中國(guó)報(bào)告大廳網(wǎng)訊，拖車行業(yè)在2025年展現(xiàn)出顯著的增長(zhǎng)趨勢(shì)，其市場(chǎng)需求持續(xù)擴(kuò)大，尤其是在公路運(yùn)輸和旅游領(lǐng)域。據(jù)行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，拖車的市場(chǎng)占有率在歐美、澳洲等地區(qū)已達(dá)到較高水平，且在中國(guó)市場(chǎng)也呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。拖車以其超強(qiáng)的運(yùn)輸能力、高靈活性和大空間利用率，成為物流和休閑出行的重要工具。然而，隨著拖車行業(yè)的快速發(fā)展，其懸掛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，尤其是扭力軸車橋用橡膠棒的匹配問(wèn)題，成為提升拖車性能的關(guān)鍵。本文通過(guò)對(duì)拖車扭力軸車橋用橡膠棒的匹配分析，提出一種低成本且高效的解決方案，以縮短研發(fā)周期并提高生產(chǎn)效率。
《2025-2030年中國(guó)拖車行業(yè)項(xiàng)目調(diào)研及市場(chǎng)前景預(yù)測(cè)評(píng)估報(bào)告》指出，拖車的懸掛系統(tǒng)是保障運(yùn)輸安全、提升行駛平順性的核心部件。目前，拖車懸掛系統(tǒng)常用的減震裝置主要有板簧式車橋和扭力軸車橋兩種。其中，扭力軸車橋因其成本低、安裝簡(jiǎn)便、重心低等優(yōu)點(diǎn)，受到越來(lái)越多用戶的青睞。然而，扭力軸車橋中的橡膠棒作為關(guān)鍵的彈性元件，其匹配問(wèn)題直接影響到拖車的減震效果和整體性能。
扭力軸車橋是拖車懸掛系統(tǒng)的重要組成部分，其主要功能是為車體提供彈性支撐，吸收行駛過(guò)程中的沖擊和振動(dòng)，從而提高拖車的平順性和安全性。扭力軸車橋由橋管、扭力半軸總成、橡膠棒及輪轂等部件組成，通過(guò)橋管上的連接支架與拖車底盤實(shí)現(xiàn)剛性連接。橡膠棒作為彈性元件，能夠吸收和分散來(lái)自路面的各種沖擊和振動(dòng)，確保拖車在復(fù)雜路況下的穩(wěn)定行駛。當(dāng)拖車受到顛簸載荷或負(fù)載時(shí)，作用在垂直方向的力會(huì)通過(guò)扭力軸力臂轉(zhuǎn)化為扭力半軸和橋管之間的扭矩，與橡膠棒產(chǎn)生的彈性力相互作用，從而實(shí)現(xiàn)減震效果。
(一)邊界條件設(shè)定
為了實(shí)現(xiàn)拖車扭力軸車橋相關(guān)部件的快速匹配，本文結(jié)合使用需求設(shè)計(jì)了相關(guān)邊界條件。具體條件如下：
軸載為2000lb的拖車，換算為約900kg，即9kN的載荷，考慮到扭力橋軸一端受力，取單邊載荷為4.5kN。
橡膠棒采用液氮冷凍成型裝配，忽略其軸向長(zhǎng)度變化。
扭力臂轉(zhuǎn)角在額定載荷下約為22.5°。
扭力半軸采用市面主流規(guī)格方鋼，尺寸參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
扭力臂中心距取為153mm。
橡膠棒材料的邵氏硬度為70~78，抗拉強(qiáng)度為15~20MPa，壓縮永久變形率常溫10min，效率為40‰。
(二)扭力半軸匹配原則
扭力半軸是實(shí)現(xiàn)軸載和扭矩傳遞的關(guān)鍵部件，其需滿足扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度要求及尺寸要求。尺寸要求指扭力半軸能在橋管中順利轉(zhuǎn)動(dòng)，即對(duì)角尺寸應(yīng)小于橋管內(nèi)對(duì)邊尺寸。
軸載/lb200035006000
