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1、Altair 2009 HyperWorks 技术大会论文集 EQ3348V 双前桥转向拉杆有限元分析双前桥转向拉杆有限元分析 刘永超刘永超 东风汽车有限公司商用车技术中心 - 1 - Altair 2009 HyperWorks 技术大会论文集 EQ3348V 双前桥转向拉杆有限元分析双前桥转向拉杆有限元分析 The FEA of The Turning Pulling-rod of The Double Front Bridges Truck EQ3348V 刘永超 东风汽车有限公司商用车技术中心 摘摘 要：要：本文利用 Altair/RADIOSS 大型有限元分析软件，对 EQ3348V
2、 双前桥载重汽车转 向拉杆进行了屈曲分析计算， 得到该转向拉杆的屈曲因子； 然后在给定载荷下对其进行了应 力分析，为转向直拉杆的设计、改进提供参考和依据。 关键词：关键词：载重汽车，有限元分析，屈曲因子，应力，RADIOSS Abstract: The bulking analysis of turning pulling-rod of the double front bridges truck EQ3348V has been carried out by the Altair/RADIOSS. Then we got the bucking factor of the pulling-r
3、od. The stress analysis was completed. The analysis is the reference and basis of redesign and improvement of the turning pulling-rod. Key words: camion, FEA, bucking factor, stress, RADIOSS 1 概述概述 汽车转向系的作用是保证在汽车行驶过程中能根据道路情况而改变行驶方向， 或保持稳 定的直线行驶。但是由于很多汽车的转向系存在设计隐患，比如转向系发生干涉，转向横直 拉杆的强度及稳定性不够等原因，使得汽车轮胎
4、异常磨损，转向迟钝、沉重，方向盘自由行 程过大，前轮摆振等异常情况，在车辆遇到危险时，无法保持正确的行驶路线而发生事故， 所以必须对转向系横直拉杆的刚度、强度、模态及稳定性进行校核。同时，直拉杆的设计原 则要求有较小的质量和足够的刚度，拉杆的形状应符合布置的要求，有时不得不做成弯的， 这就减小了纵向刚度，同时，拉杆的稳定性安全系数不得小于 1.5-2.5。 结构的稳定性分析（屈曲分析）是结构分析的一个重要的组成部分，它所研究的是特定 形式的结构对特定形式的外载荷的响应特性。 结构的承载能力表现它能产生适当的变形来抵 御外载荷的作用；也就是说，它可以产生适当的内力来平衡从外部作用的载荷。然而，这
5、种 平衡可能是稳定的， 也可能是不稳定的。 在保守载荷系统下的弹性结构存在着两种失去稳定 性的可能形式，或两种可能的屈曲形式，即分支点屈曲和极值点屈曲。分支点屈曲是指机构 在屈曲前以某种变形模式与外载荷相平衡， 当外载荷小于分支点屈曲的临界值时， 这种基本 平衡状态是稳定的。当外载荷超过分支点屈曲的临界值时，平衡就不再是稳定的。分支点屈 - 2 - Altair 2009 HyperWorks 技术大会论文集 曲可以用传统经典线形理论来研究，它除了在数学上作线形处理外，还假定结构是完善的， 即没有初始几何缺陷，也不存在载荷的偏离。判断时候产生分支点屈曲的准则一般有三个： 静力学准则，动力学准则
6、和能量准则。 一般来说，只要结构有初始缺陷，它的屈曲就不在是分支型的，大多数情况出现了极值 点屈曲， 在另外一些情况下则从稳定性问题转化为强度问题。 由于实际结构往往存在初始几 何缺陷，所以实际结构的失去稳定性往往是一极值点屈曲的形式出现的。 其临界载荷为： 2 2 l EI Pcr = 再用压杆的横截面积除Pcr，得到与临界压力对应的临界应力为： ()Al EI A Pcr cr 2 2 = 当压杆受力小于临界应力时，压杆稳定，否则，将丧失稳定性。 2 有限元模型的建立有限元模型的建立 2.1 网格划分网格划分 EQ3348V 转向拉杆为 427 的空心管结构，因而采用六面体块单元，对其进行
7、有限 元网格划分。该模型共划分有 8442 个节点， 5600 个单元。 2.2 材料与属性材料与属性 EQ3348V 转向拉杆所用的材料为 35钢，其最小强度屈服极限 S=270MPa。计算时 取弹性模量 E 为 208GPa，泊松比 为 0.29，质量密度 为 7.8210-6kg/mm3。 2.3 计算工况及载荷计算工况及载荷 根据设计人员提供的载荷，计算 EQ3348V 转向拉杆的屈曲因子及应力。 在施加边界条件时，在拉杆的一端施加沿杆方向的拉（或压）力，并在杆的另一端施加 约束。图 1 为边界条件图。 图 1 转向拉杆边界条件图 - 3 - Altair 2009 HyperWork
8、s 技术大会论文集 3 分析计算结果分析计算结果 3.1 屈曲分析屈曲分析 转向拉杆在受压工况下，可能会出现失稳情况，所以必须校核其稳定性。 在压工况下，要求一阶屈曲因子应大于 1，结构就不会屈曲，考虑到安全因素，一般取 一阶屈曲因子应大于 1.5-2.5。图 2 为一阶屈曲模态图。 图 2 转向拉杆一阶屈曲模态图 从图中可看出，转向拉杆一阶屈曲因子为 5.7，因而在所给载荷下，转向拉杆不会发生 屈 曲 。 由 于 屈 曲 因 子 是 临 界 压 力 与 施 加 载 荷 的 比 ， 所 以 直 拉 杆 的 临 界 载 荷 为 。 NNPcr 54 10275318. 1102374. 27 .
9、 5= 3.2 强度分析强度分析 通过上面的屈曲分析结果，在所给载荷下，转向拉杆受压时不会发生屈曲。因而可直接 在转向杆受拉（或压）的情况下，对其进行强度分析。图 3 为应力分布云图。图中应力值的 单位为 KPa。 图 3 转向拉杆受拉（或压）时的应力分布云图 - 4 - Altair 2009 HyperWorks 技术大会论文集 4 分析结论分析结论 （1） EQ3348V 转向拉杆在所给压力载荷下不会发生屈曲失稳。 （2）. EQ3348V 转向拉杆在所给载荷作用下，其最大应力为 268MPa，由于设计人员 所给的载荷值已经考虑了一定的动态冲击，因此该转向拉杆在受拉（或压）时，强度满足要 求。 （3）在行驶过程中，直拉杆除受到转向节臂和转向摇臂的约束和拉、压力外，还可能 受到由此产生的小弯矩或扭矩，但在本次计算模型中给予忽略。 5 参考文献参考文献 1 Altair HyperMesh Training，Altair Engineering,Inc,2001 2 杨荣柏，机械结构分析的有限元法，华中科技大学出版社，1989 年 7 月 3 杜宏云， 施红星 计算机辅助工程CAE在汽车开发中的应用与展望 交通标准化， 2004.4 - 5 -
