CN112009566B - 一种3d打印后转向节、制作方法、悬架系统及汽车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种3D打印后转向节、制作方法、悬架系统及汽车，其中，具有轴孔连接座和连接臂的3D打印后转向节还包括：镂空减重结构；设置于轴孔连接座上的连接结构；沿受力路径形成为不等厚的且形状不规则的加强筋，且至少部分所述连接臂与所述连接结构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；中空结构。本发明的3D打印后转向节通过在连接臂上设置沿受力路径的加强筋，并结合中空结构和镂空减重结构的设置，在保证3D打印后转向节具有足够的受力强度的基础上，大大减少了3D打印后转向节的重量，有利于实现悬架系统以及汽车的轻量化，并保证汽车的操纵性和舒适性。

Description

一种3D打印后转向节、制作方法、悬架系统及汽车

技术领域

本发明涉及汽车零部件技术领域，特别涉及一种3D打印后转向节、制作方法、悬架系统及汽车。

背景技术

后悬架系统是底盘结构的重要组成部分。后悬架系统设计不但影响底盘操稳及舒适性，同时也影响车身结构设计。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。

发明内容

本发明实施例要达到的技术目的是提供一种3D打印后转向节、制作方法、悬架系统及汽车，用以解决当前后转向节受限于制作工艺、布置空间和承载特点，存在结构笨重，工艺可行性差等问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种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轴孔连接座向外延伸的连接臂，轴孔连接座上环绕轴孔设置有多个安装孔，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3D打印后转向节，还包括：

设置于3D打印后转向节上的镂空减重结构；

由安装孔的孔壁沿预设方向延伸形成的连接结构，部分相邻的连接结构之间通过薄壁连接，预设方向平行于轴孔的轴向；

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，且至少部分所述连接臂与所述连接结构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；

至少一个连接臂和/或加强筋上设置有中空结构。

具体地，如上所述的3D打印后转向节，连接结构形成为筒状或半筒状结构，镂空减重结构包括：设置在筒状或半筒状结构的侧壁上的第一镂空结构。

优选地，如上所述的3D打印后转向节，安装孔形成为阶梯孔，镂空减重结构包括：设置于阶梯孔的台阶面上的第二镂空结构。

具体地，如上所述的3D打印后转向节，安装孔的数量为四个，包括：对应预设正方形的四个角顺次设置的第一安装孔、第二安装孔、第三安装孔和第四安装孔，其中，预设正方形的中点位于轴孔的轴线上；

