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。

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