型轿车转向节机构设计.docx
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1、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 指导教师: 职称学位: 助教硕士 完成时间: 2017年4月 教务处制第 21 页 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,所呈交毕业论文(设计)是我个人在导师指导下进行研究工作及取得研究成果。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研究成果。及我一同工作同志对本研究所做工作已在论文中作了明确说明并表示谢意
2、。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 要本文分析对象是某型轿车转向节。转向节是汽车主要零部件之一,面对着各种环境考验,承受着来自各个方面力。它静态特与动态特性关系到整车行驶安全性。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数据,具有重要安全意义与经济实惠性。本文主要目是在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中先要建立接口,并且将转向节三维模型导入到ANSYS软件中进行有限元分析与研究。最重要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
3、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、最大应力值与最大应变。最后对该转向节进行疲劳状态下有限元模态分析,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.
4、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 dynami
5、c 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
6、 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 bra
7、king 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 ele
8、ment 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.Ke
9、y Word: Steering Knuckle, Finite Element Method, Static Analysis ANSYS, PROE,Fatigue Strength 目 录1 绪 论11.1 选题背景11.2 课题研究目及意义12 转向节成型和结构32.1 转向节成型32.2 转向节结构33 转向节三维建模和结构分析53.1 转向节三维模型建立53.2 转向节受力分析63.2.1 作用在转向节上静载63.2.2 作用在转向节上动载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 转向节有限元模型受力和约束83.
10、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 疲劳寿命定义204.3 AYSYS处理疲劳问题过程204.4 转向节疲劳分析计算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负荷,尤其是在车辆在转向与制动过程中,转向节承受来自于汽车动载荷1 。当转向节处于工作环境十分恶劣情况下工作时,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技术要求。我们为保证安全可靠性使用,对于转向节零件进行疲劳强度分析就显得十分非
11、常重要了。此论文主要在PRO/E软件中先进行三维模型建立,后导入ANSYS软件中并运用有限元方法对其进行强度分析。1.1 选题背景转向节运行工况在实际生活中是比较复杂,对于其是否安全可靠性,直接关系到用户人身安全以及财产安全性。由于其使用环境有严格考验,所以要求转向节能够有较强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负载,还应该考虑到对于不同工况下传递各方向载荷或者冲击力。此时转向节会发生偏移与失效,所以我们应当对不同工况受力情况以及对其转向系统安全性影响做深刻研究。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数值计算方法,已成为现
12、代机械工程设计技术组成核心部分。有限元分析法经过近几十年发展,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同时,并且具有高分析计算能力,由此也提高用户熟练掌握水平。在性能上,可完成线性也可以完成非线性等问题,还有关于静力及动力等多方面问题分析及求解。对于研究转向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强度与较长使用寿命。在日益发展今天,汽车已经逐步进入千家万户,而转向节作为汽车最重要组成部分,可以看出它发展前景十分广阔。1.2 课题研究目及意义伴随着经济飞速发