多个连接臂包括：

对应第一安装孔且沿预设方向延伸的第一连接臂，第一连接臂靠近轴孔连接座的一端设置有H臂连杆安装部，第一连接臂远离轴孔连接座的一端设置有上端臂安装部；

对应第二安装孔且沿预设方向延伸的第二连接臂，第二连接臂远离轴孔连接座的一端设置有前束拉杆安装部；以及，

对应第三安装孔且沿预设方向延伸的第三连接臂，第三连接臂远离轴孔连接座的一端设置有H臂安装部；

其中，第一连接臂、第二连接臂以及第三连接臂上均设置有中空结构。

优选地，如上所述的3D打印后转向节，多个加强筋包括：

第一加强筋，第一加强筋连接前束拉杆安装部，和与第三安装孔对应的连接结构远离轴孔连接座的一端；

第二加强筋，第二加强筋连接前束拉杆安装部，和轴孔连接座的外侧壁上的一预设连接点，预设连接点位于第二安装孔和第三安装孔之间；

第三加强筋，第三加强筋连接H臂安装部，和轴孔连接座上与第三安装孔对应的外侧壁；

第四加强筋，第四加强筋连接第一连接臂和与第四安装孔对应的连接结构。

进一步的，如上所述的3D打印后转向节，第一加强筋、第二加强筋以及第三加强筋均设置有中空结构。

优选地，如上所述的3D打印后转向节，镂空减重结构还包括：设置于第一连接臂和第二连接臂的非受力路径上的第三镂空结构。

具体地，如上所述的3D打印后转向节，多个连接臂还包括：

垂直于轴孔连接座的侧壁向外延伸的两个卡钳连接臂，且在卡钳连接臂远离轴孔连接座的一端设置有卡钳安装部；

其中，两个卡钳连接臂中的第一卡钳连接臂对应第三安装孔设置，第二卡钳连接臂对应第四安装孔设置。

优选地，如上所述的3D打印后转向节，多个加强筋包括：

第五加强筋，第五加强筋连接第二卡钳连接臂上的卡钳安装部和第一安装孔对应的连接结构。

进一步的，如上所述的3D打印后转向节，第三加强筋上设置有延伸至第一卡钳连接臂的分支结构。

具体地，如上所述的3D打印后转向节，第一连接臂、第二连接臂以及第三连接臂上均设置有背向预设方向突出的制动盘安装结构。

本发明的另一优选实施例还提供了一种3D打印后转向节的制作方法，应用于如上所述的3D打印后转向节，包括：

获取3D打印后转向节的数据模型，并导入3D打印机中；

控制3D打印机根据式数据模型进行打印，得到后转向节胚料；

对后转向节胚料进行后处理，得到3D打印后转向节。

优选地，如上所述的制作方法，打印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。

本发明的又一优选实施例还提供了一种悬架系统，包括：上摆臂、H臂、H臂连杆、前束拉杆、轮毂轴承、卡钳、制动盘以及如上所述的3D打印后转向节，其中，3D打印后转向节分别与上摆臂、H臂、H臂连杆、前束拉杆、轮毂轴承、卡钳和制动盘连接。

本发明的再一优选实施例还提供了一种车辆，包括：如上所述的悬架系统。

与现有技术相比，本发明实施例提供的一种3D打印后转向节、制作方法、悬架系统及汽车，至少具有以下有益效果：

在本发明的实施例中，3D打印后转向节通过在连接臂上设置沿受力路径的加强筋，并结合中空结构和镂空减重结构的设置，在保证3D打印后转向节具有足够的受力强度的基础上，大大减少了3D打印后转向节的重量，有利于实现悬架系统以及汽车的轻量化，并保证汽车的操纵性和舒适性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的3D打印后转向节的正视图；

图2为本发明实施例提供的3D打印后转向节的前斜视图；

图3为本发明实施例提供的3D打印后转向节的背斜视图；

图4为本发明实施例提供的3D打印后转向节的左视图；

图5为本发明实施例提供的3D打印后转向节的右视图；

图6为本发明实施例提供的3D打印后转向节的仰视图；

图7为本发明实施例提供的3D打印后转向节的断面图；

图8为本发明实施例提供的制造3D打印后转向节的流程示意图；

图9为本发明实施例提供的悬架系统的结构示意图之一；

图10为本发明实施例提供的悬架系统的结构示意图之二；

图11为本发明实施例提供的后制动总成的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的上摆臂的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的H臂的结构示意图；

图14为本发明实施例提供的H臂连杆的结构示意图；

图15为本发明实施例提供的前束拉杆的结构示意图；

图16为本发明实施例提供的轮毂轴承的结构示意图。

【附图标记说明】

1、轴孔连接座；101、轴孔；102、安装孔；1021、第一安装孔；1022、第二安装孔；1023、第三安装孔；1024、第四安装孔；1025、第二镂空结构；103、连接结构；1031、第一镂空结构；201、第一连接臂；2011、H臂连杆安装部；2012、上端臂安装部；202、第二连接臂；2021、前束拉杆安装部；203、第三连接臂；2031、H臂安装部；204、卡钳连接臂；2041、第一卡钳连接臂；2042、第二卡钳连接臂；205、第三镂空结构；301、第一加强筋、302、第二加强筋；303、第三加强筋；304、第四加强筋；305、第五加强筋；4、制动盘安装结构；5、中空结构；100、3D打印后转向节；200、上摆臂；2001、上摆臂固定部；2002、第一固定部；300、H臂；3001、第一本体部；30011、H臂连杆固定部；30012、第一副车架固定部；3002、第二本体部；30021、H臂固定部；30022、第二副车架固定部；30023、凹陷结构；400、H臂连杆；4001、第二固定部；4002、第三固定部；500、前束拉杆；5001、前束拉杆固定部；5002、第四固定部；600、轮毂轴承；6001、第一法兰；6002、第二法兰；700、卡钳；800、制动盘；900、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。

