空心球銷推力桿設(shè)計(jì)與研究

侯凱 沈亞強(qiáng) 樵興

摘 要：文章對(duì)汽車輕量化的研究方向進(jìn)行簡述 針對(duì)某重型卡車推力桿的情況 通過材料及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、新的生產(chǎn)工藝 提出了一種空心球銷推力桿的輕量化方案 通過有限元仿真軟件對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行了理論分析 并采用臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行了驗(yàn)證 符合設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：推力桿;輕量化;臺(tái)架試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：U463.33+5.2? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）18-66-02

Abstract： According to the situation of the push rod of a heavy truck， through the optimization of material and structure and the new production technology， a kind of lightweight scheme of the Hollow Ball Pin Push Rod is put forward， its strength is analyzed theoretically by finite element simulation software， and its strength is verified by bench test， which meets the design requirements.

Keywords： Thrust bar; Lightweight; Stand test

CLC NO.： U463.33+5.2? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）18-66-02

前言

推力桿主要是一種連接車架與車橋的一種桿狀用總成 傳遞相應(yīng)的反作用力矩的同時(shí)保證車輛行駛的安全性和穩(wěn)定性 本文通過對(duì)其材料及結(jié)構(gòu)輕量化方案進(jìn)行研究分析 通過改變零部件材料并使其結(jié)構(gòu)“中空化”來達(dá)到降重的目的。結(jié)合有限元軟件對(duì)零件強(qiáng)度進(jìn)行了理論分析 并通過臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行了驗(yàn)證 設(shè)計(jì)出了一種空心球銷輕量化推力桿。

1 輕量化研究方向

當(dāng)前汽車企業(yè)對(duì)汽車輕量化技術(shù)研究的途徑及方法主要有三種：一是通過采用新型輕質(zhì)材料和高強(qiáng)度材料來替代傳統(tǒng)的碳鋼材料 實(shí)現(xiàn)各部件減重的目的;二是進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 通過改變零部件的整體或者局部結(jié)構(gòu)從而達(dá)到輕量化的目的;三是采用先進(jìn)的制造工藝 減輕零部件的重量。通過三種方法的相互結(jié)合 從而達(dá)到輕量化降重的目的。

在整車新產(chǎn)品開發(fā)過程中 為了滿足法規(guī)要求同時(shí)達(dá)到整車自重目標(biāo) 對(duì)整車廠技術(shù)升級(jí)提出了更高要求 根據(jù)我國輕量化發(fā)展水平來看 高強(qiáng)度鋼仍將繼續(xù)保持主導(dǎo)地位 鋁合金在發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤關(guān)鍵零部件和覆蓋件上的應(yīng)用將加大 混合材料應(yīng)用也將進(jìn)一步發(fā)展 以塑代鋼依然是未來汽車輕量化的發(fā)展方向 并且伴隨著先進(jìn)的制造技術(shù)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

2 推力桿的結(jié)構(gòu)及優(yōu)化

2.1 推力桿的結(jié)構(gòu)

推力桿總成主要由桿頭、桿身、卡簧、球銷組成 如圖1所示 其中球銷由球芯、端蓋、橡膠組成。I型推力桿兩端各有一個(gè)球銷 球銷的球芯有安裝孔 連接車架和車橋 車輛運(yùn)動(dòng)時(shí) 推力桿依靠球芯與端頭之間的橡膠來使推力桿具有緩沖作用[1]。

2.2 球銷結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在保證桿身、桿頭不變的情況下 改變球銷的材料和結(jié)構(gòu) 材料性能見表1 在結(jié)構(gòu)方面 通過使球銷“中空化” 從而達(dá)到降重的目的 如圖2所示。

3 仿真分析

3.1 有限元分析

通過有限元軟件對(duì)優(yōu)化后方案進(jìn)行仿真分析 驗(yàn)證其可行性 結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的球銷結(jié)構(gòu)需要滿足強(qiáng)度要求 即能承受材料的極限應(yīng)力[2] 結(jié)構(gòu)改變的同時(shí)通過選取強(qiáng)度更高的材料 利用CATIA建模導(dǎo)入HyperMesh 將傳統(tǒng)推力桿與空心球銷推力桿進(jìn)行強(qiáng)度對(duì)比分析 分析結(jié)果如圖3所示。

3.2 臺(tái)架試驗(yàn)分析

為進(jìn)一步驗(yàn)證空心球銷推力桿總成的可靠性 在試驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行徑向耐久性試驗(yàn) 按照車型懸架系統(tǒng)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) 首先將推力桿總成一端固定 另一端通過加載夾具與加載頭連接 在推力桿總成徑向施加對(duì)稱載荷 如圖4所示 沿桿身加載一定軸荷及頻率 以正弦波運(yùn)行20萬次后 金屬件未發(fā)生彎曲、開裂或斷裂現(xiàn)象 橡膠件未產(chǎn)生開裂、擠出現(xiàn)象。

4 結(jié)論

通過對(duì)推力桿球銷的材料及結(jié)構(gòu)優(yōu)化 完成了輕量化推力桿設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)單個(gè)推力桿降重2kg 采用有限元分析軟件對(duì)其理論強(qiáng)度進(jìn)行了對(duì)比分析 優(yōu)化后其安全因子均大于1 通過抗疲勞臺(tái)架試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證 金屬件未發(fā)生彎曲、開裂或斷裂現(xiàn)象 橡膠件未產(chǎn)生開裂、擠出現(xiàn)象 推力桿總靜剛度變化率小于30% 該輕量化的推力桿滿足設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉飛，翁明武等.某車型鋁合金推力桿輕量化設(shè)計(jì)與研究[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2019（18）：78-03.

[2] 高云凱.汽車車身結(jié)構(gòu)分析[M].北京.北京理工大學(xué)出版社，2006.