某重型汽车空气悬架系统推力杆热铆接结构优化

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1、总第155期山西冶金Total1552015年第3期SHANXIMETAIURGYNo．3，2015DOI：10．16525／j．cltki．cnl4—1167／tt'．2015．03．12某重型汽车空气悬架系统推力杆热铆接结构优化★杨成龙，冯再新，舒睿昶，马子超(中北大学材料科学与工程学院，山西太原030051)摘要：针对推力杆热铆接结构在过栽情况下容易产生滑脱的现象，通过运用比较成熟的有限元分析方法，在原有的推力杆铆接结构基础上，研究了铆接突起形状改变及梯形时的受力情况，并得出应力分布规律。结果表

2、明，当梯形角度为80o时，铆接突起受力最均匀，各突起最大接触应力相对原推力杆最小。此研究结果可为推力杆热铆接结构设计以及应用推广提供理论依据。关键词：推力杆热铆接结构优化力学分析有限元分析中图分类号：TG3863中图分类号：A文章编号：1672—1152(2015)03-0035—03近年来，已有很多学者对推力杆的连接方式建立以及有限元模拟计算波纹数量il,、突起尺寸D与进行研究。这种连接方式主要分为螺纹连接、焊d等参数提供了前期准备。通过对推力杆总成在接和热铆接。目前，热铆接方法是最常用的连接不同工

3、况下的理论分析，为有限元边界条件和载荷工艺，该工艺能满足推力杆组装强度，具有一致性的输入提供了理论依据。这种方法将推力杆温热铆好、稳定性高、生产效率高等特点，可有效地缩短接完成后的模型简化成如图l所示的模型。生产周期，在高级客车、重型载重汽车上的推力杆组装上得到了广泛应用⋯。推力杆在热铆接过程中，对球头轴的突起数量、突起尺寸、套管内外径尺寸、加热温度以及压力机压力等参数精度要求比较高，其中突起尺寸、数量等铆接结构对铆接后性能影响很大瞳。铆接结构形式不好会导致载荷下突起的承载力不均匀，且容易产生滑脱现象

4、，最终影响推力杆的安全稳定性。本文对推力杆球头和套管之间的热铆接结构进行优化，优化后提高了热铆接后推力杆的综合性能，并且满足图1套管与球头轴接触示意图推力杆在铆接位置的受力总成的要求，得到铆接性铆接后推杆承受的轴向力按式(1)计算：4能良好的推力杆，减少了推力杆因铆接情况不好而——nx~(D～2-d2)<’(1)导致的失效问题b]。1推力杆受力理论分析式中：F为推杆承受的轴向力，N；n为波纹数量；D为以理论力学的方法分析热铆接完成后突起数套管波纹的大径，mm；d为套管波纹的小径，mm。量／"t、突起尺

5、寸D与d以及球头杆部和套管接触面积波纹数量n、波纹尺寸D与d以及总接触面积之间的相互关系。同时，将这种方法的分析结果与是相互关联的参数。通常情况下D+(2～3)。／'t=5实验、有限元数值模拟进行对比，以验证模拟的可靠7。波纹数量n以式(2)计算：性。通过对推力杆铆接结构的力学分析，为模型的n≥4F州Dd．(⋯2)一收稿日期：2015—05—25根据套管在热铆接温度下的热铆接的承载面积以★基金项目：山西省科技攻关项目(20120321035—04)及屈服强度计算热铆接压力，计算公式有式(3)一(6)：

6、第一作者简介：杨成龙(1989一)，男，在读硕士研究生。研究方向：(3)金属精密成型技术研究。E—ma~：346926954@qq．conl·36·山西冶金第38卷E-mail：sxyjbjb@126．corn只=Isi，(4)下球头与套管咬合部位最大应力值为l035MPa，已／(2—．1经超过了45号钢的抗拉强度能够达到的60oMPa。P。=。，(5)饥由此可以看出，这样的球头和套管的咬合情况不符Pn=p。S。．(6)合推力杆安全工作的工作系数，而且出现了略微滑式中：pi为内表面压强，MPa；Pi为

7、内表面压力，N；p0脱现象，需要采取措施，使得推力杆铆接部位在安全为外表面压强，MPa；Po为外表面压力，N；S；、S。分别系数S=2．5的情况下其最大主应力降低到材料所能为内、外表面承载面积，mm。；K为外径与内径之比承受的最大抗拉强度以下。值；为套管在铆接中止温度下的屈服应力，MPa。3结构优化方案的提出以及分析计算2原推力杆铆接有限元的建模与分析在原有的推力杆铆接部位基础上，将咬合的突2．1推力杆结构起形状改变成梯形的形状。在这一方案中，为了研目前，国内外学者分析铆接部位的力学性能多究推力杆铆接

8、部位梯形突起对最大主应力的影响，是以二维对称轴模型来进行相关的研究工作b。因将该方案分为三个子方案，即分别对铆接部位的梯此，为了加快实验进度，首先要对模型进行简化，即形突起底面与侧面的夹角这一数值设置了三种角不计对非铆接部位对温热铆接过程的影响，忽略推度，分别为80。、65。、55。，且梯形结构的底边长度不力杆球头部分的复杂结构，主要研究铆接完成后铆变，高度不变。对于过载S=2．5的情况，借助图3接部位的受力情况。由于推力杆承受的载荷主要为对铆接部位梯形