应理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请所提供的实施例中，应理解，“与A相应的B”表示B与A相关联，根据A可以确定B。但还应理解，根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其它信息确定B。

参见图1至图7，本发明的一优选实施例提供了一种3D打印后转向节，包括：中部设置有轴孔101的轴孔连接座1以及多个由轴孔连接座1向外延伸的连接臂，轴孔连接座1上环绕轴孔101设置有多个安装孔102，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3D打印后转向节，还包括：

设置于3D打印后转向节上的镂空减重结构；

由安装孔102的孔壁沿预设方向延伸形成的连接结构103，部分相邻的连接结构103之间通过薄壁连接，预设方向平行于轴孔101的轴向；

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，且至少部分所述连接臂与所述连接结构103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；

至少一个连接臂和/或加强筋上设置有中空结构5。

在本发明的一具体实施例中，基于汽车的后转向节的功能，本发明的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连接座1的轴孔101中，轮毂轴承的法兰盘可通过环绕轴孔101设置的多个安装孔102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；由轴孔连接座1的外侧壁或端面上延伸出的多个连接臂上设置有用于连接相应车辆部件的安装部，将多个车辆部件与3D打印后转向节连接构成一悬架系统；其中连接臂的延伸方向根据安装部受力分析后的受力路径设置，与轴孔101的轴向垂直或呈一预设角度。

3D打印后转向节上设置有镂空减重结构，通过减少不必要的实体结构，有利于实现3D打印后转向节的轻量化，优选地，镂空减重结构的位置位于3D打印后转向节进行受力分析后的非受力路径上，在减重的前提下不会对力的传递等造成影响。

3D打印后转向节还包括由安装孔102的孔壁沿平行于轴孔101轴向的预设方向延伸形成的连接结构103，部分相邻连接结构103之间通过薄壁连接，有利于连接结构103上的力的分散；在连接臂上还设置有加强筋，加强筋的数量可根据实际需求设定，至少部分连接臂和连接结构103之间通过加强筋连接，使得连接臂可通过连接结构103进行力的分散和传递，并有利于减少加强筋的厚度和长度，进而有利于实现3D打印后转向节的轻量化。同时，可选地，至少部分连接臂与另一连接臂之间可通过另外的加强筋连接，实现连接臂之间的力的传递，和/或，至少部分连接臂可直接与轴孔连接座1通过另外的加强筋连接，通过构成包括空间三角形在内的多边形，有利于提高连接臂以及整个3D打印后转向节的结构强度和刚度，保证3D打印后转向节连接其他车辆部件并组成悬架系统的功能的实现，同时有利于减少连接臂和轴孔连接座1的实体体积。其中加强筋沿受力路径设置，且形成为不等厚且形状不规则的立体结构，不同于惯用的规则的加强筋设置，利用3D打印技术的特性，在提高连接臂的结构强度的同时，有利于减少不必要的保持加强筋形状的实体部分，进而有利于实现3D打印后转向节的轻量化。

优选地，至少一个连接臂和/或加强筋上设置有中空结构5，在保证连接强度的情况下，通过中空结构5有利于进一步降低整个3D打印后转向节的重量。

综上所述，在本发明的具体实施例中，通过在连接臂上设置沿受力路径的加强筋，并结合中空结构5和镂空减重结构的设置，在保证3D打印后转向节具有足够的受力强度的基础上，大大减少了3D打印后转向节的重量，有利于实现悬架系统以及汽车的轻量化，并保证汽车的操纵性和舒适性。

优选地，在上述的具体实施例中3D打印后转向节采用增材制造技术利用铝合金粉末一体成型，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3D打印后转向节的实体体积，且采用轻质的铝合金，进一步的降低了3D打印后转向节的重量，使得本发明的3D打印后转向节相较于同样采用轻质材料制成的3D打印后转向节减重35％至45％，同时使3D打印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。采用其他轻质材料代替铝合金也属于本发明的保护范围。

具体地，安装部形成为环状结构或设置有球面孔；优选地安装部处还设置有用于缓冲的橡胶衬套，有利于减少设备的磨损、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。

