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前橋是汽車懸架系統(tǒng)的重要部件之一，是連接車身與車輪的重要部件。它主要承受懸架傳來的垂直載荷，同時(shí)又承受車輪傳來的制動(dòng)力及側(cè)滑轉(zhuǎn)矩，因此對其強(qiáng)度、抗沖擊性、疲勞強(qiáng)度及可靠性都有很高的要求。為保證前橋工作的安全性和可靠性，前橋設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足強(qiáng)度和耐久要求。因此，對前橋進(jìn)行強(qiáng)度有限元分析和疲勞分析，提高工作可靠性具有非常重要的意義。為了驗(yàn)證SGA3722型礦用汽車前橋設(shè)計(jì)的安全性和可靠性，并且為后續(xù)優(yōu)化改進(jìn)工作提供正確有效的指導(dǎo)意見，筆者采用有限元方法對其進(jìn)行強(qiáng)度分析以及疲勞壽命預(yù)測。
主銷和橫拉桿采用六面體單元，其余采用二階四面體單元，單元尺寸為5mm，連接處均采用CONN3D2單元進(jìn)行連接，共有393544個(gè)單元及513878節(jié)點(diǎn)；主銷與前橋、轉(zhuǎn)向節(jié)之間添加接觸對。前橋材料為45鋼，其彈性模量為206800MPa，泊松比為0.3，密度為7.85Xe6，屈服強(qiáng)度為380MPa，抗拉強(qiáng)度為593MPa，據(jù)此建立的前橋有限元模型。
汽車在正常行駛過程中，受力狀況比較復(fù)雜，主要包括垂向力、側(cè)向力和縱向力。對前軸的受力按照3種危險(xiǎn)工況進(jìn)行分析計(jì)算，即垂直沖擊工況、緊急轉(zhuǎn)向左、右工況和緊急制動(dòng)工況。根據(jù)車輛行駛過程中的受力分析可得:垂直沖擊工況為垂向力單獨(dú)作用的工況；緊急轉(zhuǎn)向工況為垂向力和側(cè)向力共同作用的組合工況；緊急制動(dòng)工況為垂向力和縱向力共同作用的組合工況。SGA3722型礦用汽車滿載時(shí)的最大質(zhì)量為72000kg，前軸荷分配比例約為30.5%，因此其前軸滿載載荷為21970kg，垂直沖擊工況主要為垂向力單獨(dú)作用。緊急轉(zhuǎn)向工況主要為垂直力和側(cè)向力共同作用。緊急制動(dòng)工況主要為垂直力和縱向力共同作用。
(1)垂直沖擊工況車橋與鋼板彈簧連接處左側(cè)約束x，z方向的移動(dòng)以及y.z方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，右側(cè)約吏x.v方向的釋動(dòng)以及v方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，垂臂安裝處約束x，y，z方向的移動(dòng)以及x，z方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)以上受力分析對有限元模型進(jìn)行載荷加載，以此進(jìn)行有限元強(qiáng)度分析。前橋應(yīng)力分布，最大應(yīng)力位于左側(cè)底部，為294.4MPa，小于材料屈服強(qiáng)度，滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。
(2)緊急左轉(zhuǎn)向工況車橋與鋼板彈簧連接處左側(cè)約束x，y，z方向的移動(dòng)以及y，z方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，右側(cè)約束x，z方向的移動(dòng)以及y，z方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，垂臂安裝處約束x，y，z方向的移動(dòng)以及x，z方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)以上受力分析，對有限元模型進(jìn)行載荷加載，以此進(jìn)行有限元強(qiáng)度分析。前橋應(yīng)力分布，最大應(yīng)力位于右側(cè)底部為147.1MPa，小于材料屈服強(qiáng)度，滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。
(3)緊急右轉(zhuǎn)向工況車橋與鋼板彈簧連接處左側(cè)約束x，z方向的移動(dòng)以及y，z方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，右側(cè)約束x，y，z方向的移動(dòng)以及y，z方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，垂臂安裝處約束x，y，z方向的移動(dòng)以及x，z方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)以上受力分析，對有限元模型進(jìn)行載荷加載，以此進(jìn)行有限元強(qiáng)度分析。前橋應(yīng)力分布最大應(yīng)力位于左側(cè)底部，為148.5MPa，小于材料屈服強(qiáng)度，滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。
(4)緊急制動(dòng)工況車橋與鋼板彈簧連接處左側(cè)約束x，y，:方向的移動(dòng)以及x，y方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，右側(cè)約束x，z方向的移動(dòng)以及x，y方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，垂臂安裝處約束x，y，z方向的移動(dòng)以及x，z方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)以上受力分析，對有限元模型進(jìn)行載荷加載，以此進(jìn)行有限元強(qiáng)度分析。前橋應(yīng)力分布其最大應(yīng)力位于右側(cè)端面，為271.3MPa，小于材料屈服強(qiáng)度，滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。
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