摘 要

汽车转向节作为汽车最重要的零件之一，不仅具有承受汽车前部载荷,带动前轮实现汽车转向等功能，还暗藏着许多难懂的原理。对于汽车爱好者，汽车使用者，汽车生产商等众多人来说，掌握它的受力情况跟优化方案是很具有现实意义的。此次毕业设计主要是基于CATIA对转向节进行建模展示结构，以及基于Workbench的汽车转向节结构有限元分析。形象地将结构模型与实际工作状况相结合阐述转向节强度分析情况。因此，做这个毕业设计不管从技术角度还是从时代要求的角度看都很具有意义的。论文将通过转向节零件的模型与工作过程相结合形象而直观地展现其应力分析和应变分析情况，更便于读者去理解掌握。

所谓汽车转向节结构，就是方向盘和车轮间的连接部分，它与汽车的悬架,前轴,转向系传动机构和制动器相连接。本课题在汽车转向节CATIA三维实体建模的基础上，应用有限元分析技术，静态分析汽车转向节的3种实际工作状况，并分别给出其力和力矩的计算公式，并找出和分析损坏部位。同时对转向节零件产品进行模态分析，计算并提取其振动特性。最后研究转向节的响应谱。

关键词：转向节，有限元，静态分析，模态分析，响应谱分析

The steering knuckle of vehicle structure based on Workbench finite element analysis

ABSTRACT

The Steering knuckle is one of the most important part of a car, not only has bear the front load, driven the front wheel steering, and other functions, but also hidden principle of many difficulty.For car enthusiasts, car users,car maker and many other people,it is realistically significant to keep abreast of its condition of the stress and search for optimum proposal. This graduation design is mainly on the Steering knuckle model CATIA display structure based on the principle and Automobile steering knuckle structure finite element analysis.The structure model is combined with the actual work condition to describe the strength analysis. Therefore, this graduation design no matter from a technical point of view or from the perspective of the requirements of the times are very meaningful.The graduation thesis shows the condition of stress and strain analysis combined with steering knuckle part model and the working process vividly and visually,which helps reader to understand and master it.

Analysis in the movement of the steering knuckle, the steering knuckle is the connections parts between steering wheel and the wheel.It connects with car suspension, front axle and steering system transmission mechanism and brake.The project based on automobile steering knuckle CATIA 3D entity modeling applies to finite element analysis and structure optimization design.It analyzes the automobile steering knuckle’s three working conditions statically and gives out the formula of force and moment .At the same time,it makes use of the modal analysis to steering knuckle parts products to calculate and extract its vibration characteristics.Finally it studies the Response Spectrum of the steering knuckle in detail.

Keywords:Steering knuckle, finite element analysis, static analysis, modal analysis and Response Spectrum

目 录

第一章 前言 - 1 -

1.1 课题研究背景 - 1 -

1.2转向节国内外研究现状 - 2 -

1.3 本文的主要工作 - 3 -

第二章 汽车转向节有限元建立 - 5 -

2.1 有限元法和Workbench分析软件 - 5 -

2.1.1有限元法概述 - 5 -

2.1.2 ANSYS Workbench软件介绍 - 7 -

2.2建立实体模型 - 8 -

2.3材料属性及单位制 - 13 -

2.4 单元选择和网格划分 - 16 -

第三章 汽车转向节强度分析 - 20 -

3.1引言 - 20 -

3.2转向节结构强度分析 - 21 -

3.2.1 越过不平路面工况 - 21 -

3.2.2 转向节侧滑工况 - 24 -

3.2.3 转向节紧急制动工况 - 26 -

3.3本章小结 - 28 -

第四章 转向节模态分析 - 29 -

4.1 引言 - 29 -

4.2 模态分析的基础理论 - 29 -

4.3 转向节模态分析 - 31 -

4.4本章小结 - 36 -

第五章 转向节响应谱分析 - 37 -

5.1 引言 - 37 -

5.2 响应谱分析的理论基础 - 37 -

5.3 汽车转向节响应谱分析 - 39 -

5.3.1 越过不平路面工况时的响应谱分析 - 39 -

5.4本章小结 - 41 -

第六章 全文总结与展望 - 42 -

6.1全文总结 - 42 -

6.2展望 - 43 -

致 谢 - 44 -

参考文献 - 45 -

1. 前言

1.1 课题研究背景

汽车行业的飞速发展,标志着科技发展水平的提高，同时也让21世纪更加具有鲜明的标志性，改变了人类的行为和思维方式。它汇聚了机械系统，动力系统，电子系统于一体，是加工复杂，技术密集，精度要求高的机械产品之一。汽车工业由于其技术，人才和资金密集等特点，世界各国均把其作为国民经济的支柱。汽车的研发，生产，运营和销售都紧密联系着各个生产部门。汽车零件的生产应用需要进行一系列的试验，改进，兼有周期长，成本高但更新速度快的特点。所以，实现质量优，成本低以及更新周期快的特点是抢占市场的最佳手段，同时对推动国民经济和科学技术的不断前进具有重要意义。

鉴于更新周期的快速，一些零件就具备了结构复杂化，加工精度要求高以及获取利润低这些特点。对于汽车零件（如转向节）需求旺盛的情况，零件质量的要求是极其苛刻的。未来的竞争不是产量的递增，而是质量的把关。如何进一步优化高质量，低成本，短周期的汽车零件的生产，是赢得占据市场优势的关键所在。随着现代的CAE技术的飞速发展，利用现如今的CAE技术进行分析，能够对汽车零部件进行相应的强度，寿命和优化设计的分析，以达到寻找优化方案的目的。这将大大的缩短汽车生产和制造的周期，符合时代要求和汽车设计的主流方向。