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        汽車轉(zhuǎn)向直拉桿設(shè)計(jì)分析

        2013-08-14 05:28:10王友鈞
        河南科技 2013年7期
        關(guān)鍵詞:柔度壓桿拉桿

        王友鈞

        (東風(fēng)新疆汽車有限公司,新疆 烏魯木齊 830000)

        本文以東風(fēng)新汽生產(chǎn)的某一車型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為例進(jìn)行說明。下圖為直拉桿受力分析的簡圖。

        O為方向機(jī)輸出原點(diǎn);A1為垂臂初始位置;A2為左極限位置;A3為右極限位置;F1為轉(zhuǎn)向機(jī)輸出到垂臂下端的縱向力;F0為傳遞到直拉桿上的力;F2為轉(zhuǎn)向垂臂的橫向分力。

        一 在動(dòng)力轉(zhuǎn)向器輸出扭矩恒定的情況下,分析轉(zhuǎn)向傳動(dòng)拉桿機(jī)構(gòu)

        從中間初始位置到A3位置,此過程中F0逐漸增大,從中間初始位置到A2位置,此過程中F0逐漸減小,當(dāng)垂臂與直拉桿垂直時(shí)F0=F1。

        在 A2 位置時(shí),α2=24.2°;在 A3 位置時(shí),α3=42°。

        拉桿系統(tǒng)在進(jìn)行力學(xué)分析、校核時(shí),按轉(zhuǎn)向橋所承受的最大受力情況進(jìn)行分析,因此,我們?cè)谶@里只對(duì)圖中的A3位置的狀態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)分析。

        二 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)

        整體式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的輸出扭矩M為7557N.m,轉(zhuǎn)向垂臂長度L1=205mm,轉(zhuǎn)向直拉桿長度為1060mm,直拉桿的規(guī)格為 Φ53 ×6.5,材料為45 號(hào)鋼,σs=350Mpa,σp=280Mpa,σb=600Mpa,E=210Gpa,許用應(yīng)力[σ]=70 ~115Mpa。

        三 轉(zhuǎn)向直拉桿的強(qiáng)度計(jì)算

        強(qiáng)度是指金屬材料在載荷作用下,抵抗變形破壞的能力,軸向拉(壓)時(shí)的應(yīng)力公式:

        A為受力方向的橫截面面積,此處即為轉(zhuǎn)向直拉桿的橫截面面積:

        由于σ=47.6<[σ]=(70~115),因此,該轉(zhuǎn)向直拉桿在強(qiáng)度上是完全滿足設(shè)計(jì)要求。

        四 轉(zhuǎn)向直拉桿的穩(wěn)定性校核

        失穩(wěn):桿件收軸向壓力后會(huì)發(fā)生變形,但壓力逐漸增加,但小于某極限值是,桿件會(huì)一直保持其直線形狀的平衡,即使發(fā)生細(xì)微的變形,當(dāng)壓力解除后,仍能恢復(fù)直線形狀,表面該桿件穩(wěn)定。當(dāng)壓力逐漸增加到某一極限值后,壓桿的直線平衡變?yōu)椴环€(wěn)定,將轉(zhuǎn)變?yōu)榍€形狀,解除壓力后不能恢復(fù)直線形狀時(shí),即壓桿失去穩(wěn)定。因此壓桿喪失了其直線形狀的平衡性,過渡到曲線平衡的狀態(tài)稱之為喪失穩(wěn)定,簡稱失穩(wěn),也稱為屈曲。

        臨界壓力:壓桿中心受軸向壓力的直桿在直線狀態(tài)下保持平衡,由穩(wěn)定平衡轉(zhuǎn)化為不穩(wěn)定平衡時(shí)所受承受的軸向壓力的界限值,稱之為臨界壓力或臨界力。用Fcr表示。

        直拉桿穩(wěn)定性的計(jì)算、校核:

        直拉桿的兩端分別為球鉸支點(diǎn)與轉(zhuǎn)向垂臂和轉(zhuǎn)向節(jié)臂相連接,因此可以將直拉桿的固定方式看作是兩端鉸支連接,根據(jù)《材料力學(xué)》中相關(guān)內(nèi)容得出,兩端鉸支的直拉桿長度系數(shù)μ=1。

        壓桿柔度(λ)介紹:柔度是一個(gè)力學(xué)概念,指的是構(gòu)件在軸向受力的情況下,構(gòu)件沿垂直軸向方向發(fā)生變形程度的大小。柔度越大的壓桿其變形就越大,構(gòu)件的穩(wěn)定性就越差。柔度的大小與以下因素有關(guān):構(gòu)件的截面尺寸,截面尺寸越大,柔度越小;構(gòu)件的長度,長度越長,柔度越大;構(gòu)件兩端的約束情況,固定約束比滑動(dòng)約束的柔度小,有約束的比無約束的柔度要小。

        材料比例極限:

        由于λ<λ1,不能使用歐拉公式計(jì)算臨界壓力,因此根據(jù)經(jīng)驗(yàn),按直線公式來計(jì)算:

        查表得出優(yōu)質(zhì)碳素鋼的a和b分別是:a=461Mpa,b=2.568Mpa。由以下公式計(jì)算:

        可見直拉桿的柔度λ介于λ1和λ2之間(即λ2≤λ≤λ1),因此該直拉桿為中等柔度壓桿,由直線公式求出臨界應(yīng)力:

        則臨界應(yīng)力為:

        直拉桿的工作安全系數(shù)為:

        根據(jù)《汽車設(shè)計(jì)手冊(cè)》一書中推薦轉(zhuǎn)向直拉桿的壓桿穩(wěn)定性安全系數(shù)n>5的要求,因此該車設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向直拉桿的穩(wěn)定性滿足設(shè)計(jì)要求。

        [1]劉鴻文主編《材料力學(xué)》.北京:高等教育出版社,1992

        [2]劉惟信主編《汽車設(shè)計(jì)》.北京:清華大學(xué)出版社,2001

        [3]趙明生主編.《機(jī)械工程師手冊(cè)》.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000

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