基于可靠性的转向节-分析与优化

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1、基于可靠性的转向节分析与优化摘要转向节是汽车转向桥上的关键构件，和悬架、制动器及转向系的重要部件相连，其功用主要是承载前部载荷，支承并带动前轮绕主销转动而使汽车灵活转向，确保汽车稳定行驶并准确传递行驶方向。转向节在汽车悬架系统中关键性的位置及特定的功用使其结构和形状都很复杂，它的失效将使汽车立即失去转向能力，后果严重。在汽车行驶时，转向节承受着负载、约束及路面传递的冲击等多种载荷，这些载荷不仅随工况不断变化，还受到路况的随机影响。因此对转向节的可靠性研究及其优化设计有着重要的意义。本文基于某汽车的双横臂前独立悬架，针对其关键零部件转向节的优化设计问题，主要完

2、成以下几方面研究工作：（1）动力学仿真分析。深入了解某汽车前独立悬架的结构，根据其三维实体模型确定悬架系统的参数，建立悬架的动力学分析模型，进行动力学仿真，得到转向节各工况的加载情况，以便进行转向节的有限元分析。（2）建立转向节的有限元分析模型，完成对转向节的静力学强度分析。根据静强度分析的结果表明转向节满足强度要求，提取转向节的应力、应变数据，对比分析为后续可靠性分析及优化设计选择出转向节的危险工况。（3）可靠性及灵敏度分析。确定影响转向节可靠性的随机因素，结合有限元分析结果对其进行可靠性分析；结合优化目标对影响转向节可靠性的随机因素进行灵敏度分析，筛选出

3、合适的设计参数，为后续转向节优化提供参考依据。（4）转向节的优化设计。根据灵敏度分析筛选出的设计参数，以减轻重量为目标，满足强度、刚度及几何要求为约束条件，建立转向节优化的数学模型，完成转向节的轻量化设计。最后，对优化后的转向节进行静强度及可靠性分析，说明优化后转向节仍满足强度及刚度要求，总重量明显降低，且保持着较高的可靠性，合理地实现了转向节的轻量化设计。本文通过理论知识与仿真分析解决实际工程问题，紧密结合生产实践，实现了转向节的可靠性优化设计，对工程中类似需要考虑可靠性的优化问题具有重要的指导意义。关键词：转向节；轻量化；可靠性分析；灵敏度分析；动力学仿

4、真；有限元分析II硕士学位论文AbstractSteeringknuckleplaysakeyroleinsteeringaxleforconnectingbetweenitselfandotherimportantpartsinvehicle,includingsuspensions,brakesandsteeringsystem.Itsmainfunctionsincludebearingvehicle’sfrontweight,andalsobearinganddrivingthekingpininfrontwheels,whichcanensuret

5、heflexibilityforsteering,stabilityfordrivingandprecisionfordirecting.Keypositionofsteeringknuckleintheautomobilesuspensionandallthesefunctionsmentionedabovecontributetosteeringknuckle’scomplexstructureandshape.Therefore,thefailuresteeringknucklecancausebadconsequenceslikelosingvehi

6、cle’ssteeringabilityimmediately.Duringdriving,steeringknuckleisundersortsofload,suchasstatisticloadfromvehicleitself,constraintsfromotherpartsofvehicleandtheimpactpassingfromtheroad.Alltheseloadsnotonlyvarywithworkingconditions,butalsochangewithrandomroadconditions.Therefore,resear

7、chesonsteeringknuckle’sreliabilityandoptimizationdesignhavesignificantmeanings.Thethesisisbasedonthevehicle’sfrontdouble-wishboneindependentsuspension.Aimingatitskeypart’s-steeringknuckle-problemofoptimizationdesign,completedfollowingresearchworks:(1)Dynamicsimulationanalysis.Byund

8、erstandingthestructureofve