参见图2，具体地，如上所述的3D打印后转向节，连接结构103形成为筒状或半筒状结构，镂空减重结构包括：设置在筒状或半筒状结构的侧壁上的第一镂空结构1031。

在本发明的一具体实施例中连接结构103形成为筒状或半筒状结构，有利于保证安装孔102的正常功能的实现，同时连接结构103在垂直于轴线的截面上形成为圆环或半圆环，便于将力进行分散，提高3D打印后转向节的受力强度。且在筒状或半筒状结构的侧壁上设置有第一镂空结构1031，其中，第一镂空结构1031为通过对连接结构103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；其中第一镂空结构1031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。

参见图3，优选地，如上所述的3D打印后转向节，安装孔102形成为阶梯孔，镂空减重结构包括：设置于阶梯孔的台阶面上的第二镂空结构1025。

在本发明的另一优选实施例中，安装孔102形成为阶梯孔，为螺栓头或螺母提供容置空间，对螺栓头或螺母进行保护，使得在安装或拆卸时必须使用特定工具，有利于避免螺栓头或螺母收到外界物体碰撞而松动，进而保证连接的稳固性。同时，阶梯孔的台阶面上设置有第二镂空结构1025，在保证正常连接的前提下进一步减轻轴孔连接座1的重量，进而有利于实现3D打印后转向节的轻量化。第一镂空结构1031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。

参见图1至图7，具体地，如上所述的3D打印后转向节，安装孔102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安装孔1021、第二安装孔1022、第三安装孔1023和第四安装孔1024，其中，预设正方形的中点位于轴孔101的轴线上；

多个连接臂包括：

对应第一安装孔1021且沿预设方向延伸的第一连接臂201，第一连接臂201靠近轴孔连接座1的一端设置有H臂连杆安装部2011，第一连接臂201远离轴孔连接座1的一端设置有上端臂安装部2012；

对应第二安装孔1022且沿预设方向延伸的第二连接臂202，第二连接臂202远离轴孔连接座1的一端设置有前束拉杆安装部2021；以及，

对应第三安装孔1023且沿预设方向延伸的第三连接臂203，第三连接臂203远离轴孔连接座1的一端设置有H臂安装部2031；

其中，第一连接臂、第二连接臂以及第三连接臂上均设置有中空结构5。

轴孔连接座1上的安装孔102的数量和排布主要根据轮毂轴承上法兰盘对应的孔洞的数量和排布确定，在本发明的一具体实施例中，以多个安装孔102沿正方形排布进行具体说明，其中，安装孔102的数量为四个且分别与正方形的四个角对应，正方形的中点落在轴孔101的轴线上，使得通过法兰盘与轴孔连接座1连接后，对轮毂轴承进行限制，有利于保证3D打印后转向节与轮毂轴承的连接稳定性。

其中多个连接臂包括：对应第一安装孔1021的第一连接臂201、对应第二安装孔1022设置的第二连接臂202以及对应第三安装孔1023设置的第三连接臂203，且第一连接臂201、第二连接臂202和第三连接臂203均沿预设方向延伸，且分别设置有H臂连杆安装部2011、上端臂安装部2012、前束拉杆安装部2021和H臂安装部2031，使得汽车上对应的H臂连杆、上端臂、前束拉杆和H臂均位于轴孔连接座1的同一侧，便于进行安装。具体地，在第一连接臂201、第二连接臂202和第三连接臂203由轴孔连接座1的外侧壁沿预设方向延伸时，首先确定该连接臂上安装部的数量及每一安装部的安装位位置，进而根据每一安装部的受力路径，综合确定连接臂延伸路径以及截面形状，使得连接臂在确定后的实体体积最小，进而有利于减轻整个3D打印后转向节的重量。同时在第一连接臂、第二连接臂以及第三连接臂上均设置有中空结构5，有利于进一步减轻整个3D打印后转向节的重量。

需要说明的是，上述所述的沿预设方向延伸仅对连接臂的朝向进行较宽范围的限定，根据安装部与轴孔连接座1之间的位置关系以及安装部的受力分析后的受力路径，连接臂在沿预设方向延伸的同时在垂直于轴向的方向上具有一定的位移也属于本发明的保护范围。

