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1、基于有限元的某车前悬架结构强度分析基于有限元的某车前悬架结构强度分析杨延勇杨延勇（北京理工大学珠海学院（北京理工大学珠海学院 广东广东 珠海珠海 519085）摘要摘要：基于 hypermesh 分析软件，对某微车的前悬架结构进行了静态强度分析，获得了在 各典型工况下的结构强度分布规律，为整车分析和自行设计前悬架以及对复杂结构 进行有限元分析提供了必要的参数和依据。 关键词关键词：前悬架；有限元；强度分析1. .前言前言 Hypermesh 是一种广泛的商业套装工程分析软件。所谓工程分析软件，主要是在机械 结构系统受到外力负载所出现的反应，例如应力、位移等，根据该反应可知道机械结构系 统受到外
2、力负载后的状态，进而判断是否符合设计要求。一般机械结构系统的几何结构相 当的复杂，受到的载荷也相当多，理论分析往往无法进行。想要解答，必须先简化结构， 采用数值模拟方法分析。由于计算机行业的发展，相应的软件也应运而生，hypermesh 软 件在工程上应用相当的广泛，也都能达到某种程度的可信度，同时使用该软件，能够降低 设计成本，缩短设计时间。 本文对某微车的前悬架结构进行有限元分析，其采用的前悬架为麦弗逊式悬架，即滑 柱摆臂式悬架。这种前悬架的结构在实际工作中的受力状况都比较复杂。对其进行有限元 分析不仅可以得到在各种典型工况下其结构的应力分布规律和变形情况，检验其结构强度， 还能进一步揭示
3、各种载荷（垂直力、纵向力、制动力和侧向力）对麦弗逊式悬架应力分布 的影响，为疲劳强度分析、结构改进、确定应力测量时应变片的布置和合理进行疲劳试验 提供参考数据1。2. .工况的确定工况的确定 根据我国目前的实际路况，本文对如下四种典型的工况进行有限元分析和计算： a.微车起动 前悬架受冲击载荷作用，驱动力达到最大。 b.在中等路面上行驶 对前悬进行一般的疲劳强度分析和计算，此时车轮着地点受到脉动 的垂直载荷、驱动力以及交变的侧向力。 c.在微车转弯时 此时前悬架有最大的侧向力。 d.行车制动工况下 前悬架受冲击载荷作用，车轮抱死且受到最大的纵向力2。3. .前悬架有限元模型的建立前悬架有限元模
4、型的建立 某微车的前悬架总成结构为筒式减振器的上端用螺栓和橡胶垫圈与车身连接，减振器 缸筒下端固定在转向节上，而转向节通过球铰与横摆臂连接。车轮所受的侧向力通过转向 节大部分由横摆臂承受，其余部分由减振器承受。 本文使用 hypermesh 软件对前悬架总成的横摆臂和副车架进行强度校核。图 1 是前悬 架总成的有限元模型。图 1 前悬架总成的有限元模型4. .前悬架结构有限元计算及分析前悬架结构有限元计算及分析 根据上文提到的四种典型的工况，确定它们所受到的应力，并检验其是否在许可的设 计强度范围之内。 4.1 横摆臂结构的强度分析 由计算所得应力值并对照模型可以得到：1）在工况 a 的最大应
5、力值为 =284.9Mpa；2）在工况 b 的最大应力值为=324.2Mpa；3）在工况 c 的最大应力值为 =245.5Mpa；4）在工况 d 的最大应力值为=306.3Mpa。 通过有限元计算，可知前悬架横摆臂在各种工况下结构的最大应力都小于材料的抗拉 强度（=328.5Mpa） ，说明强度是足够的。此外，各工况的最大应力均发生在前悬架摆臂 的连接处，并呈离摆臂连接处越远应力值越小的分布规律，与实际情况相符。4.2 副车架结构的强度分析 副车架是承受发动机重量的主要结构，下面对其在不同工况状态下的应力变形进行分 析。由其应力分布可得：（1）起动时，副车架受到的最大应力为 69.76Mpa；
6、（2）在中等 路面上行驶时，最大应力为 75.84Mpa；（3）在工况 c 的最大的应力为 289.9Mpa，去除连 接因素的影响它的最大应力为 198.3Mpa；（4）在工况 d 的最大的应力为 339.1Mpa，去除 连接因素的影响它的最大应力为 235.2Mpa。 可以看到副车架在各种工况下的最大应力是 235.2Mpa，小于材料的最大屈服极限 （=285.9Mpa） ，因此副车架设计方案符合对应力的要求。通过以上的分析和计算，可以 基本掌握副车架的结构强度，为进一步改进其结构提供必要的理论依据。5. .结束结束 通过对前悬架总成的横摆臂和副车架的有限元分析，得到了该结构在加载过程中，不
7、 同工况状态下的最大应力，可以用于支撑横摆臂和副车架的受力分析以及指导该结构的设 计。经过比较计算结果和实验结果，发现计算结果与实验结果有一定的偏差。但是总体误 差不大，仍在允许范围之内。这就证明 hypermesh 软件做出的有限元计算结果基本符合实 际情况，适合于前悬架的结构分析并能很好的指导其优化设计。目前，有限元分析已经被 广泛地应用于新产品的开发中，随着新产品开发速度的加快，有限元分析必将得到越来越 广泛的应用。 参考文献：参考文献：1 田应刚,王霄锋等.轿车前悬架的有限元分析J.北京:清华大学学报（自然科学版）,20012 朱文学,郑惠强,石来德.桑塔纳 2000 型轿车前悬架结构强度有限元分析J.设计计算研究,1998作者简介：杨延勇，男，作者简介：杨延勇，男，1981 年年 9 月生，硕士，研究方向：汽车月生，硕士，研究方向：汽车 CAD/CAE。通讯地址：北京理工大学珠海学院机械与车辆学院通讯地址：北京理工大学珠海学院机械与车辆学院 CC105 室（室（519085）工作单位：北京理工大学珠海学院工作单位：北京理工大学珠海学院联系电话：联系电话：13631281219 0756-3622612电子信箱电子信箱： QQ：151891149
