某载货车前轴有限元分析

1、某载货车前轴有限元分析一、刖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、结构模型化本次分析计算所使用的软件为MSC.Nastran。根据提供的二维图纸进行几何建模及有卜艮元建模，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，对其一半进行有卜艮元划分，共划分单元120047个，节点28781个。有卜艮元 模型如图2所示。图1前轴总成三维几何造型图图1前轴总成

2、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 卜=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。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

3、，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。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。RESULTS: 1- B.C. 1,DISPL

4、ACEMENT-l,LOAD SET 1RESULTS: 1- B.C. 1,DISPLACEMENT-l,LOAD SET 1DISPLACEMENT - MAG MIN: O.OOE+OO MAX: 1.69E+00DEFORMfiTION: 1- B.C. 1,DISPLACEMENT-l,LOAD SETDISPLACEMENT - MAG MIN: 0.00E+00 MAX: 1.69E+00图4垂直弯曲工况位移图（单位：mm）RESULTS: 1-RES4800KG-DISPDISPLACEMENT - MAG MIN: 0.00E+00 MAX: 3.91E+00 DEFORMA

5、TION: 1-RES4800KG-DISPVALUE OPTION:ACTUALDISPLACEMENT - MAG MIN: 0.00E+00 MAX: 3.91E+00 FRAME OF REF: PARTVALUE OPTION:ACTUAL3.91E+003.91E+00图5紧急制动工况位移图（单位：mm）RESULTS: 1-RES4800KG-EIISPDISPLACEMENT - MAG MIN: O.OOE+OO MAX: 7.50E-01DEFORMATION: 1-RES4800KG-DISPDISPLACEMENT - MAG MIN: O.OOE+OO hdAX: 7

6、. BOE-01VALUE OPTION:ACTUAL5.00E-015.25E-014.50E-013.75E-013.00E-012.25E-011 .FnOF-rrlO.OOE+OO图6侧滑工况位移图（单位：mm）前轴RESULTS: 2-RES4800KG-STRESSRESULTS: 2-RES4800KG-STRESSSTRESS - MAX PRIN MIN:-5.76E+04 MAX: 2.14E+05前轴RESULTS: 2-RES4800KG-STRESSRESULTS: 2-RES4800KG-STRESSSTRESS - MAX PRIN MIN:-5.76E+04 M

7、AX: 2.14E+05VALLIE OPTION:ACTUAL转向节图7垂直弯曲工况最大主应力分布图（单位：KPa）前轴前轴转向节图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19291362050.73217转向0.6345070.452330.342674600KG前轴1.622983.812080.738169转向0.6485180.4572370.3432694800KG前轴1.693113.912140.75171转向0.6775410.4692430.349274五、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