7180型轿车转向节有限元分析-22页精选文档

第 0 页 目 录 摘 要： .............................................................. 0 ABSTRACT: ............................................ 错误！未定义书签。 1 引言 .............................................. 错误！未定义书签。 2 前述 ............................................................... 2 2.1 ANSYS软件简介 ................................................... 2 2.1.1 有限元法简介 ................................................. 3 2.1.2 ANSYS软件功能和技术特点功能 ................................. 3 2.1.3 ANSYS在机械工业中的应用 ..................................... 5 2.2 课题概述 ......................................................... 5 2.3 7180型轿车的参数 ................................................ 6 2.4 转向节的受力分析及其计算 ......................................... 7 2.4.1 转向节受力分析 ............................................... 8 2.4.2 转向节受力计算 ............................................... 8 3 有限元分析过程 .................................................... 10 3.1 转向节有限元模型的建立 .......................................... 10 3.2 转向节有限元线性分析 ............................................ 11 3.2.1 紧急制动工况 ................................................ 11 3.2.2 侧滑工况 .................................................... 14 3.2.3 越过不平路面工况 ............................................ 17 结 论 ............................................................... 20 致 谢 ............................................................... 20 [参考文献] ........................................................... 21

7180型轿车转向节有限元分析 摘 要： 转向节是汽车转向系统的重要结构件，它承受转向轮的负载以及路面通过转向轮传递来的冲击，同时还传递来自转向器的转向力实现对汽车行驶方向的控制，因此对其在强度、抗冲击性、疲劳强度以及可靠性方面都有很高的要求。以7180型轿车转向节为例，根据给定车型的结构特点和转向节的相关结构参数，分析其受力情况，然后在紧急制动工况、侧滑工况、越过不平路面工况这三种工况下进行有限元分析计算,找出其中最薄弱的第 1 页

环节并提出相应的结构修改措施。 关键词：转向节、有限元、强度、分析 Abstract:

Steering knuckle is an important structural element of vehicle steering system. It is to bear the load and the impact of road that passing through the steering wheel. And also transfer power from the steering gear in order to control the direction of car. Therefore its strength, impact resistance, fatigue strength and reliability requirements are high. For example the 7180 cars steering knuckle, according to the structural characteristics of a given model and related structural parameters of steering knuckle to analyze the force, performed finite element analysis and calculation in emergency braking conditions, sideslip condition, over the uneven road surface condition of these three condition. Find out the weakest link and bring forward the corresponding measures for the structural changes. Keywords: knuckle、finite element analysis、strength、analysis

1 引 言 随着国民经济的蓬勃发展，汽车以一跃成为当前极为重要的交通工具。由于现代社会对环境保护及能源越来越重视，各个汽车制造公司都在研制生产能源消耗少、污染小甚至无污染的新型汽车。改进汽车设计，特别是改进汽车结构件的设计以及采用可以减轻汽车的总质量而又不影响汽车的可靠性、舒适性、操纵稳定性和车身内部空间的新材料是解决这一问题的重要途径。长期以来，汽车产品的结构设计都是建立在经验的积累和大量的实验数据的基础上的。虽然有一些理论的分析方法，但却难以应用到复杂的汽车结构设计中。随着汽车更新速度的逐步加快和开发周期的日益缩短，以及对低能耗环保汽车的要求，结构工程师需要采用现代汽车设计方法及技术来进行汽车产品的开发。 本次毕业设计的主要目的是为了让我们对汽车零部件的更深层次了解，对现代汽车设计方法及技术来进行汽车产品的开发的了解，更是让我们对本科四年来所学知识的一个巩固和综合运用，一方面为我们在今后的学习中培养独立自学的能力，第 2 页

