某載貨車前軸有限元分析 一、 前言 對(duì)前軸在分別承受 4500KG,4600KG,4800KG 軸荷，在垂直彎曲、緊急制動(dòng)、側(cè)滑等三種工況下進(jìn)行了剛度和應(yīng)力有限元分析，針對(duì)分析結(jié)果給出了評(píng)價(jià)。 二、 結(jié)構(gòu)模型化 1. 本次分析計(jì)算所使用的軟件為 MSC.Nastran。 2. 根據(jù)提供的二維圖紙進(jìn)行幾何建模及有限元建模，前軸和轉(zhuǎn)向節(jié)通過(guò)主銷軸和軸承連接在一起，在計(jì)算時(shí)考慮了上述部件之間的接觸和摩擦作用，并采用接觸單元模擬其運(yùn)動(dòng)關(guān)系。前軸和轉(zhuǎn)向節(jié)三維幾何造型如圖 1所示。前軸為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，對(duì)其一半進(jìn)行有限元?jiǎng)澐?，共劃分單?120047個(gè)，節(jié)點(diǎn) 28781個(gè)。有限元模型如圖 2所示。 圖 1 前軸總成三維幾何造型圖 圖 2 前軸總成有限元網(wǎng)格圖 3前軸材料為 45鋼，轉(zhuǎn)向節(jié)為 40Cr，轉(zhuǎn)向節(jié)主銷為 20MnCrTi,計(jì)算時(shí)取泊松比 =0.29，彈性模量 E=2.07E+5MPa。 三、 受力及約束 前軸是汽車行駛系的主要承載部件，也是載重汽車的重要保安件。汽車行駛時(shí)，其受力十分復(fù)雜。汽車在行駛時(shí)，前軸所受載荷有三種工況，對(duì)三種危險(xiǎn)工況進(jìn)行了計(jì)算分析。 a. 垂直彎曲工況 前軸總成承受垂直方向沖擊載荷作用（見圖 3），計(jì)算時(shí)前軸單邊垂直力取滿載軸荷的 2.5 倍，并以分布力的形式作用于鋼板彈簧座上，在轉(zhuǎn)向節(jié)輪距處施加位移約束。 圖 3 垂直彎曲工況邊界條件圖 b.緊急制動(dòng)工況 汽車制動(dòng)時(shí)，由于慣性力的作用，使前、后軸荷重新分配，前軸載荷增大，此時(shí)，前軸承受垂直力、前后力和扭矩等共同作用。計(jì)算時(shí)將上述載荷施 加于鋼板彈簧座處，扭矩的施加是通過(guò)在鋼板彈簧座 4 個(gè)螺栓孔中心分別施加方向相反的集中力實(shí)現(xiàn)的，在轉(zhuǎn)向節(jié)輪距處施加位移約束。 c.側(cè)滑工況 汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，由于側(cè)向慣性力的作用，使左右車輪載荷重新分配，且兩側(cè)受力不等，前軸、轉(zhuǎn)向節(jié)受垂直力和側(cè)向力作用，這 里取受力較大一側(cè)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算時(shí)將上述載荷施加于鋼板彈簧座處，在轉(zhuǎn)向節(jié)輪距處施加位移約束。 四、 計(jì)算結(jié)果及評(píng)價(jià) 在軸荷 4800KG 下三種工況計(jì)算得到的位移如圖 4、 5、 6 所示，最大主應(yīng)力分布如圖 7、 8、 9所示。前軸計(jì)算結(jié)果見表 1。 圖 4 垂直彎曲工況位移圖 (單位： mm) 圖 5緊急制動(dòng)工況位移圖 (單位： mm) 圖 6 側(cè)滑工況位移圖 (單位： mm) 轉(zhuǎn)向節(jié) 前軸 圖 7 垂直彎曲工況最大 主應(yīng)力分布圖（單位： KPa） 轉(zhuǎn)向節(jié) 前軸 圖 8 緊急制動(dòng)工況最大主應(yīng)力分布圖（單位： KPa） 轉(zhuǎn)向節(jié) 前軸 圖 9 側(cè)滑工況最大主應(yīng)力分布圖（單位： KPa） 表 1. 前軸和轉(zhuǎn)向節(jié)計(jì)算結(jié)果 軸荷 部位 垂直彎曲（ n=2.5） 緊急制動(dòng) 側(cè) 滑 位移（ mm） 應(yīng)力 (MPa) 位移（ mm） 應(yīng)力 (MPa) 位移（ mm） 應(yīng)力 (MPa) 4500KG 前軸 1.59 291 3.76 205 0.732 167 轉(zhuǎn)向節(jié) 0.634 507 0.45 233 0.34 267 4600KG 前軸 1.62 298 3.81 208 0.738 169 轉(zhuǎn)向節(jié) 0.648 518 0.457 237 0.343 269 4800KG 前軸 1.69 311 3.91 214 0.75 171 轉(zhuǎn)向節(jié) 0.677 541 0.469 243 0.349 274 五、結(jié)論 三種軸荷的前軸應(yīng)力分布和變形規(guī)律均一致。前軸在緊急制動(dòng)工況變形最大，變形值為 3.91mm(4800KG)，垂直彎曲工況次之，側(cè)滑最??；最大變形位置均在前軸中心對(duì)稱斷面處，前軸整體結(jié)構(gòu)變形比較均勻。 前軸在垂直彎曲工況應(yīng)力最高，最大主應(yīng)力值為 311MPa（ 4800KG），部位在轉(zhuǎn)向節(jié)主銷孔處。其次為緊急制動(dòng)工況，側(cè)滑工況最小。 在垂直彎曲工況前軸應(yīng)力分布呈豎向彎曲形式，緊急制動(dòng)工況前軸應(yīng)力分布呈