貨車后輪轂專用拉器的有限元設計

朱志雄 董宏國 雷威

摘要：在車輛保養與修理過程中，為了快速拆卸與裝配，利用有限元方法，設計了車輛后輪轂專用拉器，實現車輛維修保障的高效性。

Abstract： In the process of vehicle maintenance and repair， in order to quickly disassemble and assemble， a special puller for the rear hub of the vehicle was designed using the finite element method to achieve the high efficiency of vehicle maintenance support.

關鍵詞：汽車;后輪轂拉器;強度;有限元設計

Key words： automobile;rear hub puller;strength;finite element design

0? 引言

車輛裝備在維修與保養的過程中，尤其是戰場搶修過程中，需要快速拆卸輪轂，而輪轂的拆卸需要有專用拆卸工具，即輪轂專用拉器。輪轂專用拉器需要一定的強度與剛度，并盡可能體積小、質量輕，以方便修理分隊攜帶與使用。本文針對某貨車后輪轂的拆卸，利用有限元分析方法對某型貨車后輪轂專用拉器的進行了強度設計，通過試驗表明滿足強度設計要求。

1? 后輪轂專用拉器的組成與工作原理

后輪轂專用拉器主要由頂塊、頂桿、拉器盤、連接螺栓等組成，具體結構如圖1所示。

頂桿圓柱形，一端有凸臺，可以壓在頂塊上，另一端是六角形可以套上套筒后，用扳手施加轉矩，頂桿中部是螺紋，用以與拔盤內孔螺紋配合;頂塊為圓盤狀，中間有孔可以插入頂桿;拔盤也為圓盤狀，中間有螺紋孔，與頂桿配合，外圓有通孔，可以插入連接螺栓。連接螺栓選用標準件，連接輪轂與拔盤。

工作時，將頂桿旋入拔盤，用頂塊嵌入半軸套管;將頂桿頭插入頂塊，使頂桿凸臺頂住頂塊;連接螺栓通過拔盤圓周孔，擰入輪轂螺栓孔;用套筒套入頂桿另一端，用扭力扳手旋轉施加扭矩。頂桿在旋轉的過程中，因頂桿被頂塊限制，無法如圖1中向左前進，則拔盤在內孔螺紋的作用下，通過連接螺栓將輪轂向外拉（圖1中向右）;最終將輪轂拉拔出來。

2? 后輪轂專用拉器的有限元分析

工作中，頂塊與頂桿均承受壓力，而拔盤中心螺紋孔受到圖1中向右的力，連接螺紋則向拔盤施加圖1中向左的力，導致拔盤變型。

2.1 計算方法

利用有限元法進行結構的靜力分析時，用矩陣形式表示整個結構的平衡方程，得

其中，{K}——整個剛度矩陣，由整體剛度矩陣單元剛度陣組成;{δ}——整個物體的節點位移陣列，由單元節點位移陣列組成;{R}——載荷陣列，由作用于單元上的節點力陣列組成。

用方程（1）求出節點位移{δ}：

可以計算得到零件的應力和變形結果。因材料的失效是以材料發生塑性變形為標志的，所以零件的靜態強度校核可以根據第四強度理論，用Vonmiss等效應力來校核零件的強度。

強度條件為：σr≤ [σ]。

2.2 材料參數

材料選用45#鋼，其參數如表1所示。

2.3 仿真分析結果

取安全系數1.2，許用應力[σ]=355/1.2 = 295.8MPa。

設計壓力取60000N，應用solidworks simulation進行有限元分析結果如圖2所示，最大應力278MPa<295.8 MPa，故滿足要求。

2.4 拉力測試試驗

在某可靠性檢測中心，使用萬能材料試驗機進行了強度測試，結果顯示滿足設計要求，如圖2所示。

3? 結束語

針對貨車后輪轂快速拆卸需求，設計了后輪轂專用拉器，通過有限元分析，最大拉應力主要出現在拔盤凸臺與法蘭結合部位，沒有超過設計指標。經過試驗驗證，滿足設計要求。此外，通過更換頂塊與拔盤，還可以對其他車型的輪轂進行拆卸。

參考文獻：

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