某载货车前轴有限元分析论文

某载货车前轴有限元分析 一、 前言 对前轴在分别承受 4500KG,4600KG,4800KG 轴荷，在垂直弯曲、紧急制动、侧滑等三种工况下进行了刚度和应力有限元分析，针对分析结果给出了评价。 二、 结构模型化 1. 本次分析计算所使用的软件为 MSC.Nastran。 2. 根据提供的二维图纸进行几何建模及有限元建模，前轴和转向节通过主销轴和轴承连接在一起，在计算时考虑了上述部件之间的接触和摩擦作用，并采用接触单元模拟其运动关系。前轴和转向节三维几何造型如图 1所示。前轴为对称结构，对其一半进行有限元划分，共划分单元 120047个，节点 28781个。有限元模型如图 2所示。 图 1 前轴总成三维几何造型图 图 2 前轴总成有限元网格图 3前轴材料为 45钢，转向节为 40Cr，转向节主销为 20MnCrTi,计算时取泊松比 =0.29，弹性模量 E=2.07E+5MPa。 三、 受力及约束 前轴是汽车行驶系的主要承载部件，也是载重汽车的重要保安件。汽车行驶时，其受力十分复杂。汽车在行驶时，前轴所受载荷有三种工况，对三种危险工况进行了计算分析。 a. 垂直弯曲工况 前轴总成承受垂直方向冲击载荷作用（见图 3），计算时前轴单边垂直力取满载轴荷的 2.5 倍，并以分布力的形式作用于钢板弹簧座上，在转向节轮距处施加位移约束。 图 3 垂直弯曲工况边界条件图 b.紧急制动工况 汽车制动时，由于惯性力的作用，使前、后轴荷重新分配，前轴载荷增大，此时，前轴承受垂直力、前后力和扭矩等共同作用。计算时将上述载荷施 加于钢板弹簧座处，扭矩的施加是通过在钢板弹簧座 4 个螺栓孔中心分别施加方向相反的集中力实现的，在转向节轮距处施加位移约束。 c.侧滑工况 汽车转弯时，由于侧向惯性力的作用，使左右车轮载荷重新分配，且两侧受力不等，前轴、转向节受垂直力和侧向力作用，这 里取受力较大一侧进行计算。计算时将上述载荷施加于钢板弹簧座处，在转向节轮距处施加位移约束。 四、 计算结果及评价 在轴荷 4800KG 下三种工况计算得到的位移如图 4、 5、 6 所示，最大主应力分布如图 7、 8、 9所示。前轴计算结果见表 1。 图 4 垂直弯曲工况位移图 (单位： mm) 图 5紧急制动工况位移图 (单位： mm) 图 6 侧滑工况位移图 (单位： mm) 转向节 前轴 图 7 垂直弯曲工况最大 主应力分布图（单位： KPa） 转向节 前轴 图 8 紧急制动工况最大主应力分布图（单位： KPa） 转向节 前轴 图 9 侧滑工况最大主应力分布图（单位： KPa） 表 1. 前轴和转向节计算结果 轴荷 部位 垂直弯曲（ n=2.5） 紧急制动 侧 滑 位移（ mm） 应力 (MPa) 位移（ mm） 应力 (MPa) 位移（ mm） 应力 (MPa) 4500KG 前轴 1.59 291 3.76 205 0.732 167 转向节 0.634 507 0.45 233 0.34 267 4600KG 前轴 1.62 298 3.81 208 0.738 169 转向节 0.648 518 0.457 237 0.343 269 4800KG 前轴 1.69 311 3.91 214 0.75 171 转向节 0.677 541 0.469 243 0.349 274 五、结论 三种轴荷的前轴应力分布和变形规律均一致。前轴在紧急制动工况变形最大，变形值为 3.91mm(4800KG)，垂直弯曲工况次之，侧滑最小；最大变形位置均在前轴中心对称断面处，前轴整体结构变形比较均匀。 前轴在垂直弯曲工况应力最高，最大主应力值为 311MPa（ 4800KG），部位在转向节主销孔处。其次为紧急制动工况，侧滑工况最小。 在垂直弯曲工况前轴应力分布呈竖向弯曲形式，紧急制动工况前轴应力分布呈