某載貨車前軸有限元分析

1、某載貨車前軸有限元分析一、刖言對(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)模型化本次分析計(jì)算所使用的軟件為MSC.Nastran。根據(jù)提供的二維圖紙進(jìn)行幾何建模及有卜艮元建模，前軸和轉(zhuǎn)向節(jié)通過主銷軸和 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)行有卜艮元?jiǎng)澐?，共劃分單?20047個(gè)，節(jié)點(diǎn)28781個(gè)。有卜艮元 模型如圖2所示。圖1前軸總成三維幾何造型圖圖1前軸總成

2、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 卜=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。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

3、，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。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。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圖4垂直彎曲工況位移圖（單位：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圖5緊急制動(dòng)工況位移圖（單位：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圖6側(cè)滑工況位移圖（單位：mm）前軸RESULTS: 2-RES4800KG-STRESSRESULTS: 2-RES4800KG-STRESSSTRESS - MAX PRIN MIN:-5.76E+04 MAX: 2.14E+05前軸RESULTS: 2-RES4800KG-STRESSRESULTS: 2-RES4800KG-STRESSSTRESS - MAX PRIN MIN:-5.76E+04 M

7、AX: 2.14E+05VALLIE OPTION:ACTUAL轉(zhuǎn)向節(jié)圖7垂直彎曲工況最大主應(yīng)力分布圖（單位：KPa）前軸前軸轉(zhuǎn)向節(jié)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19291362050.73217轉(zhuǎn)向0.6345070.452330.342674600KG前軸1.622983.812080.738169轉(zhuǎn)向0.6485180.4572370.3432694800KG前軸1.693113.912140.75171轉(zhuǎn)向0.6775410.4692430.349274五、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?。蛔畲笞冃挝恢镁?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