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前橋是汽車懸架系統的重要部件之一，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，同時又承受車輪傳來的制動力及側滑轉矩，因此對其強度、抗沖擊性、疲勞強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，前橋設計時應滿足強度和耐久要求。因此，對前橋進行強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。為了驗證SGA3722型礦用汽車前橋設計的安全性和可靠性，并且為后續優化改進工作提供正確有效的指導意見，筆者采用有限元方法對其進行強度分析以及疲勞壽命預測。
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單元進行連接，共有393544個單元及513878節點；主銷與前橋、轉向節之間添加接觸對。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，屈服強度為380MPa，抗拉強度為593MPa，據此建立的前橋有限元模型。
汽車在正常行駛過程中，受力狀況比較復雜，主要包括垂向力、側向力和縱向力。對前軸的受力按照3種危險工況進行分析計算，即垂直沖擊工況、緊急轉向左、右工況和緊急制動工況。根據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作用的工況；緊急轉向工況為垂向力和側向力共同作用的組合工況；緊急制動工況為垂向力和縱向力共同作用的組合工況。SGA3722型礦用汽車滿載時的最大質量為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作用。緊急轉向工況主要為垂直力和側向力共同作用。緊急制動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約束x，z方向的移動以及y.z方向的轉動，右側約吏x.v方向的釋動以及v方向的轉動，垂臂安裝處約束x，y，z方向的移動以及x，z方向的轉動。根據以上受力分析對有限元模型進行載荷加載，以此進行有限元強度分析。前橋應力分布，最大應力位于左側底部，為294.4MPa，小于材料屈服強度，滿足強度設計要求。
(2)緊急左轉向工況車橋與鋼板彈簧連接處左側約束x，y，z方向的移動以及y，z方向的轉動，右側約束x，z方向的移動以及y，z方向的轉動，垂臂安裝處約束x，y，z方向的移動以及x，z方向的轉動。根據以上受力分析，對有限元模型進行載荷加載，以此進行有限元強度分析。前橋應力分布，最大應力位于右側底部為147.1MPa，小于材料屈服強度，滿足強度設計要求。
(3)緊急右轉向工況車橋與鋼板彈簧連接處左側約束x，z方向的移動以及y，z方向的轉動，右側約束x，y，z方向的移動以及y，z方向的轉動，垂臂安裝處約束x，y，z方向的移動以及x，z方向的轉動。根據以上受力分析，對有限元模型進行載荷加載，以此進行有限元強度分析。前橋應力分布最大應力位于左側底部，為148.5MPa，小于材料屈服強度，滿足強度設計要求。
(4)緊急制動工況車橋與鋼板彈簧連接處左側約束x，y，:方向的移動以及x，y方向的轉動，右側約束x，z方向的移動以及x，y方向的轉動，垂臂安裝處約束x，y，z方向的移動以及x，z方向的轉動。根據以上受力分析，對有限元模型進行載荷加載，以此進行有限元強度分析。前橋應力分布其最大應力位于右側端面，為271.3MPa，小于材料屈服強度，滿足強度設計要求。
專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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