雙橫臂懸架轉(zhuǎn)向節(jié)優(yōu)化設(shè)計及疲勞壽命研究.pdf

1、轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車上的重要零件,從功能上講,轉(zhuǎn)向節(jié)即是前橋(轉(zhuǎn)向橋)轉(zhuǎn)向的主要零件,又是前懸架與輪轂、車架(承載式車身)連接的關(guān)鍵零件,同時又是轉(zhuǎn)向系傳動機構(gòu)的重要零件。轉(zhuǎn)向節(jié)若在汽車行駛過程中發(fā)生斷裂將會引發(fā)比較嚴重的事故。因此,對轉(zhuǎn)向節(jié)的強度和耐久性的研究具有重要意義。
　　本文首先對雙橫臂懸架的動力學(xué)仿真、結(jié)構(gòu)有限元分析及優(yōu)化設(shè)計和疲勞壽命的發(fā)展、現(xiàn)狀和方法進行了闡述。并且在分別對轉(zhuǎn)向節(jié)進行了結(jié)構(gòu)強度分析和模態(tài)分析之后,利用拓撲優(yōu)

2、化技術(shù)對轉(zhuǎn)向節(jié)進行優(yōu)化設(shè)計,最后利用Fatigue軟件結(jié)合名義應(yīng)力有限壽命設(shè)計方法對轉(zhuǎn)向節(jié)進行了疲勞壽命預(yù)測。本文的主要工作內(nèi)容如下:
　　(1)雙橫臂懸架動力學(xué)模型仿真。根據(jù)雙橫臂前懸架的幾何模型和硬點參數(shù)建立懸架的動力學(xué)模型。然后根據(jù)企業(yè)的設(shè)計標準,計算了在1g緊急制動工況、3.5g車輪越過不平路面工況和0.95g最小半徑轉(zhuǎn)向且不側(cè)滑工況三種工況下的輪胎接地力。并且將此力用作動力學(xué)模型的輸入,計算得到轉(zhuǎn)向節(jié)與上控制臂、下控制臂

3、、轉(zhuǎn)向節(jié)臂和拉桿和車輪連接點得載荷。
　　(2)轉(zhuǎn)向節(jié)有限元分析。根據(jù)轉(zhuǎn)向節(jié)的幾何模型建立了轉(zhuǎn)向節(jié)的有限元模型,并且詳細介紹了建立有限元模型的方法和步驟,然后對轉(zhuǎn)向節(jié)做了模態(tài)分析和三種工況下的強度分析。得出結(jié)論,認為轉(zhuǎn)向節(jié)不會在汽車行駛過程中發(fā)生共振現(xiàn)象,并且受到的應(yīng)力要小于許用應(yīng)力。
　　(3)轉(zhuǎn)向節(jié)的優(yōu)化設(shè)計。對轉(zhuǎn)向節(jié)優(yōu)化設(shè)計的主要目標是在轉(zhuǎn)向節(jié)的應(yīng)力小于許用應(yīng)力的前提下使轉(zhuǎn)向節(jié)盡可能輕量化。對轉(zhuǎn)向節(jié)優(yōu)化時,先利用拓撲優(yōu)

4、化技術(shù),得到了可設(shè)計區(qū)域材料的組優(yōu)化布局等值面圖,并且根據(jù)對該結(jié)構(gòu)進行詳細的設(shè)計得到優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)。最后對優(yōu)化后的轉(zhuǎn)向節(jié)進行了靜強度和固有頻率計算,滿足要求。
　　(4)轉(zhuǎn)向節(jié)的疲勞壽命預(yù)測。運用Fatigue軟件,結(jié)合名義應(yīng)力有限壽命設(shè)計方法對轉(zhuǎn)向節(jié)進行了疲勞壽命計算,得出在三種工況下轉(zhuǎn)向節(jié)的最小節(jié)點疲勞壽命分別為265.4萬次;越過不平整路面工況下的最小壽命為1630萬次;在最小轉(zhuǎn)彎半徑且不側(cè)滑工況下,轉(zhuǎn)向節(jié)的最小節(jié)點壽命為33