空心球销推力杆设计与研究

侯凯 沈亚强 樵兴

摘 要：文章对汽车轻量化的研究方向进行简述 针对某重型卡车推力杆的情况 通过材料及结构的优化、新的生产工艺 提出了一种空心球销推力杆的轻量化方案 通过有限元仿真软件对其强度进行了理论分析 并采用台架试验对其强度进行了验证 符合设计要求。

关键词：推力杆;轻量化;台架试验

中图分类号：U463.33+5.2  文献标识码：A  文章编号：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

推力杆主要是一种连接车架与车桥的一种杆状用总成 传递相应的反作用力矩的同时保证车辆行驶的安全性和稳定性 本文通过对其材料及结构轻量化方案进行研究分析 通过改变零部件材料并使其结构“中空化”来达到降重的目的。结合有限元软件对零件强度进行了理论分析 并通过台架试验对其强度进行了验证 设计出了一种空心球销轻量化推力杆。

1 轻量化研究方向

当前汽车企业对汽车轻量化技术研究的途径及方法主要有三种：一是通过采用新型轻质材料和高强度材料来替代传统的碳钢材料 实现各部件减重的目的;二是进行结构的优化设计 通过改变零部件的整体或者局部结构从而达到轻量化的目的;三是采用先进的制造工艺 减轻零部件的重量。通过三种方法的相互结合 从而达到轻量化降重的目的。

在整车新产品开发过程中 为了满足法规要求同时达到整车自重目标 对整车厂技术升级提出了更高要求 根据我国轻量化发展水平来看 高强度钢仍将继续保持主导地位 铝合金在发动机、底盘关键零部件和覆盖件上的应用将加大 混合材料应用也将进一步发展 以塑代钢依然是未来汽车轻量化的发展方向 并且伴随着先进的制造技术和结构优化。

2 推力杆的结构及优化

2.1 推力杆的结构

推力杆总成主要由杆头、杆身、卡簧、球销组成 如图1所示 其中球销由球芯、端盖、橡胶组成。I型推力杆两端各有一个球销 球销的球芯有安装孔 连接车架和车桥 车辆运动时 推力杆依靠球芯与端头之间的橡胶来使推力杆具有缓冲作用[1]。

2.2 球销结构优化

在保证杆身、杆头不变的情况下 改变球销的材料和结构 材料性能见表1 在结构方面 通过使球销“中空化” 从而达到降重的目的 如图2所示。

3 仿真分析

3.1 有限元分析

通過有限元软件对优化后方案进行仿真分析 验证其可行性 结构优化后的球销结构需要满足强度要求 即能承受材料的极限应力[2] 结构改变的同时通过选取强度更高的材料 利用CATIA建模导入HyperMesh 将传统推力杆与空心球销推力杆进行强度对比分析 分析结果如图3所示。

3.2 台架试验分析

为进一步验证空心球销推力杆总成的可靠性 在试验台架上进行径向耐久性试验 按照车型悬架系统的试验标准 首先将推力杆总成一端固定 另一端通过加载夹具与加载头连接 在推力杆总成径向施加对称载荷 如图4所示 沿杆身加载一定轴荷及频率 以正弦波运行20万次后 金属件未发生弯曲、开裂或断裂现象 橡胶件未产生开裂、挤出现象。

4 结论

通过对推力杆球销的材料及结构优化 完成了轻量化推力杆设计 实现单个推力杆降重2kg 采用有限元分析软件对其理论强度进行了对比分析 优化后其安全因子均大于1 通过抗疲劳台架试验进行了验证 金属件未发生弯曲、开裂或断裂现象 橡胶件未产生开裂、挤出现象 推力杆总静刚度变化率小于30% 该轻量化的推力杆满足设计要求。

参考文献

[1] 刘飞，翁明武等.某车型铝合金推力杆轻量化设计与研究[J].汽车实用技术，2019（18）：78-03.

[2] 高云凯.汽车车身结构分析[M].北京.北京理工大学出版社，2006.