13、展,交通事业也发展十分迅猛,转向节作为汽车重要组成部分,对其研究与发展就显得十分重要了。转向节作为汽车中最关键一环,承担着汽车转向作用,它不仅仅是承载着汽车本身各方向载荷以及外部环境载荷与各种冲击力影响。转向节是否满足各个工况性能要求,也就是直接影响着汽车在行驶过程中安全、可靠以及稳定性,驾驶员以及乘坐人员性命安全也就与转向节性能要求紧密联系到一起。所以此次论文最主要研究目就是怎么满足转向节设计要求,我们应该从疲劳强度、刚度等各方面进行分析与计算。 汽车转向节在设计时要考虑到各种环境、温度以及发生意外恶劣情况,传统转向节设计方法已经被淘汰了。我们应该引进新技术,并且也要自主创新,在快速发展今天
14、,不仅要考虑到产品质量,更要降低生产成本以及生产周期,更加符合现在倡导环保节约型社会,是赢得现在汽车市场关键。本文通过对转向节分析(ANSYS软件是由世界上美国最大有限元分析软件公司之一开发,是一种以分析集中于一体大型有限元分析软件。它可以及多个CAD软件进行相接口,并且能过实现数据统一管理。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对其进行受力与疲劳分析,为转向节设计制造打下坚实基础,也为以后研究提供理论依据,便于研究计算与节约大量分析时间。2 转向节成
15、型与结构由于转向传动机构是由较多零件所构成,为更好地分析与了解转向节机构,现选择转向节受力情况较复杂工况进行有限元分析。2.1 转向节成型转向节是汽车导向关键零件,它工作性能要求直接关系到行车人员生命与财产安全。因而对其有较高要求。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,为了保证锻造质量,对于一些复杂结构转向节采用了较为先进锻造工艺。如对从国外引进斯太尔重型汽车转向节,根据其几何形状采用了挤压模锻复合工艺,其工步为镦粗、立式挤压、预锻、终锻、切边
16、、校正。其中挤压是在闭式模膛中进行,预锻则在半封闭模膛中完成。而这一成型方案则是在具有先进水平锻造生产线上实现。2.2 转向节结构汽车转向桥左右各有一个转向节,转向节通过主销将前轴及车轮连接在一起,并驱使前轮转动,从而实现汽车转向。转向节由固定制动器底板凸缘与支承轮毂指轴构成。转向节一般有三种结构形式,即整体锻造式、焊接式与螺栓连接式。现在大多数汽车均采用整体锻造式,本文所讨论转向节也为整体锻造式。转向节材料一般为中碳合金钢,并经模锻与热处理。为避免应力集中,枢轴根部一般做有较大半径圆角。转向节两耳上圆孔用以安装主销,从而使转向节通过主销及前轴铰链式连接起来。两个销孔在同一中心线上,是由加工来
17、保证。左右转向节下耳上各有一个带键槽锥孔,分别用以安装左右梯形臂。在左转向节上耳上也有一个带键槽锥孔,用以安装转向节臂。主销上铣有凹槽,用楔形锁销及凹槽配合,将主销固定在拳部销孔内,使之不能转动。而转向节则可以绕主销偏转一定角度,以使汽车转向。为了减少磨损,在转向节两个销孔内压入青铜衬套,衬套上切有润滑油槽,可用润滑脂进行润滑。为使转向轻便,在前轴拳部下方及转向节下耳之间装有滚子止推轴承。安装时,应使轴承开口一端向下,以防止泥沙进入轴承内部而造成加速磨损。此外,在拳部上方及转向节上耳之间装有调整垫片,以调整二者之间间隙。主销两端用端盖封住,以防止泥污进入。转向节有左右转向节之分,都是通过主销将
18、转向节叉形(或拳形)耳及前轴拳部(或叉部)相连。转向节上部装有转向节臂,及转向直拉杆连接,下部装有及转向横拉杆相连接梯形臂,均采用螺栓连接方式,使紧固螺栓承受压力,使用可靠,连接刚度大,工艺性好。转向节芯轴是供装车轮轮毂,还有装制动器底板凸缘。芯轴与主销孔轴线是不垂直,它们倾斜角度取决于前轮定位主销内倾与前轮外倾大小3。本文所研究整车基本参数如表2-1所示:表2-1 整车基本参数整车参数数值整车质量(m) 1890 kg满载质量(M)2800kg整车总长/总宽/总高5035mm/1820mm/1970mm轴距(L)3080mm前轮距(B1)/后轮距(B2)1570mm/1545mm满载时前轴荷
19、(m1)/后轴荷(m2)1355kg/1445kg空载时前轴荷(m3)/后轴荷(m4)914kg/976kg质心到前轴距离(a)1590mm质心到后轴距离(b)1490mm质心高度()满载/空载750mm/770mm轮胎型号205/70R3 转向节三维建模与结构分析本章以某型轿车整体式转向节为例,运用PRO/E软件建立转向节三维模型,并通过ANSYS软件进行转向节有限元分析。3.1 转向节三维模型建立考虑到转向节三维模型复杂性,软件建模功能强大性,且ANSYS软件具有及PRO /E软件接口工具,所以转向节三维模型是在PRO/E软件中建立。综合考虑到整体式转向节结构与转向节本身受力特点,建模时,
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