增加了3D打印后转向节的制造多样性。

结合图1至图4、图6、图7所示，本发明实施例提供一种悬架系统，包括：上摆臂30、H臂40、H臂连杆50、前束拉杆60、轮毂轴承70、后制动盘80、卡钳90以及如上所述3D打印后转向节，其中，所述3D打印后转向节分别与所述上摆臂30、所述H臂40、所述H臂连杆50、所述前束拉杆60、所述轮毂轴承70、所述后制动盘80和卡钳90连接。

具体地，结合图6和图8所示，本发明实施例的上摆臂30呈弯曲的杆状结构，从而保证悬架系统跳动时与车身之间的间隙合理，且上摆臂30的两端具有上摆臂固定部31，上摆臂固定部31构造为环状结构，上摆臂30的一端的上摆臂固定部31内装有橡胶轴套，大六角法兰面螺栓穿过橡胶轴套与3D打印后转向节的上端臂安装部22进行固定连接，橡胶轴套起到缓冲力的作用；上摆臂30的另一端的第一固定部32里装有汽车球头，通过汽车球头与汽车的后副车架固定连接，利用球型连接实现多角度的旋转，使得转向机构得以平顺转向，减少震动和实现平顺转向；本发明的上摆臂30可以采用一体锻压成型，由此上摆臂70的成型工艺简单，可简化装配程序，降低生产成本。

具体地，结合图6、图7和图9所示，本发明实施例的H臂40包括第一本体部41和第二本体部42。第一本体部41包括与H臂连杆50连接的H臂连杆固定部411，和设置有汽车球头的第一副车架安装部412，所述H臂连杆固定部411和所述第一副车架安装部412设置相对两侧，所述第一副车架安装部412从第一本体部41的内侧边缘向远离第一本体部21的方向伸出，副车架安装部215上具有安装套管，安装套管内可以设置有汽车球头，通过汽车球头与后副车架固定连接，利用球型连接实现多角度的旋转，使得转向机构得以平顺转向，减少震动和实现平顺转向。

该实施例中，第二本体部42包括与第三连接臂4的H臂安装部连接的H臂固定部421，和设置有汽车球头的第二副车架安装部422，所述H臂固定部421和所述第二副车架安装部422设置相对两侧。进一步地，所述H臂连杆固定部411和所述H臂固定部421设置同一侧，且这所述H臂连杆固定部411和所述H臂固定部421呈U型槽型设计。

需要说明的是，H臂40还设有中部凹陷结构423，与汽车的减震器及减震弹簧连接；H臂40有多处凹陷加强结构，是充分考虑各部位受力情况而优化设计为各种凹陷样式，以便达到最佳的增加整体强度效果。

进一步地，结合图6、图7和图10所示，H臂连杆50呈直杆状的连接杆，所述H臂连杆50的第一端安装孔51内装有橡胶轴套，大六角法兰面螺栓穿过橡胶轴套与3D打印后转向节的第一连接臂2的H臂连杆安装部21进行固定连接，橡胶轴套起到缓冲力的作用。H臂连杆50的第二端安装孔52内装有汽车球头，通过汽车球头与H臂40的H臂连杆固定部411固定连接，利用球型连接实现多角度的旋转，使得转向机构得以平顺转向，减少震动和实现平顺转向。

进一步地，结合图6、图7和图11所示，前束拉杆60呈直杆状的连接杆，所述前束拉杆60的前束拉杆固定部61内装有橡胶轴套，大六角法兰面螺栓穿过橡胶轴套与3D打印后转向节的第二连接臂的前束拉杆安装部进行固定连接，橡胶轴套起到缓冲力的作用。前束拉杆60的第二固定部62里装有汽车球头，通过汽车球头与汽车的后副车架固定连接，利用球型连接实现多角度的旋转，使得转向机构得以平顺转向，减少震动和实现平顺转向。

进一步地，结合图6、图7和图12所示，本实施例中，3D打印后转向节的轴孔连接座四个连接结构的安装孔(第一连接结构13、第二连接结构14、第三连接结构15和第四连接结构16)分别与轮毂轴承70的四个第一固定点71通过四个六角法兰面螺栓连接固定，四个点构成正四方形，结构稳定；轮毂轴承70的五个第二固定点72与汽车的轮毂固定连接。

进一步地，结合图6、图7和图13所示，本发明实施例的后制动盘80设置有三个后制动盘固定部81，分别与3D打印后转向节的制动盘安装结构20配合连接；其中，后挡泥板100自身带有三个小圆孔，后制动盘80上面的三个后制动盘固定部81可以为三个直焊螺柱，通过穿设后挡泥板100的这三个小圆孔与3D打印后转向节后背位置的制动盘安装结构20进行固定连接，三角连接结构稳定。本发明实施例的卡钳90分别与所述3D打印后转向节的第一卡钳连接臂91、所述第二卡钳连接臂92固定连接，具体地，可以通过多个六角法兰面螺栓固定连接。

本发明实施例提供一种汽车，所述汽车还包括有如上所述的悬架系统。

在本发明的一优选实施例中还提供了一汽车，其中，包括如上所述的悬架系统，通过对悬架系统进行减重，有利于保障汽车的通过平顺性以及经济性。

综上所述，本发明提供的一体化铝合金构成的3D打印后转向节能同时实现轻量化和强度共存，解决了3D打印后转向节制造过程的复杂性的问题，还能根据悬架系统适当改变3D打印后转向节的结构。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种3D打印后转向节，包括：中部设置有轴孔(11)的轴孔连接座(1)以及多个由所述轴孔连接座(1)向外延伸的连接臂，所述连接臂上设置有用于连接相应车辆部件的安装部，其特征在于，由3D打印机根据预设数据建立的模型进行打印得到的一体成型的所述3D打印后转向节，还包括：