另一方面为我们在将来的工作和发展前途中打下良好的坚实的技术基础。 随着改革开放以来，中国汽车业的不断发展和完善，桑塔纳这个由德国大众命名的车系在竞争激烈的世界汽车市场上刮起旋风。这就像他的名字一样——桑塔纳是美国峡谷的一种飓风的名称。从1983年第一辆桑塔纳诞生到1994年桑塔纳2000投放市场再到2019年桑塔纳3000的上市，这些都是桑塔纳轿车质的飞跃。在2019年全国轿车产销量超过了195万辆，而上海大众再次占据头把交椅，以破记录的39.6万辆的年销量和破记录的40万辆的产量继续领跑中国汽车市场。桑塔纳的性能价格比更是成为市场上重实惠、重性能的用户的首选，在其企业的产品销量中占到半壁江山，成为企业维护市场份额的重要基石。在2019桑塔纳3000的上市中，上海大众更是推出了经典、舒适、豪华手动挡和自动挡5款车型供客户选择。与此同汽车业的竞争压力也愈加剧烈，舒适、安全、环保、节能成为汽车的时代主题，就安全性能方面来讲，越来越多的试验和分析软件被使用到汽车的性能检测上来。目前而言轿车生产厂商在生产轿车时都会对其零部件进行静强度设计分析，以确保零件的安全性能，另外，轿车在行驶过程中，零部件要受到各种交变载荷，在这种交变载荷的反复作用下，会发生裂纹萌生和扩展并导致突然断裂，这就是疲劳破坏，在技术改进和研究开发中，了解这种破坏形式对车辆零部件的强度影响作用具有极其重要的意义。因此ANSYS软件在汽车零部件的强度分析中被广泛使用。目前国内外汽车的零部件均采用有限元分析的方法验证其在各种工况下的可靠性。 在进行7180型轿车转向节有限元分析毕业设计的过程中，我首先体验了搜集资料的重要性，而后我认识到应熟悉使用CATIA和UG等软件进行实体造型的过程，最重要的是熟悉利用ANSYS软件进行有限元分析的应用，掌握对转向节等重要结构件进行结构分析的过程，并且找出其薄弱环节，提出优化和改进其结构的措施以提高它的强度和刚度，这不仅能够提高转向节的性能，更加能够提高整个汽车的质量和安全性能。 由于我的水平有限，设计中存在缺陷和错误在所难免，敬请广大读者以及业内人士专家批评指正。

2 前 述 2.1 ANSYS软件简介 第 3 页

2.1.1 有限元法简介 有限元法是将连续体理想化为有限个单元集合而成，这些单元仅在有限个节点上相连接，亦即用有限个单元的集合来代替原来具有有限个自由度的连续体。由于有限单元的分割和节点的配置非常灵活，它可适应于任意复杂的几何形状，处理不同的边界条件。单元有各种类型，包括线、面和实体或称为一维、二维和三维等类型单元。节点一般都在单元边界上，单元之间通过节点连接，并承受一定载荷，这样就组成了有限单元集合体。在此基础上，对每个单元假设一个简单的位移函数来近似模拟其位移分布规律，通过虚位移原理求得每个单元的平衡方程，即是建立单元节点力和节点位移之间的关系。最后把所有单元的这种特殊关系集合起来，就可建立整个物体的平衡方程组。考虑边界条件后解此方程组求得节点位移，并计算出个单元应力。 有限元的基本思想是“分与合”，分是为了划分单元，进行单元分析，合则是为了集合单元，对整体结构进行综合分析。无论对什么样的结构，有限元分析过程都是类似的。基本步骤为：（1）研究分析结构的特点，包括结构形状与边界、载荷工况等；（2）将连续体划分成为有限单元，形成计算模型，包括确定单元类型与边界条件、材料特性等；（3）以单元节点位移作为未知量，选择适当的位移函数来表示单元中的位移，再用位移函数求单元中的应变，根据材料的物理关系，把单元的应力也用位移函数表示出来，最后将作用在单元上的载荷转化为作用在单元上的等效节点力，建立单元等效节点力和节点位移的关系，这就是单元特性分析；（4）利用结构力的平衡条件和边界条件把各个单元按原来的结构重新连接起来，集合成整体的有限元方程，求解节点位移。 2.1.2 ANSYS软件功能和技术特点功能 ANSYS软件是集结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元商用分析软件，可广泛应用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、电子、造船、汽车交通、国防工业、土木工程、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等一般工业及科学研究。该软件能实现多场及多场耦合功能，集前后处理。分析求解及多场分析于一体，独一无二的优化功能，唯一具有流场优化功能的CFD软件，具有强大的非线性分析功能，具备快速求解器，最早采用并行计算技术的FEA软件，可进行智能网格划分，具有多层次多框架的产品系列，并具备良好的用户开发环境。