汽车横拉杆校核计算方法

吴光彪

汽车转向桥横拉杆是汽车重要的安保件之一，横拉杆的失效会导致汽车转向失效，引发事故，甚至发生车毁人亡重大事故。因此转向桥横拉杆的校核计算显得非常重要。

横拉杆的校核关键在于正确的受力分析，如分析错误，将主产意想不到的校果。转向桥横拉杆主要受到转向节的推力和压力，是典型的二力杆。横拉杆校核的步骤很重要，下面以东风某中型卡车为例子介绍。

第一步，明确已知参数。东风某中型卡车是4X2型，配置的是L8前桥，具体参数如下：

第二步：正确的受力分析。横拉杆主要受到转向节的推力和压力，是典型的二力杆受力情况。

第三步：计算工况假定：

（1）忽略主销内倾、车轮外倾；

（2）以汽车左转向为计算工况。

（3）因市场超载严重，这里以超载 30%计算，即前桥最大负荷为： 2700（1+30%） =3510kg，即 G1=3510×9.8=34398N

明确步骤后，下面就是具体的校核过程 . 校核的具体方法：

第一种校核方法：以车轮在干而粗糙的地面上做原地转向时是最恶劣的工况，转向轮的阻力矩 Tr由车轮相对于主销轴线的滚动阻力矩 T1、轮胎与地面接触部分的滑动摩擦力矩 T2、自动回正力矩所形成的阻力矩 T3组成。

1 首先对横拉杆的抗拉强度进行计算

1.1 计算原地转向时车轮受到的阻力矩：

车轮在干而粗糙的地面上做原地转向时是最恶劣的工况，转向阻力矩也是最大 .（《汽车设计》刘惟信主编）：

50167n= Pcr/F= 16080 = 3.1 n一般取 1.5～ 2.5所以横拉杆满足稳定要求。结论：横拉杆的抗拉强度和弯曲稳定性都满足使用要求。第二种校核方法：因东风某中型卡车的转向是动力转向装置，也可以按方向机输出力大小进行校核。即转向摇臂上的载荷为最大液压下的动力转向作用力和驾驶员作用在转向盘轮缘上的根限切向力总和。已知：转向器输出扭矩： 1860 N.m，机构传动比 i=206/103（转向提供数据）.因驾驶员作用力较小，这里略去不计算。那么作用在转向臂球头销处的作用力矩：

CATIA V5 软件，它提供了功能强大且使用方便的工程分析模块—Analysis& Simulation。利用该模块，只需定义类似工程实际问题的载荷和约束，就可快速地实现基本的有限元分析。

以东风某中型卡车为例子，用有限元分析法同样要求明确已知参数、正确的受力分析、计算工况假定。

一、计算横拉杆受力。根据原地转向阻力矩计算左转向节臂球头销处作用于横拉杆的拉应力 F=9754.54N。

二、用 CATIA软件画出三维图三、进入 GPS 模块。开始菜单→分析与仿真→ Generative Structural。

Analysis 进入分析模块，选定将要进行的分析类型，此例选定 STATIC ANALYSIS，然后确定。

四、指定材料（ material）。点击工具栏

图标来指定零件材料。五、网格划分（nodes and elements）。 CATIA软件的网格划分是自动进行的，只要转到有限元模块，程序就已自动确定划分方案，只有复杂的模型才需要手动对局部网格进行划分。当然，用户可双击模型树中的工具图标

OCTREE Tetrahedron Mesh.1：Part1来调整单元划分参数，则弹出四面体网格密度定义对话框，输入图中所示数值，完成网格参数修正。

六、定义约束（Restraints）。

以横拉杆一端面安装固定来模拟分析。确定完成约束定义。

七、定义载荷（Loads）。

点击

图标，施加均布载荷于零件的末端表面，弹出图所示的 distributed force 定义对话框，选择末端表面，则对话框的 supports 栏内变为 1 face，定义载荷数字大小为：X 方向 0N，Y 方向 0N，Z 方向 9754.54N，确定完成载荷定义。八、检查定义是否完善主要是检查约束、网格、材料是否定义正确。九、求解计算（Compute）完成上述工作后，可着手进行计算，点

击 compute

图标系统弹出如图所示计算对话框，确定之后，系统弹出 5-8b 所示计算所需资源估算对话框，点击 YES 继续计算，由于单元节点数不多，计算很快完成。

十、结果显示（visualize the results）。

3 结束语

汽车横拉杆是重要的安全保证件。其机械强度校核非常重要。进行强度校核时根据应力分布和结果数据确定结构上的危险部位，判断零件设计是否能满足工程应用的强度、刚度要求，发现问题后需要调整结构设计方案，然后再次进行分析，如此循环直到满足需求为止。

参考文献：

[1]刘惟信，《汽车设计》，清华大学出版社， 2002.

[2]余志生，《汽车理论》，机械工业出版社， 1989.