参见图1至图7，优选地，如上所述的3D打印后转向节，多个加强筋包括：

第一加强筋301，第一加强筋301连接前束拉杆安装部2021，和与第三安装孔1023对应的连接结构103远离轴孔连接座1的一端；

第二加强筋302，第二加强筋302连接前束拉杆安装部2021，和轴孔连接座1的外侧壁上的一预设连接点，预设连接点位于第二安装孔1022和第三安装孔1023之间；

第三加强筋303，第三加强筋303连接H臂安装部2031，和轴孔连接座1上与第三安装孔1023对应的外侧壁；

第四加强筋304，第四加强筋304连接第一连接臂201和与第四安装孔1024对应的连接结构103。

在本发明的一具体实施例中，多个加强筋中的第一加强筋301连接前束拉杆安装部2021和与第三安装孔1023对应的连接结构103，具体地，第一加强筋301与第三安装孔1023对应的连接结构103远离轴孔连接座1的一端连接，可将前束拉杆安装部2021受到的力通过第三安装孔1023对应的连接结构103传递至轴孔连接座1，第二加强筋302连接前束拉杆安装部2021和轴孔连接座1的外侧壁，可直接将前束拉杆安装部2021受到的力传递至轴孔连接座1，使得第二连接臂202通过较小的结构即可满足对承载力的需求，有利于保证对前束拉杆的稳固安装，同时有利于减少第二连接臂202的实体体积；

多个加强筋中的第三加强筋303连接H臂安装部2031和第三安装孔1023对应的轴孔连接座1的外侧壁，可直接将H臂安装部2031受到的力传递至轴孔连接座1，有利于保证对H臂的稳固安装，使得第三连接臂203通过较小的结构即可满足对承载力的需求，有利于减少第三连接臂203的实体体积。

多个加强筋中的第四加强筋304连接第一连接臂201和第四安装孔1024对应的连接结构103，可将第一连接臂201受到的力传递至第四安装孔1024对应的连接结构103，进而递至轴孔连接座1，使得第一连接臂201通过较小的结构即可满足对承载力的需求，有利于减少第一连接臂201的实体体积。

参见图7，进一步的，如上所述的3D打印后转向节，第一加强筋301、第二加强筋302以及第三加强筋303均设置有中空结构5。

在本发明的一优选实施例中，第一加强筋301、第二加强筋302以及第三加强筋303均设置有中空结构5，使得在保证力的传递的前提下，减少了非受力路径上的实体体积，有利于降低3D打印后转向节的重量。

参见图1至图6，优选地，如上所述的3D打印后转向节，镂空减重结构还包括：设置于第一连接臂201和第二连接臂202的非受力路径上的第三镂空结构205。

在本发明的一优选实施例中，第一连接臂201和第二连接臂202上还设置有第三镂空结构205，其中第三镂空结构位于第一连接臂201和第二连接臂202进行受力分析后的非受力路径上，通过第三镂空结构205进一步减少第一连接臂201和第二连接臂202的重量，进而有利于减轻整个3D打印后转向节的重量。具体地，第三镂空结构205的结构形式包括但不限于工艺孔、支架等，例如，上端臂安装部2012上的工艺孔，第一连接臂201与上端臂安装部2012的连接处形成为V型支架。

参见图1至图6，具体地，如上所述的3D打印后转向节，多个连接臂还包括：

垂直于轴孔连接座1的侧壁向外延伸的两个卡钳连接臂204，且在卡钳连接臂204远离轴孔连接座1的一端设置有卡钳安装部；

其中，两个卡钳连接臂204中的第一卡钳连接臂2041对应第三安装孔1023设置，第二卡钳连接臂2042对应第四安装孔1024设置。

在本发明的一具体实施例中，多个连接臂还包括用于固定卡钳的卡钳连接臂204，通过卡钳连接臂204上的卡钳安装部实现对卡钳的稳固安装。

参见图1至图6，优选地，如上所述的3D打印后转向节，多个加强筋包括：

第五加强筋305，第五加强筋305连接第二卡钳连接臂2042上的卡钳安装部和第一安装孔1021对应的连接结构103。

在本发明的一具体实施例中，多个加强筋中的第五加强筋305连接第二卡钳连接臂2042上的卡钳连接部和第一安装孔1021对应的连接结构103，使第五加强筋305、轴孔连接座1以及第二卡钳连接臂2042之间构成一三角形结构，保证该卡钳安装部的安装稳定性，同时可将卡钳安装部受到的力通过第二卡钳连接臂2042以及第五加强筋305传递至轴孔连接座1，使得第二卡钳连接臂2042通过较小的结构即可满足对承载力的需求，有利于减少第二卡钳连接臂2042的实体体积。

