鍛造前軸結構設計及強度校核研究

馮江峰 王敏 竇聰 張莎

摘 要：前軸是非斷開式轉向從動橋最主要的零件，其結構強度直接影響整車安全性、可靠性、行駛穩定性、轉向輕便性，其中鍛造前軸由于重量輕、承載好而被廣泛應用。文章詳細介紹了鍛造前軸的設計過程及校核方法，通過此方法可快速進行正向設計和類比分析，為此類產品分析設計提供思路方法。

關鍵詞：鍛造前軸;結構設計;強度校核

中圖分類號：U463 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）16-27-03

Abstract： The front axle is the most important part of the unbroken steering driven axle. Its structural strength directly affects the safety， reliability， driving stability and steering portability of the vehicle. Among them， forged front axle is widely used because of its light weight and good bearing capacity. In this paper， the design process and check method of forging front axle are introduced in detail. Through this method， forward design and analogy analysis can be carried out quickly， which provides an idea for the analysis and design of such products.

Keywords： Forged front axle; Structure design; Intensity checking

CLC NO.： U463 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）16-27-03

前言

鍛造前軸由中碳鋼或中碳合金鋼整體模鍛成形，斷面呈“工”字形，可減輕質量，而在垂向平面內剛度大，強度高。工字梁與兩端拳形部分及前鋼板彈簧座鍛造成一體，與拳部相接的部分采用方形截面，提高抗扭強度，中部向下彎曲可降低發動機位置，從而降低汽車重心，同時還可減小變速箱輸出軸與傳動軸之間的夾角。鍛造工字梁重量輕、承載性能好而被廣泛應用于大批量、少品種的轉向從動橋。

鍛造前軸主要起承載作用，整車傳遞的垂向力、縱向力、橫向力以及制動力矩都會傳遞到前軸上，鍛造前軸的結構設計以及在各工況下的強度校核就必不可少。鍛造前軸簡圖如圖1所示。

1 結構尺寸設計

1.1 設計輸入

在進行前軸設計時，需要輸入以下設計信息：

（1）整車匹配車橋平臺、整車匹配車型、使用工況、懸架結構尺寸、輪距等;

（2）主銷內傾角、主銷中心距、一級二級落差、轉向主銷直徑、轉向節開檔寬度、推力軸承等。

1.2 材料選擇

鍛造前軸優先采用42CrMo-GB/T 3077，也可根據情況選擇50-GB/T 699。

1.3 鍛造前軸關鍵尺寸設計

如圖2所示，關鍵尺寸的設計選取依據見下表1：

2 強度校核

根據應力分布及售后故障情況，需要對圖3所示4處危險截面分別進行強度校核，校核方案相同，以下就以板簧座處B-B截面為例進行分析。

工字型截面的抗彎截面系數及抗扭截面系數計算見表2。

3 結論

在全新前軸設計初期，通過本文所述的校核方法，可快速對鍛造前軸進行結構及強度分析，設計完成后，可使用有限元方法對其進行更準確的受力分析;對于類比設計，此校核方法可高效、準確的計算產品的強度。

本文提出的校核方法對鍛造前軸結構設計及強度校核具有一定的指導意義。

參考文獻

[1] 劉惟信.汽車車橋設計[M].北京：清華大學出版社，2004.

[2] 林慕義，張福生.車輛底盤構造與設計[M].北京：冶金工業出版社， 2014.

[3] 劉鴻文.材料力學[M].北京：高等教育出版社2004.