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        貨車后輪轂專用拉器的有限元設(shè)計(jì)

        2020-09-10 07:22:44朱志雄董宏國(guó)雷威
        內(nèi)燃機(jī)與配件 2020年8期
        關(guān)鍵詞:汽車

        朱志雄 董宏國(guó) 雷威

        摘要:在車輛保養(yǎng)與修理過(guò)程中,為了快速拆卸與裝配,利用有限元方法,設(shè)計(jì)了車輛后輪轂專用拉器,實(shí)現(xiàn)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(guān)鍵詞:汽車;后輪轂拉器;強(qiáng)度;有限元設(shè)計(jì)

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

        0? 引言

        車輛裝備在維修與保養(yǎng)的過(guò)程中,尤其是戰(zhàn)場(chǎng)搶修過(guò)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(qiáng)度與剛度,并盡可能體積小、質(zhì)量輕,以方便修理分隊(duì)攜帶與使用。本文針對(duì)某貨車后輪轂的拆卸,利用有限元分析方法對(duì)某型貨車后輪轂專用拉器的進(jìn)行了強(qiáng)度設(shè)計(jì),通過(guò)試驗(yàn)表明滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)如圖1所示。

        頂桿圓柱形,一端有凸臺(tái),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(zhuǎn)矩,頂桿中部是螺紋,用以與拔盤內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)件,連接輪轂與拔盤。

        工作時(shí),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(tái)頂住頂塊;連接螺栓通過(guò)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(zhuǎn)施加扭矩。頂桿在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中,因頂桿被頂塊限制,無(wú)法如圖1中向左前進(jìn),則拔盤在內(nèi)孔螺紋的作用下,通過(guò)連接螺栓將輪轂向外拉(圖1中向右);最終將輪轂拉拔出來(lái)。

        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(dǎo)致拔盤變型。

        2.1 計(jì)算方法

        利用有限元法進(jìn)行結(jié)構(gòu)的靜力分析時(shí),用矩陣形式表示整個(gè)結(jié)構(gòu)的平衡方程,得

        其中,{K}——整個(gè)剛度矩陣,由整體剛度矩陣單元?jiǎng)偠汝嚱M成;{δ}——整個(gè)物體的節(jié)點(diǎn)位移陣列,由單元節(jié)點(diǎn)位移陣列組成;{R}——載荷陣列,由作用于單元上的節(jié)點(diǎn)力陣列組成。

        用方程(1)求出節(jié)點(diǎn)位移{δ}:

        可以計(jì)算得到零件的應(yīng)力和變形結(jié)果。因材料的失效是以材料發(fā)生塑性變形為標(biāo)志的,所以零件的靜態(tài)強(qiáng)度校核可以根據(jù)第四強(qiáng)度理論,用Vonmiss等效應(yīng)力來(lái)校核零件的強(qiáng)度。

        強(qiáng)度條件為:σr≤ [σ]。

        2.2 材料參數(shù)

        材料選用45#鋼,其參數(shù)如表1所示。

        2.3 仿真分析結(jié)果

        取安全系數(shù)1.2,許用應(yīng)力[σ]=355/1.2 = 295.8MPa。

        設(shè)計(jì)壓力取60000N,應(yīng)用solidworks simulation進(jìn)行有限元分析結(jié)果如圖2所示,最大應(yīng)力278MPa<295.8 MPa,故滿足要求。

        2.4 拉力測(cè)試試驗(yàn)

        在某可靠性檢測(cè)中心,使用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了強(qiáng)度測(cè)試,結(jié)果顯示滿足設(shè)計(jì)要求,如圖2所示。

        3? 結(jié)束語(yǔ)

        針對(duì)貨車后輪轂快速拆卸需求,設(shè)計(jì)了后輪轂專用拉器,通過(guò)有限元分析,最大拉應(yīng)力主要出現(xiàn)在拔盤凸臺(tái)與法蘭結(jié)合部位,沒有超過(guò)設(shè)計(jì)指標(biāo)。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證,滿足設(shè)計(jì)要求。此外,通過(guò)更換頂塊與拔盤,還可以對(duì)其他車型的輪轂進(jìn)行拆卸。

        參考文獻(xiàn):

        [1]譚繼錦,張代勝.汽車結(jié)構(gòu)有限元分析[M].清華大學(xué)出版社,2018.

        [2]陳超祥,胡其登.SOLIDWORKS Simulation高級(jí)教程(2018版)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2018.

        [3]懷玉蘭,等.圓截面卸扣的有限元設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)[J].河北聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012,34(4).

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