汽車鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)值模擬.pdf

1、轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車懸架系統(tǒng)的重要構(gòu)件，它連接輪轂和懸架控制臂，同時(shí)是轉(zhuǎn)向節(jié)臂與制動(dòng)卡鉗的安裝載體，承受汽車前部載荷，支承并帶動(dòng)前輪繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)而使汽車轉(zhuǎn)向，確保汽車穩(wěn)定行駛并靈敏傳遞行駛方向。在汽車行駛狀態(tài)下，它承受著復(fù)雜多變的載荷工況。因此需要有較大的剛度和足夠的強(qiáng)度與安全系數(shù)；同時(shí)還要盡可能減輕質(zhì)量，以滿足操縱穩(wěn)定性和整車輕量化的要求。本文選用鋁合金作為加工制造轉(zhuǎn)向節(jié)的材料。一方面，這是出于減輕汽車重量，提高燃油經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)化需要。另一方面，

2、采用鋁合金的加工成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于采用鑄鐵的加工成本。因此，本文從汽車輕量化角度出發(fā)對鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行研究，分析了鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)、約束與載荷情況，對轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行強(qiáng)度分析、模態(tài)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)等研究，并對其成形工藝以及工藝參數(shù)對微觀組織結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了分析，為實(shí)際生產(chǎn)提供了有效的參考。本文的研究內(nèi)容如下：
　　按照汽車行駛中三種典型工況的名義載荷計(jì)算方法，分析了轉(zhuǎn)向節(jié)在各種工況下的受力情況，得到了各種工況條件下的計(jì)算載荷；利用ANSYS

3、結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析模塊獲得了三種典型工況和兩種組合工況條件下轉(zhuǎn)向節(jié)的應(yīng)力云圖與變形圖，并分析了各種工況下轉(zhuǎn)向節(jié)的受載情況和應(yīng)力分布；按傳統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算方法計(jì)算了轉(zhuǎn)向側(cè)滑工況危險(xiǎn)截面的應(yīng)力值，通過與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算值的比較，驗(yàn)證了本文所建立的分析計(jì)算模型是正確可行的，且轉(zhuǎn)向節(jié)滿足強(qiáng)度的要求。
　　詳細(xì)研究了模態(tài)分析理論，利用ANSYS結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析模塊對鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行了模態(tài)分析，計(jì)算并提取了轉(zhuǎn)向節(jié)的振動(dòng)特性，求出了轉(zhuǎn)向節(jié)的前十階固有振型和頻率

4、。通過模態(tài)分析，我們看到轉(zhuǎn)向節(jié)的一階固有頻率為164.06Hz遠(yuǎn)大于激勵(lì)頻率，且轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)振動(dòng)較為平穩(wěn)，保持了整個(gè)結(jié)構(gòu)趨于平穩(wěn)。
　　詳細(xì)研究了ANSYS的優(yōu)化模塊以及優(yōu)化理論，根據(jù)轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及實(shí)際中使用情況制定了轉(zhuǎn)向節(jié)優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要思路和步驟；優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型選取幾何尺寸、坐標(biāo)作為設(shè)計(jì)變量，以減輕重量為目標(biāo)函數(shù)，以滿足強(qiáng)度、剛度等性態(tài)條件和幾何邊界條件為約束條件；利用ANSYS優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊對轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行了形狀優(yōu)化，經(jīng)優(yōu)化后，轉(zhuǎn)