货车后轮毂专用拉器的有限元设计

朱志雄 董宏国 雷威

摘要：在车辆保养与修理过程中，为了快速拆卸与装配，利用有限元方法，设计了车辆后轮毂专用拉器，实现车辆维修保障的高效性。

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.

关键词：汽车;后轮毂拉器;强度;有限元设计

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

0  引言

车辆装备在维修与保养的过程中，尤其是战场抢修过程中，需要快速拆卸轮毂，而轮毂的拆卸需要有专用拆卸工具，即轮毂专用拉器。轮毂专用拉器需要一定的强度与刚度，并尽可能体积小、质量轻，以方便修理分队携带与使用。本文针对某货车后轮毂的拆卸，利用有限元分析方法对某型货车后轮毂专用拉器的进行了强度设计，通过试验表明满足强度设计要求。

1  后轮毂专用拉器的组成与工作原理

后轮毂专用拉器主要由顶块、顶杆、拉器盘、连接螺栓等组成，具体结构如图1所示。

顶杆圆柱形，一端有凸台，可以压在顶块上，另一端是六角形可以套上套筒后，用扳手施加转矩，顶杆中部是螺纹，用以与拔盘内孔螺纹配合;顶块为圆盘状，中间有孔可以插入顶杆;拔盘也为圆盘状，中间有螺纹孔，与顶杆配合，外圆有通孔，可以插入连接螺栓。连接螺栓选用标准件，连接轮毂与拔盘。

工作时，将顶杆旋入拔盘，用顶块嵌入半轴套管;将顶杆头插入顶块，使顶杆凸台顶住顶块;连接螺栓通过拔盘圆周孔，拧入轮毂螺栓孔;用套筒套入顶杆另一端，用扭力扳手旋转施加扭矩。顶杆在旋转的过程中，因顶杆被顶块限制，无法如图1中向左前进，则拔盘在内孔螺纹的作用下，通过连接螺栓将轮毂向外拉（图1中向右）;最终将轮毂拉拔出来。

2  后轮毂专用拉器的有限元分析

工作中，顶块与顶杆均承受压力，而拔盘中心螺纹孔受到图1中向右的力，连接螺纹则向拔盘施加图1中向左的力，导致拔盘变型。

2.1 计算方法

利用有限元法进行结构的静力分析时，用矩阵形式表示整个结构的平衡方程，得

其中，{K}——整个刚度矩阵，由整体刚度矩阵单元刚度阵组成;{δ}——整个物体的节点位移阵列，由单元节点位移阵列组成;{R}——载荷阵列，由作用于单元上的节点力阵列组成。

用方程（1）求出节点位移{δ}：

可以计算得到零件的应力和变形结果。因材料的失效是以材料發生塑性变形为标志的，所以零件的静态强度校核可以根据第四强度理论，用Vonmiss等效应力来校核零件的强度。

强度条件为：σr≤ [σ]。

2.2 材料参数

材料选用45#钢，其参数如表1所示。

2.3 仿真分析结果

取安全系数1.2，许用应力[σ]=355/1.2 = 295.8MPa。

设计压力取60000N，应用solidworks simulation进行有限元分析结果如图2所示，最大应力278MPa<295.8 MPa，故满足要求。

2.4 拉力测试试验

在某可靠性检测中心，使用万能材料试验机进行了强度测试，结果显示满足设计要求，如图2所示。

3  结束语

针对货车后轮毂快速拆卸需求，设计了后轮毂专用拉器，通过有限元分析，最大拉应力主要出现在拔盘凸台与法兰结合部位，没有超过设计指标。经过试验验证，满足设计要求。此外，通过更换顶块与拔盘，还可以对其他车型的轮毂进行拆卸。

参考文献：

[1]谭继锦，张代胜.汽车结构有限元分析[M].清华大学出版社，2018.

[2]陈超祥，胡其登.SOLIDWORKS Simulation高级教程（2018版）[M].机械工业出版社，2018.

[3]怀玉兰，等.圆截面卸扣的有限元设计与结构[J].河北联合大学学报（自然科学版），2012，34（4）.