某型轿车转向节机构设计分析

本科毕业论文（设计）题目：某型轿车转向节机构设计分析 姓 名： 学 号： 专 业：机械设计制造及其自动化院 系： 电子通信工程学院 指导老师： 职称学位： 助教硕士 完成时间： 2017年4月 教务处制 本科毕业论文（设计）独创承诺书本人按照毕业论文（设计）进度计划积极开展实验（调查）研究活动，实事求是地做好实验（调查）记录，所呈交的毕业论文（设计）是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中特别加以标注引用参考文献资料外，论文（设计）中所有数据均为自己研究成果，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的工作已在论文中作了明确说明并表示谢意。毕业论文（设计）作者签名： 日期： 某型轿车转向节机构设计分析摘 要本文的分析对象是某型轿车的转向节。转向节是汽车主要零部件之一，面对着各种环境的考验，承受着来自各个方面的力。它的静态特和动态特性关系到整车的行驶安全性。因此我们不仅要研究静态特性，也要研究动态特性，可以为汽车设计提供有力的数据，具有重要的安全意义和经济实惠性。本文的主要目的是在ANSYS中对汽车转向节做静力分析。为此，我们应把转向节三维模型在PRO/E软件建立出来，通过在PRO/E中先要建立ANSYS10.0接口，并且将转向节的三维模型导入到ANSYS软件中进行有限元分析和研究。最重要的对其三种工况进行分析，第一种紧急制动工况，第二种侧滑工况最后一种是越过不平路面工况等三种危险工况分别进行静力分析。求解后，在ANSYS中查看其变形状况并获得最大位移、最大应力值和最大应变。最后对该转向节进行疲劳状态下的有限元模态分析，得到疲劳强度分析结果。实验结果表明该所设计转向节的疲劳性能较高，能满足工作要求。 关键词:转向节；有限元；PROE；ANSYS；结构静力分析；疲劳强度Structure design analysis of steering knuckles of a carAbstractThe The analysis object of this paper is the steering knuckle of a Commercial vehicle. Steering knuckle is one of the main parts of the car,Facing the test of various environment, bear the force from all aspects. Its jingtaite and dynamic characteristics are related to the vehicle driving safety. Therefore, we should not only study the static characteristics, but also study the dynamic characteristics, can provide powerful data for automobile design, has important safety significance and economic affordability.The main purpose of this paper is to do static analysis of automobile steering knuckle in ANSYS. Therefore, we should establish the three-dimensional model of the steering knuckle in pro / e software, establish the ansys10.0 interface first through the pro / e, and introduce the three-dimensional model of the steering knuckle into ANSYS software for finite element analysis and research. The most important three conditions are analyzed, the first kind of emergency braking condition, the second sliding mode the last one to traverse the uneven pavement condition and other three dangerous conditions of static analysis. After solving, the deformation status and maximum displacement, maximum stress and maximum strain are viewed in the / post1. Finally, the finite element modal analysis of the steering knuckle under fatigue state is obtained, the fatigue strength analysis results. The experimental