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貨車后輪轂專用拉器的有限元設計

2020-09-10 07:22:44朱志雄董宏國雷威
內燃機與配件 2020年8期
關鍵詞:汽車

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:

[1]譚繼錦,張代勝.汽車結構有限元分析[M].清華大學出版社,2018.

[2]陳超祥,胡其登.SOLIDWORKS Simulation高級教程(2018版)[M].機械工業出版社,2018.

[3]懷玉蘭,等.圓截面卸扣的有限元設計與結構[J].河北聯合大學學報(自然科學版),2012,34(4).

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