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1、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
2、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
3、，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：
4、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1.592913.762050.732167转向节0.6345070.452330.342674600KG前轴1.622983.812080.738169转向节0.6485180.4572370.34326
5、94800KG前轴1.693113.912140.75171转向节0.6775410.4692430.349274五、结论l 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。l 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。l 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纵向弯曲形式。从前轴整体应力分布规律看，应力变化较为均匀，与前轴的实际受载相吻合。l 从应力分析结果看，若按前轴材料的屈服极限为360MPa，则应力能够满足设计要求。