设置于所述连接臂的非受力路径上的镂空减重结构；

间隔设置于所述轴孔连接座(1)周向上的连接结构，所述连接结构包括安装孔(12)，以及由所述安装孔(12)的孔壁沿预设方向延伸形成的筒状或半筒状结构，部分相邻的筒状或半筒状结构之间通过薄壁连接，所述预设方向为平行于所述轴孔(11)的轴向的方向；

设置于所述连接臂上的加强筋，所述加强筋沿受力路径形成为不等厚的且形状不规则的立体结构，且至少部分所述连接臂与所述连接结构之间通过所述加强筋连接，至少部分所述连接臂与另一所述连接臂和/或所述轴孔连接座(1)之间通过另外的所述加强筋连接。

2.根据权利要求1所述的3D打印后转向节，其特征在于，所述连接结构的数量为四个，包括：对应预设正方形的四个角顺次设置的第一连接结构(13)、第二连接结构(14)、第三连接结构(15)和第四连接结构(16)，其中，所述预设正方形的中点位于所述轴孔(11)的轴线上；

多个所述连接臂包括：

对应所述第一连接结构(13)且沿所述预设方向设置的第一连接臂(2)，所述第一连接臂(2)靠近所述轴孔连接座(1)的一端设置有H臂连杆安装部(21)，所述第一连接臂远离所述轴孔连接座(1)的一端设置有上端臂安装部(22)；

对应所述第二连接结构(14)且沿所述预设方向设置的第二连接臂(3)，所述第二连接臂(3)远离所述轴孔连接座(1)的一端设置有前束拉杆安装部；以及，

对应所述第三连接结构(15)且沿所述预设方向设置的第三连接臂(4)，所述第三连接臂(4)远离所述轴孔连接座(1)的一端设置有H臂安装部。

3.根据权利要求2所述的3D打印后转向节，其特征在于，所述加强筋包括：

第一加强筋(5)，所述第一加强筋(5)分别连接第一连接臂、所述第四连接结构的半筒状结构和轴孔连接座(1)；

第二加强筋(6)，所述第二加强筋(6)连接所述前束拉杆安装部和所述H臂安装部；

第三加强筋(7)，所述第三加强筋(7)连接所述第二连接臂(3)和所述H臂安装部；

第四加强筋(8)，所述第四加强筋(8)形成为网状结构，分别连接第二连接结构(14)的筒状结构、第三连接结构(15)的筒状结构、所述前束拉杆安装部和所述H臂安装部。

4.根据权利要求3所述的3D打印后转向节，其特征在于，所述第一加强筋形成为叉状，包括叉柄和两个叉尖；

所述叉柄设置在所述第一连接臂的预设连接点，所述预设连接点位于所述H臂连杆安装部和所述上端臂安装部之间；

两个叉尖分别与第四连接结构的半筒状结构和轴孔连接座(1)连接。

5.根据权利要求3所述的3D打印后转向节，其特征在于，所述第二加强筋(6)、所述第三加强筋(7)和所述第二连接臂(3)形成为三角形结构。

6.根据权利要求2所述的3D打印后转向节，其特征在于，多个连接臂还包括：

与所述轴孔(11)的轴向垂直，且向外延伸的两个卡钳连接臂(9)，且在所述卡钳连接臂远离所述轴孔连接座(1)的一端设置有两个卡钳安装部；

其中，两个所述卡钳连接臂中的第一卡钳连接臂(91)对应所述第三连接结构(15)设置，第二卡钳连接臂(92)对应所述第四连接结构(16)设置。

7.根据权利要求6所述的3D打印后转向节，其特征在于，所述加强筋还包括：

多个第五加强筋(10)，所述多个第五加强筋由所述第一卡钳连接臂(91)分别向所述第二卡钳连接臂(92)和所述第三连接臂(4)处延伸。

8.根据权利要求2所述的3D打印后转向节，其特征在于，在与所述预设方向的相反方向上，还设有三个制动盘安装结构(20)，三个所述制动盘安装结构(20)分别设置于所述第一连接臂(2)、所述第二连接臂(3)和所述第三连接臂(4)上，且所述制动盘安装结构上均形成有安装孔。

9.根据权利要求1所述的3D打印后转向节，其特征在于，所述连接臂的安装座形成为圆环结构或所述安装座的内部设有橡胶衬套的容置空间。

10.一种3D打印后转向节制作方法，应用于如权利要求1至9任一项所述的3D打印后转向节，其特征在于，包括：

获取所述3D打印后转向节的数据模型，并导入3D打印机中；

控制所述3D打印机根据式所述数据模型进行打印，得到后转向节胚料；

对所述后转向节胚料进行后处理，得到所述3D打印后转向节。

11.根据权利要求10所述的3D打印后转向节制作方法，其特征在于，打印所述后转向节胚料的打印材料为预设铝合金粉末材料，包括以下重量百分比组分：

9％-11％的硅；0.2％-0.45％的镁；小于或等于0.55％的铁；小于或等于0.05％的铜；小于或等于0.45％的锰；小于或等于0.1％的锌；小于或等于0.15％的钛；小于或等于0.05％的镍；小于或等于0.05％的铅；小于或等于0.05％的锡；余量为铝。

12.一种悬架系统，其特征在于，包括：上摆臂、H臂、H臂连杆、前束拉杆、轮毂轴承、后制动盘、卡钳以及如权利要求1至9任一项所述3D打印后转向节，其中，所述3D打印后转向节分别与所述上摆臂、所述H臂、所述H臂连杆、所述前束拉杆、所述轮毂轴承、所述后制动盘和卡钳连接。

13.一种汽车，其特征在于，所述汽车还包括如权利要求12所述的悬架系统。

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