results show that the fatigue performance of the designed steering knuckle is low, and can not meet the work requirements, and need to increase its fatigue strength.Key Word: Steering Knuckle, Finite Element Method, Static Analysis ANSYS, PROE，Fatigue Strength II目 录1 绪 论11.1 选题背景11.2 课题研究的目的与意义12 转向节的成型和结构32.1 转向节的成型32.2 转向节的结构33 转向节的三维建模和结构分析53.1 转向节三维模型的建立53.2 转向节的受力分析63.2.1 作用在转向节上的静载63.2.2 作用在转向节上的动载73.3 转向节有限元模型建立73.3.1 单元类型和有限元网格划分73.3.2 转向节材料和属性83.3.3 转向节有限元模型的受力和约束83.3.4 转向节受力危险工况103.4 计算结果分析194 转向节疲劳分析204.1 引言204.2 疲劳寿命的定义204.3 AYSYS处理疲劳问题的过程204.4 转向节的疲劳分析计算215 总 结23致 谢24参考文献251 绪 论 转向节是汽车转向系统是否能够安全稳定工作的重要保障，汽车运行在不同工况过程中，它不仅仅承受来自于轴方向的负荷，尤其是在车辆在转向和制动过程中，转向节承受来自于汽车的动载荷1 。当转向节处于工作环境十分恶劣的情况下工作时，它受力复杂而且多变，因此我们对其可靠性、冲击抵抗性以及可疲劳强度等方面都有很高的技术要求。我们为保证安全可靠性的使用，对于转向节零件进行疲劳强度分析就显得十分非常重要了。此论文主要在PRO/E软件中先进行三维模型的建立，后导入ANSYS软件中并运用有限元的方法对其进行强度分析。1.1 选题背景转向节运行的工况在实际生活中是比较复杂的，对于其是否安全可靠性，直接关系到用户的人身安全以及财产的安全性。由于其使用环境有严格的考验，所以要求转向节能够有较强的疲劳强度也就是增加其使用寿命。我们在设计转向节时，应当考虑到承受轴向的负载，还应该考虑到对于不同工况下传递的各方向载荷或者冲击力。此时转向节会发生偏移和失效，所以我们应当对不同工况的受力情况以及对其转向系统安全性的影响做深刻的研究。在当前机械工程技术领域中我们经常运用有限元分析法，因为它是目前最便捷也是最有效的数值计算方法，已成为现代机械工程设计技术组成的核心部分。有限元分析法经过近几十年的发展，已经逐步迈向成熟阶段，为广大用户所喜爱,由于有限元分析的蓬勃发展因此开发了许多相关软件2。这些软件在便捷操作的同时，并且具有高的分析计算能力，由此也提高用户的熟练掌握水平。在性能上，可完成线性也可以完成非线性等问题，还有关于静力与动力等多方面问题的分析与求解。对于研究转向的疲劳强度分析也是十分必要，因为其疲劳强度就是表示其使用寿命，对于在实际生活中转向节作为一件产品，当然是要求它具有高的强度和较长的使用寿命。在日益发展的今天，汽车已经逐步进入千家万户，而转向节作为汽车最重要的组成部分，可以看出它的发展前景十分广阔。1.2 课题研究的目的与意义伴随着经济的飞速发展，交通事业也发展的十分迅猛，转向节作为汽车的重要组成部分，对其研究和发展就显得十分重要了。转向节作为汽车中最关键的一环，承担着汽车的转向作用，它不仅仅是承载着汽车本身各方向的载荷以及外部环境的载荷和各种冲击力的影响。转向节的是否满足各个工况的性能要求，也就是直接影响着汽车在行驶过程中的安全、可靠以及稳定性，驾驶员以及乘坐人员的性命安全也就和转向节的性能要求紧密的联系到一起。所以此次论文的最主要研究目的就是怎么满足转向节的设计要求，我们应该从疲劳强度、刚度等各方面进行分析和计算。 汽车转向节在设计时要考虑到各种环境、温度以及发生意外的恶劣情况，传统的转向节的设计方法已经被淘汰了。我们应该引进新的的技术，并且也要自主创新，在快速发展的今天，不仅要考虑到产品的质量，更要降低生产成本以及生产周期，更加符合现在倡导的环保节约型社会，是赢得现在汽车市场的关键。本文通过对转向节的ANSYS10.0分析（ANSYS软件是由世界上美国最大的有限元分析软件公司之一开发的，是一种以分析集中于一体的大型的有限元分析软件。它可以与多个CAD软件进行相接口，并且能过实现数据的统一管理。如Pro/Engineer，Auto CAD等，再现代产品设计中是高级CAE工具之一。本文通过Pro/Engineer导入ANSYS进行分析。），利用新型技术开发产品，通过ANSYS对其进行受力和疲劳分析，为转向节的设计制造打下坚实的基础，也为以后研究提供理论依据，便于研究计算和节约大量的分析时间。2 转向节的成型和结构由于转向传动机构是由较多的零件所构成的，为更好地分析和了解转向节机构，现选择转向节受力情况较复杂的工况进行有限元分析。2.1 转向节的成型转向节是汽车导向的关键零件，它的工作性能要求直接关系到行车人员的生命和财产安全。因而对其有较高的要求。转向节锻件形状极不对称，截面变化剧烈，属复杂类锻件，锻造过程中支腿部分很难填充，所以转向节成型难度较大，对于转向节这一复杂零件在其锻造成型中会发生弯曲折叠、以及不能保持表面光滑等缺陷。因此，为了保证锻造的质量，对于一些复杂结构的转向节采用了较为先进的锻造