参见图1至图6，进一步的，如上所述的3D打印后转向节，第三加强筋303上设置有延伸至第一卡钳连接臂2041的分支结构。

通过分支结构连接第三加强筋303和第一卡钳连接臂2041，可对第三加强筋303、第三连接臂203以及轴孔连接座1组成的立体三角形结构进一步划分，增加了第三连接臂203和第一卡钳连接臂2041分散力的途径，有利于保证整个3D打印后转向节的结构强度。

参见图3至图6，具体地，如上所述的3D打印后转向节，第一连接臂201、第二连接臂202以及第三连接臂203上均设置有背向预设方向突出的制动盘安装结构4。

在本发明的一具体实施例中，3D打印后转向节上还设置有用于与制动盘连接的制动盘安装结构4，便于与制动盘连接，其中，制动盘安装结构4背向预设方向突出，有利于避免制动盘与轴孔连接座1产生干涉；具体地，制动盘安装结构4分别设置在第一连接臂201、第二连接臂202以及第三连接臂203上，形成为三角形结构，有利于提高制动盘的连接稳固性。进一步的，制动盘安装结构4上设置有螺纹孔，通过螺纹孔便捷的实现与制动盘的连接。

参见图8，本发明的另一优选实施例还提供了一种3D打印后转向节的制作方法，应用于如上所述的3D打印后转向节，包括：

步骤S101，获取3D打印后转向节的数据模型，并导入3D打印机中；

步骤S102，控制3D打印机根据式数据模型进行打印，得到后转向节胚料；

步骤S103，对后转向节胚料进行后处理，得到3D打印后转向节。

在本发明一优选实施例中，在制作是上述的3D打印后转向节时，会获取3D打印后转向节的数据模型，其中，在获取3D打印后转向节的数据模型时，优先地为根据3D打印后转向节的所需的功能，确定3D打印后转向节的产品参数，例如：各种安装结构的位置、各种工况载荷等，并根据创成式设计构建3D打印后转向节的结构，进而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进行外表面曲面光顺建模、空心结构拓扑优化以及内表面曲面光顺建模中的至少一项，并进行验证，若验证效果不理想，则重新进行建模过程，直至完成数据模型的建立，得到3D打印后转向节的数据模型。

其中，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，光顺的原则包括：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3D打印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，后处理包括：

对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，以保证轴孔101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3D打印后转向节。

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3D打印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。

优选地，如上所述的制作方法，打印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。

在本发明的一具体实施例中提供了一种预设铝合金粉末材料，其中具体对各种组分的重量百分比进行了范围限定，有利于保证打印后的后转向节胚料以及后处理后的3D打印转向节的抗拉强度、屈服强度等指标。需要说明的是该实施例中的预设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％。

本发明的又一优选实施例还提供了一种悬架系统，包括：上摆臂200、H臂300、H臂连杆400、前束拉杆500、轮毂轴承600、卡钳700、制动盘800以及如上所述3D打印后转向节100，其中，3D打印后转向节100分别与上摆臂200、H臂300、H臂连杆400、前束拉杆500、轮毂轴承600、卡钳700和制动盘800连接。

参见图1、图3、图9至图16，在本发明的一具体实施例中还提供了一种悬架系统，其中，3D打印后转向节100作为中间连接件，分别与上摆臂200、H臂300、H臂连杆400、前束拉杆500、轮毂轴承600、卡钳700和制动盘800连接，构成该悬架系统。通过采用减重和结构加强后的3D打印后转向节100，有利于实现整个悬架系统的轻量化，并保障汽车的通过平顺性以及经济性。

参见图12，具体地，上摆臂200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200的两端分别具有上摆臂固定部2001和第二固定部4001，上摆臂固定部2001构造为环状结构，上摆臂固定部2001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100的上端臂安装部2012进行固定连接，橡胶轴套起到缓冲力的作用；第二固定部4001内装有汽车球头，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200可以采用一体锻压成型，使得上摆臂200的成型工艺简单，可简化装配程序，降低生产成本。

