文档介绍：2002 年中国用户论文集
某载货车前轴有限元分析
刘永超谷莉刘道勇
(东风汽车工程研究院 CAE 室)

摘要: 本文对某载货车前轴在三种载荷及工况下进行静态刚度和静态应力有
限元分析,针对分析结果给出了合理评价,为设计以及改进提供依据。

一、前言
根据委托方关于前轴结构分析的要求,我们对前轴在分别承受
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。
2. 根据委托方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
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图 2 前轴总成有限元网格图

45 钢,转向节为 40Cr,转向节主销为 20MnCrTi,计算时取泊松比
μ=,弹性模量 E=+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,本文对三种危险工
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

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
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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。

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)
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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)
2002