汽车转向节有限元分析与优化设计

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1、作者姓名：袁旦指导教师：李芳副教授浙江工业大学机械工程学院2010年5月．z7S3《工2Candidate：YuanDanAdVisor：LiFangCoHegeofMechanicalEngineeringZheiian2Universi钾ofTechnolo科厶nellan2UnlVerSltv0IleCnnolOgVMay2010浙江工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体己经发

2、表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。作者签名：芬生日期：加f啤6月f日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1

3、、保密口，在年解密后适用本授权书。／2、不保刺(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：导师签名：日期：加f·年‘月f日日期：加，拜‘月／日旦芳土矽芽吖／浙江工业大学硕士学位论文摘要转向节是汽车底盘中的重要零件之一，它与汽车的悬架、前车轴、转向系传动机构和制动器相连接，具有承受汽车前部载荷、带动前轮实现汽车转向等功能。本文在回顾了汽车转向节研究现状和趋势的基础上，应用有限元分析技术和结构优化设计方法，以浙江省重大专项《多车型共享底盘平台数字化开发技术及应用》为背景，分析了某汽车转向节的结构、约束与载荷情况，开展了转

4、向节的强度分析、模态分析和优化设计等研究。论文的主要工作和成果如下：1．在ANSYS中利用APDL语言建立了转向节的分析计算模型。在ANSYS软件中利用APDL参数化建模方法，建立了转向节分析的几何模型，采用10节点四面体单元SOLID92进行网格划分，并以多点约束单元MPCI84处理了各类边界条件和载荷施加。所建立的转向节分析模型抓住了转向节结构的特征，反映了结构的特点和约束载荷状况；所编写的APDL程序具有易读性、可修改性和配套性等优点，为实际应用提供了基础。2．利用ANSYS结构静力学分析模块进行了转向节强

5、度分析。在对转向节约束、载荷进行分析的基础上，按照汽车行驶中三种典型工况的名义载荷计算方法，利用ANSYS结构静力学分析模块得到了各种工况条件下的应力云图与变形图，并分析了各种工况下转向节的受载情况和应力分布，结果表明该转向节满足强度要求。3．利用ANSYS结构动力学分析模块进行了转向节模态分析。在详细研究模态分析理论的基础上，利用ANSYS结构动力学分析模块对转向节进行了模态分析，计算并提取了转向节的振动特性，求出了转向节的前十阶固有振型和频率，并对转向节产生的模态特性进行了分析。4．利用ANSYS优化设计模块

6、进行了转向节结构优化设计研究。以减轻重量为目标函数，以满足强度、刚度、频率等性态条件和几何边界条件为约束条件，选取几何尺寸、坐标作为设计变量，建立了转向节结构优化设计的数学模型，并利用ANSYS优化设计模块对转向节的转向拉臂、下支撑台、下凸耳以及上端块体等部位进行了结构形状优化，并对改善转向节应力集中提出可行建议。最后，对全文进行总结，并对进一步的研究提出一些展望。关键词：转向节，有限元，优化设计，模态，ANSYS，参数化i浙江工业大学硕士学位论文FiniteElementAnalysisandoptim娩ati

7、onofSteeringKnucl【leMeenngKnUC埘eABSTRACTSteeringknucHeisoneofnlemaincomponentsofautomobilechassis．Itlinkstllevemcle’suspension，f．romaxle，steeringsystem仃{msmissionmechallismandbrakesefI、ectively，whjchisabletobear廿1e疗．ont10adoftheVellicle，acllieVet11eVeKclestee

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