李治寶，楊志科，鄭燕

（陜西德仕汽車部件（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，陜西 西安 710201）

某車型上推力桿結(jié)構(gòu)改進(jìn)

李治寶，楊志科，鄭燕

（陜西德仕汽車部件（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，陜西 西安 710201）

重型汽車上推力桿在使用過(guò)程中桿頭發(fā)生斷裂失效比例較大，經(jīng)過(guò)對(duì)售后件分析及安裝位置分析建立受力分析模型，進(jìn)行有限元計(jì)算，并根據(jù)有限元分析結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。針對(duì)優(yōu)化后推力桿經(jīng)行拉伸、扭擺、偏轉(zhuǎn)等疲勞試驗(yàn)，及裝車路試表明優(yōu)化后推力桿可滿足該車型的使用強(qiáng)度。

重卡；懸架；推力桿

CLC NO.: U461.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2014)09-80-03

引言

重型卡車懸架系統(tǒng)種類比較多，像鋼板彈簧平衡懸架、橡膠懸架、空氣懸架、油氣懸架等。由于鋼板彈簧平衡懸架其主要優(yōu)點(diǎn)有：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，維修方便，工藝成熟，工作可靠。所以目前國(guó)內(nèi)的主要還是以鋼板彈簧平衡懸架為主，其他懸架鋼板彈簧平衡懸架推力桿的主要作用是用來(lái)保持車橋位置相對(duì)固定，傳遞驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力以及傳遞其他各個(gè)方向的力和力矩。推力桿一端連接在車橋上、另一端連接在車架上。隨著重型卡車的迅猛發(fā)展，推力桿的需求也是大幅增長(zhǎng)，作為平衡懸架的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)和失效形式也是設(shè)計(jì)者重點(diǎn)關(guān)注的地方。

我公司為某OEM生產(chǎn)的上推力桿在使用過(guò)程中桿頭發(fā)生斷裂的失效比例較大，本文通過(guò)建立建立受力分析模型進(jìn)行有限元分析計(jì)算，根據(jù)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并驗(yàn)證。

1、穩(wěn)定性論證

經(jīng)過(guò)分析計(jì)算推力桿的熱鉚拉脫力滿足設(shè)計(jì)要求[1]、由于推力桿較長(zhǎng)在使用過(guò)程中除了滿足強(qiáng)度和剛度要求之外還要滿足壓桿穩(wěn)定性的要求，細(xì)長(zhǎng)桿失穩(wěn)臨界力的歐拉公式：

式中Pcr為臨界力；E為材料彈性模量得出推力桿在極限載荷250KN下不會(huì)失穩(wěn)[2]。

通過(guò)對(duì)上推的實(shí)際裝車情況觀察發(fā)現(xiàn)桿頭和支座在裝配的時(shí)候間隙很小。在車輛實(shí)際行駛中會(huì)發(fā)生干涉。

以下是上推裝配重要尺寸簡(jiǎn)圖，理論上桿頭和支座還有0.5-1.5mm的間隙。由于桿頭為鍛造而成故外形尺寸公差就比較大，所以就有干涉的可能性。

通過(guò)對(duì)售后索賠件的觀察證實(shí)了我們的推測(cè)，部分桿頭有不同程度的磨損。

通過(guò)對(duì)上推桿桿頭用SolidWorks 建立三維模型在沿桿身方向施加135KN的力，垂直于桿身方向尾部施加5KN的力，進(jìn)行受理分析得出以下結(jié)論：得出最大應(yīng)力在桿頭根部，和實(shí)際情況基本吻合，大小為305Mpa 、45#鋼的屈服強(qiáng)度為355Mpa安全系數(shù)為1.16。

從桿頭斷裂舊件可以看出桿頭尾部的表面粗糙度高從刀紋處產(chǎn)生疲勞裂紋也是造成桿頭斷裂的另一個(gè)原因。

針對(duì)以上問(wèn)題綜合整車裝配和推力桿受力情況作如下改進(jìn)，球銷直徑增加5mm，高度減少7mm。桿身直徑增加2mm，同時(shí)也將桿頭部位加強(qiáng)筋做了優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)降重0.2Kg。將優(yōu)化后桿頭重新建立三維模型加上述載荷得出改進(jìn)后的安全系數(shù)增加到1.32。

2、疲勞試驗(yàn)

為驗(yàn)證優(yōu)化后的推力桿總成的性能。在疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸、扭擺、偏轉(zhuǎn)等疲勞試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)。按照?qǐng)D紙要求加載載荷做疲勞實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)次數(shù)由改進(jìn)前的106852次到改進(jìn)后的185382次有明顯增多。

3、拉伸實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證推力桿的承載極限進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，推力桿縱向施加250KN拉伸載荷時(shí)，推力桿桿頭與桿身處未出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，球銷未出現(xiàn)開(kāi)裂等現(xiàn)象。說(shuō)明推力桿滿足最大極限載荷要求。

4、壓縮實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證推力桿在極限載荷情況下的穩(wěn)定性，進(jìn)行了壓縮實(shí)驗(yàn)，推力桿縱向施加250KN拉伸載荷時(shí)，推力桿桿頭與桿身處未出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)、桿身未出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象、球銷未出現(xiàn)開(kāi)裂等現(xiàn)象。說(shuō)明推力桿在極限載荷情況下不會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)。

2012年與2013年推力桿失效數(shù)據(jù)對(duì)比

?

經(jīng)過(guò)一年改進(jìn)后結(jié)構(gòu)的跟蹤分析也可以看出改進(jìn)后較改進(jìn)前售后索賠有明顯改善，由于售后市場(chǎng)還存在一定的滯后性，故此次改進(jìn)可滿足車型的使用要求。

5、結(jié)論

建立了重型卡車后懸用推力桿的受力模型，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)拉伸、扭擺、偏轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)驗(yàn)證。同時(shí)經(jīng)過(guò)一年的市場(chǎng)驗(yàn)證表明該次改進(jìn)可以滿足該車型的使用要求。

[1] 李建林、張俊榮、林勝等。汽車推力桿熱鉚接工藝設(shè)計(jì)[J]?？蛙嚰夹g(shù)與研究，2008，（5）：38-40.

[2] 張俊榮、李建林、鄧勇等。40t重型汽車平衡懸架用推力桿的強(qiáng)度設(shè)計(jì)[J]。汽車設(shè)計(jì)，2008，（3）：19-22.

A Model On Thrust Bar Structure Improvement

Li Zhibao, Yang Zhike, Zheng Yan
(Shaanxi Deshi Vehicle Components(Group)Co., Ltd., Shaanxi Xian 710201 )

Heavy-duty truck thrust bar rod head a higher percentage of fracture failure occurs in the process of using, after analyzing the after-sales parts and the installation location analysis force analysis model is established, finite element calculation, according to the result of finite element analysis and optimization design. According to the optimized thrust rod by the line drawing, twist, deflection, such as fatigue test, and the loading road tests show that the optimized thrust rod can meet the intensity of use of the model.

Heavy -duty；Suspension；Thrust Bar

U461.2

A

1671-7988(2014)09-80-03

李治寶，就職于陜西德仕汽車部件（集團(tuán)）有限公司。