汽車(chē)橫拉桿校核計(jì)算方法

吳光彪

汽車(chē)轉(zhuǎn)向橋橫拉桿是汽車(chē)重要的安保件之一，橫拉桿的失效會(huì)導(dǎo)致汽車(chē)轉(zhuǎn)向失效，引發(fā)事故，甚至發(fā)生車(chē)毀人亡重大事故。因此轉(zhuǎn)向橋橫拉桿的校核計(jì)算顯得非常重要。

橫拉桿的校核關(guān)鍵在于正確的受力分析，如分析錯(cuò)誤，將主產(chǎn)意想不到的校果。轉(zhuǎn)向橋橫拉桿主要受到轉(zhuǎn)向節(jié)的推力和壓力，是典型的二力桿。橫拉桿校核的步驟很重要，下面以東風(fēng)某中型卡車(chē)為例子介紹。

第一步，明確已知參數(shù)。東風(fēng)某中型卡車(chē)是4X2型，配置的是L8前橋，具體參數(shù)如下：

第二步：正確的受力分析。橫拉桿主要受到轉(zhuǎn)向節(jié)的推力和壓力，是典型的二力桿受力情況。

第三步：計(jì)算工況假定：

（1）忽略主銷(xiāo)內(nèi)傾、車(chē)輪外傾；

（2）以汽車(chē)左轉(zhuǎn)向?yàn)橛?jì)算工況。

（3）因市場(chǎng)超載嚴(yán)重，這里以超載 30%計(jì)算，即前橋最大負(fù)荷為： 2700（1+30%） =3510kg，即 G1=3510×9.8=34398N

明確步驟后，下面就是具體的校核過(guò)程 . 校核的具體方法：

第一種校核方法：以車(chē)輪在干而粗糙的地面上做原地轉(zhuǎn)向時(shí)是最?lèi)毫拥墓r，轉(zhuǎn)向輪的阻力矩 Tr由車(chē)輪相對(duì)于主銷(xiāo)軸線的滾動(dòng)阻力矩 T1、輪胎與地面接觸部分的滑動(dòng)摩擦力矩 T2、自動(dòng)回正力矩所形成的阻力矩 T3組成。

1 首先對(duì)橫拉桿的抗拉強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算

1.1 計(jì)算原地轉(zhuǎn)向時(shí)車(chē)輪受到的阻力矩：

車(chē)輪在干而粗糙的地面上做原地轉(zhuǎn)向時(shí)是最?lèi)毫拥墓r，轉(zhuǎn)向阻力矩也是最大 .（《汽車(chē)設(shè)計(jì)》劉惟信主編）：

50167n= Pcr/F= 16080 = 3.1 n一般取 1.5～ 2.5所以橫拉桿滿(mǎn)足穩(wěn)定要求。結(jié)論：橫拉桿的抗拉強(qiáng)度和彎曲穩(wěn)定性都滿(mǎn)足使用要求。第二種校核方法：因東風(fēng)某中型卡車(chē)的轉(zhuǎn)向是動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置，也可以按方向機(jī)輸出力大小進(jìn)行校核。即轉(zhuǎn)向搖臂上的載荷為最大液壓下的動(dòng)力轉(zhuǎn)向作用力和駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)輪緣上的根限切向力總和。已知：轉(zhuǎn)向器輸出扭矩： 1860 N.m，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比 i=206/103（轉(zhuǎn)向提供數(shù)據(jù)）.因駕駛員作用力較小，這里略去不計(jì)算。那么作用在轉(zhuǎn)向臂球頭銷(xiāo)處的作用力矩：

CATIA V5 軟件，它提供了功能強(qiáng)大且使用方便的工程分析模塊—Analysis& Simulation。利用該模塊，只需定義類(lèi)似工程實(shí)際問(wèn)題的載荷和約束，就可快速地實(shí)現(xiàn)基本的有限元分析。

以東風(fēng)某中型卡車(chē)為例子，用有限元分析法同樣要求明確已知參數(shù)、正確的受力分析、計(jì)算工況假定。

一、計(jì)算橫拉桿受力。根據(jù)原地轉(zhuǎn)向阻力矩計(jì)算左轉(zhuǎn)向節(jié)臂球頭銷(xiāo)處作用于橫拉桿的拉應(yīng)力 F=9754.54N。

二、用 CATIA軟件畫(huà)出三維圖三、進(jìn)入 GPS 模塊。開(kāi)始菜單→分析與仿真→ Generative Structural。

Analysis 進(jìn)入分析模塊，選定將要進(jìn)行的分析類(lèi)型，此例選定 STATIC ANALYSIS，然后確定。

四、指定材料（ material）。點(diǎn)擊工具欄

圖標(biāo)來(lái)指定零件材料。五、網(wǎng)格劃分（nodes and elements）。 CATIA軟件的網(wǎng)格劃分是自動(dòng)進(jìn)行的，只要轉(zhuǎn)到有限元模塊，程序就已自動(dòng)確定劃分方案，只有復(fù)雜的模型才需要手動(dòng)對(duì)局部網(wǎng)格進(jìn)行劃分。當(dāng)然，用戶(hù)可雙擊模型樹(shù)中的工具圖標(biāo)

OCTREE Tetrahedron Mesh.1：Part1來(lái)調(diào)整單元?jiǎng)澐謪?shù)，則彈出四面體網(wǎng)格密度定義對(duì)話框，輸入圖中所示數(shù)值，完成網(wǎng)格參數(shù)修正。

六、定義約束（Restraints）。

以橫拉桿一端面安裝固定來(lái)模擬分析。確定完成約束定義。

七、定義載荷（Loads）。

點(diǎn)擊

圖標(biāo)，施加均布載荷于零件的末端表面，彈出圖所示的 distributed force 定義對(duì)話框，選擇末端表面，則對(duì)話框的 supports 欄內(nèi)變?yōu)?1 face，定義載荷數(shù)字大小為：X 方向 0N，Y 方向 0N，Z 方向 9754.54N，確定完成載荷定義。八、檢查定義是否完善主要是檢查約束、網(wǎng)格、材料是否定義正確。九、求解計(jì)算（Compute）完成上述工作后，可著手進(jìn)行計(jì)算，點(diǎn)

擊 compute

圖標(biāo)系統(tǒng)彈出如圖所示計(jì)算對(duì)話框，確定之后，系統(tǒng)彈出 5-8b 所示計(jì)算所需資源估算對(duì)話框，點(diǎn)擊 YES 繼續(xù)計(jì)算，由于單元節(jié)點(diǎn)數(shù)不多，計(jì)算很快完成。

十、結(jié)果顯示（visualize the results）。

3 結(jié)束語(yǔ)

汽車(chē)橫拉桿是重要的安全保證件。其機(jī)械強(qiáng)度校核非常重要。進(jìn)行強(qiáng)度校核時(shí)根據(jù)應(yīng)力分布和結(jié)果數(shù)據(jù)確定結(jié)構(gòu)上的危險(xiǎn)部位，判斷零件設(shè)計(jì)是否能滿(mǎn)足工程應(yīng)用的強(qiáng)度、剛度要求，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后需要調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，然后再次進(jìn)行分析，如此循環(huán)直到滿(mǎn)足需求為止。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉惟信，《汽車(chē)設(shè)計(jì)》，清華大學(xué)出版社， 2002.

[2]余志生，《汽車(chē)?yán)碚摗罚瑱C(jī)械工業(yè)出版社， 1989.