参见图13，H臂300包括第一本体部3001和第二本体部3002。第一本体部3001包括与H臂连杆400连接的H臂连杆固定部30011，和与汽车副车架连接的第一副车架固定部30012，H臂连杆固定部30011和第一副车架固定部30012设置相对两侧，第一副车架固定部30012从第一本体部3001的内侧边缘向远离第一本体部3001的方向伸出，第一副车架固定部30012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。第二本体部3002包括与第三连接臂203的H臂安装部2031连接的H臂固定部30021，和与汽车副车架连接的第二副车架固定部30022，H臂固定部30021和第二副车架固定部30022相对设置。进一步地，H臂连杆固定部30011和H臂固定部30021设置同一侧，且呈U型槽状。

需要说明的是，H臂300还设有凹陷结构30023，与汽车的减震器及减震弹簧连接；H臂300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。

参见图14，H臂连杆400为呈直杆状的连接杆，两端分别设置有第二固定部4001和第三固定部4002，H臂连杆400的第二固定部4001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100的第一连接臂201的H臂连杆安装部2011进行固定连接，橡胶轴套起到缓冲力的作用。H臂连杆400的第三固定部4002装有汽车球头，通过汽车球头与H臂300的H臂连杆固定部30011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。

参见图15，前束拉杆500为呈直杆状的连接杆，两端分别设置有前束拉杆固定部5001和第四固定部5002，前束拉杆500的前束拉杆固定部5001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100的第二连接臂202的前束拉杆安装部2021进行固定连接，橡胶轴套起到缓冲力的作用。前束拉杆500的第四固定部5002内装有汽车球头，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。

参见图16，轮毂轴承600包括分别位于两端的第一法兰6001和第二法兰6002，其中，轮毂轴承600通过螺栓穿设第一法兰6001以及轴孔连接座1上的安装孔102，与轴孔连接座1固定连接；轮毂轴承600通过第二法兰6002与汽车的轮毂固定连接。

参见图11，制动盘800上设置有三个制动盘固定部，分别与3D打印后转向节100的制动盘安装结构4配合连接；具体地，制动盘800上面的三个制动盘固定部可以为三个直焊螺柱。

参见图11，可选地，在3D打印后转向节100与制动盘800之间还可设置有挡泥板，其中挡泥板上设置有对应制动盘安装结构4的通孔，使得3D打印后转向节100与制动盘800连接时，将挡泥板与制动盘800固定。

参见图9至图11，卡钳700分别与3D打印后转向节的两个卡钳连接臂204上的卡钳安装部固定连接。

本发明的再一优选实施例还提供了一种车辆，包括：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车辆，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。

此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。

以上所述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技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种3D打印后转向节的制作方法，应用于3D打印后转向节，其特征在于，包括：

根据3D打印后转向节的所需的功能，确定3D打印后转向节的产品参数；

根据创成式设计构建3D打印后转向节的结构；

通过拓扑优化计算出最优的承力结构并构建拓扑数模；

对所述拓扑数模进行外表面曲面光顺建模、空心结构拓扑优化以及内表面曲面光顺建模中的至少一项，并进行验证；

所述3D打印后转向节包括：

中部设置有轴孔（101）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，所述轴孔连接座（1）上环绕所述轴孔（101）设置有多个安装孔（102），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3D打印后转向节上的镂空减重结构；

由所述安装孔（102）的孔壁沿预设方向延伸形成的连接结构（103），部分相邻的所述连接结构（103）之间通过薄壁连接，所述预设方向平行于所述轴孔（101）的轴向；

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（103）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；

至少一个所述连接臂和/或所述加强筋上设置有中空结构（5）；

所述安装孔（102）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安装孔（1021）、第二安装孔（1022）、第三安装孔（1023）和第四安装孔（1024），其中，所述预设正方形的中点位于所述轴孔（101）的轴线上；

多个连接臂包括：

对应所述第一安装孔（1021）且沿所述预设方向延伸的第一连接臂（201），所述第一连接臂（201）靠近所述轴孔连接座（1）的一端设置有H臂连杆安装部（2011），所述第一连接臂（201）远离所述轴孔连接座（1）的一端设置有上端臂安装部（2012）；

