锻造前轴结构设计及强度校核研究

冯江峰 王敏 窦聪 张莎

摘 要：前轴是非断开式转向从动桥最主要的零件，其结构强度直接影响整车安全性、可靠性、行驶稳定性、转向轻便性，其中锻造前轴由于重量轻、承载好而被广泛应用。文章详细介绍了锻造前轴的设计过程及校核方法，通过此方法可快速进行正向设计和类比分析，为此类产品分析设计提供思路方法。

关键词：锻造前轴;结构设计;强度校核

中图分类号：U463  文献標识码：A  文章编号：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

锻造前轴由中碳钢或中碳合金钢整体模锻成形，断面呈“工”字形，可减轻质量，而在垂向平面内刚度大，强度高。工字梁与两端拳形部分及前钢板弹簧座锻造成一体，与拳部相接的部分采用方形截面，提高抗扭强度，中部向下弯曲可降低发动机位置，从而降低汽车重心，同时还可减小变速箱输出轴与传动轴之间的夹角。锻造工字梁重量轻、承载性能好而被广泛应用于大批量、少品种的转向从动桥。

锻造前轴主要起承载作用，整车传递的垂向力、纵向力、横向力以及制动力矩都会传递到前轴上，锻造前轴的结构设计以及在各工况下的强度校核就必不可少。锻造前轴简图如图1所示。

1 结构尺寸设计

1.1 设计输入

在进行前轴设计时，需要输入以下设计信息：

（1）整车匹配车桥平台、整车匹配车型、使用工况、悬架结构尺寸、轮距等;

（2）主销内倾角、主销中心距、一级二级落差、转向主销直径、转向节开档宽度、推力轴承等。

1.2 材料选择

锻造前轴优先采用42CrMo-GB/T 3077，也可根据情况选择50-GB/T 699。

1.3 锻造前轴关键尺寸设计

如图2所示，关键尺寸的设计选取依据见下表1：

2 强度校核

根据应力分布及售后故障情况，需要对图3所示4处危险截面分别进行强度校核，校核方案相同，以下就以板簧座处B-B截面为例进行分析。

工字型截面的抗弯截面系数及抗扭截面系数计算见表2。

3 结论

在全新前轴设计初期，通过本文所述的校核方法，可快速对锻造前轴进行结构及强度分析，设计完成后，可使用有限元方法对其进行更准确的受力分析;对于类比设计，此校核方法可高效、准确的计算产品的强度。

本文提出的校核方法对锻造前轴结构设计及强度校核具有一定的指导意义。

参考文献

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[2] 林慕义，张福生.车辆底盘构造与设计[M].北京：冶金工业出版社， 2014.

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