对应所述第二安装孔（1022）且沿所述预设方向延伸的第二连接臂（202），所述第二连接臂（202）远离所述轴孔连接座（1）的一端设置有前束拉杆安装部（2021）；以及，

对应所述第三安装孔（1023）且沿所述预设方向延伸的第三连接臂（203），所述第三连接臂（203）远离所述轴孔连接座（1）的一端设置有H臂安装部（2031）；

其中，所述第一连接臂、所述第二连接臂以及所述第三连接臂上均设置有所述中空结构（5）；

多个所述加强筋包括：

第一加强筋（301），所述第一加强筋（301）连接所述前束拉杆安装部（2021），和与所述第三安装孔（1023）对应的连接结构（103）远离所述轴孔连接座（1）的一端；

第二加强筋（302），所述第二加强筋（302）连接所述前束拉杆安装部（2021），和所述轴孔连接座（1）的外侧壁上的一预设连接点，所述预设连接点位于所述第二安装孔（1022）和所述第三安装孔（1023）之间；

第三加强筋（303），所述第三加强筋（303）连接所述H臂安装部（2031），和所述轴孔连接座（1）上与所述第三安装孔（1023）对应的外侧壁；

第四加强筋（304），所述第四加强筋（304）连接所述第一连接臂（201）和与所述第四安装孔（1024）对应的连接结构（103）。

2.根据权利要求1所述的3D打印后转向节的制作方法，其特征在于，所述连接结构（103）形成为筒状或半筒状结构，所述镂空减重结构包括：设置在所述筒状或半筒状结构的侧壁上的第一镂空结构（1031）。

3.根据权利要求1所述的3D打印后转向节的制作方法，其特征在于，所述安装孔（102）形成为阶梯孔，所述镂空减重结构包括：设置于所述阶梯孔的台阶面上的第二镂空结构（1025）。

4.根据权利要求1所述的3D打印后转向节的制作方法，其特征在于，所述第一加强筋（301）、所述第二加强筋（302）以及所述第三加强筋（303）均设置有所述中空结构（5）。

5.根据权利要求1所述的3D打印后转向节的制作方法，其特征在于，所述镂空减重结构还包括：设置于所述第一连接臂（201）和所述第二连接臂（202）的非受力路径上的第三镂空结构（205）。

6.根据权利要求1所述的3D打印后转向节的制作方法，其特征在于，多个连接臂还包括：

垂直于所述轴孔连接座（1）的侧壁向外延伸的两个卡钳连接臂（204），且在所述卡钳连接臂（204）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（204）中的第一卡钳连接臂（2041）对应所述第三安装孔（1023）设置，第二卡钳连接臂（2042）对应所述第四安装孔（1024）设置。

7.根据权利要求6所述的3D打印后转向节的制作方法，其特征在于，多个所述加强筋包括：

第五加强筋（305），所述第五加强筋（305）连接所述第二卡钳连接臂（2042）上的所述卡钳安装部和所述第一安装孔（1021）对应的连接结构（103）。

8.根据权利要求6所述的3D打印后转向节的制作方法，其特征在于，所述第三加强筋（303）上设置有延伸至所述第一卡钳连接臂（2041）的分支结构。

9.根据权利要求1所述的3D打印后转向节的制作方法，其特征在于，所述第一连接臂（201）、所述第二连接臂（202）以及所述第三连接臂（203）上均设置有背向所述预设方向突出的制动盘安装结构（4）。

10.根据权利要求1所述的3D打印后转向节的制作方法，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3D打印后转向节的制作方法，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（200）、H臂（300）、H臂连杆（400）、前束拉杆（500）、轮毂轴承（600）、卡钳（700）、制动盘（800）以及如权利要求1至11任一项所述的方法制作的3D打印后转向节（100），其中，所述3D打印后转向节（100）分别与所述上摆臂（200）、所述H臂（300）、所述H臂连杆（400）、所述前束拉杆（500）、所述轮毂轴承（600）、所述卡钳（700）和所述制动盘（800）连接。

13.一种汽车，其特征在于，包括：如权利要求12所述的悬架系统。