橋管規(guī)格/mmF55×3.75×R14F66.7×4.75×R17F76.2×4.75×R18
橋管內(nèi)對(duì)邊尺寸/mm47.557.266.7
扭力半軸規(guī)格/mmφ32φ40φ45
對(duì)于扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度要求，扭力半軸在工作過(guò)程中應(yīng)承受切應(yīng)力及扭應(yīng)力。其中，切應(yīng)力可簡(jiǎn)單理解為軸載直接作用在扭力半軸上，方鋼橫截面所承受的切應(yīng)力為：
τ1 = F/A = F/(b2) = 4500/(32×32) = 4.39MPa
扭應(yīng)力簡(jiǎn)化受力模型如圖3所示。扭力半軸所受扭矩為：
T = FLcosα = 4500×0.153cosα
當(dāng)扭力臂處于水平位置時(shí)，即α為0°時(shí)，扭矩T最大，為688.5N·m。扭力半軸所承受的扭應(yīng)力為：
τ2 = 3T/(b3) = 3×688.5/(323) = 63.03MPa
(三)橡膠棒參數(shù)匹配
1. 橡膠棒直徑匹配
橡膠棒作為扭力半軸和橋管之間的彈性元件，其在特殊設(shè)計(jì)的模具中冷凍成型后，裝入橋管和扭力半軸等待回溫復(fù)彈以實(shí)現(xiàn)支撐。橡膠棒的壓縮量計(jì)算公式如下：
ΔH/H? = Fa/(SE)
其中，ΔH為橡膠材料的高度變化量;H?為橡膠材料的原始高度;Fa為橡膠材料承受的壓力;S為橡膠材料受壓橫截面面積;E為橡膠材料的彈性模量。根據(jù)公式lgE = 0.0198Hr - 0.5432，實(shí)測(cè)橡膠棒的硬度平均值Hr = 68，計(jì)算得E = 6.36MPa。
通過(guò)大量試驗(yàn)，確定橡膠棒直徑與橋管和扭力臂組成的空腔面積的匹配比例為：
K = S?/S
其中，K為比例系數(shù)，取0.85;S?為橡膠材料受壓橫截面面積。按照邊界條件，可計(jì)算得到S? = 286.374mm2，因此，橡膠棒直徑d = 18mm。
2. 橡膠棒長(zhǎng)度匹配
為了確定橡膠棒長(zhǎng)度與負(fù)載之間的關(guān)系，本文通過(guò)設(shè)計(jì)相關(guān)試驗(yàn)并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合的方式，確定橡膠棒長(zhǎng)度與負(fù)載之間的關(guān)系。試驗(yàn)步驟如下：
安裝試驗(yàn)用扭力軸總成，并牢固固定。
測(cè)量記錄試驗(yàn)初始信息，記錄扭力臂測(cè)點(diǎn)與試驗(yàn)平臺(tái)的初始高度H和橋管測(cè)量面與試驗(yàn)平臺(tái)的高度Hg。
進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)，將試驗(yàn)設(shè)備開(kāi)機(jī)，控制壓力機(jī)壓頭下降至剛好接觸到扭力臂，拖車行業(yè)現(xiàn)狀分析指出，將設(shè)備數(shù)據(jù)清零;調(diào)整下降速率至10cm/min，打開(kāi)收集錄像，控制試驗(yàn)設(shè)備緩慢下壓，至壓力到達(dá)額定載荷，暫停設(shè)備，記錄此時(shí)高度H;最后，抬升設(shè)備壓頭至完全脫離扭力臂，靜置3min后，重新測(cè)量記錄高度數(shù)據(jù)。
本文通過(guò)對(duì)拖車扭力軸車橋用橡膠棒的匹配分析，提出了一種低成本且高效的解決方案。通過(guò)設(shè)定相關(guān)邊界條件，完成了扭力軸車橋橋管、扭力半軸的選型及設(shè)計(jì)，確定了相關(guān)參數(shù)。在確定橡膠棒直徑后，通過(guò)多次試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，利用曲線擬合得到了橡膠棒長(zhǎng)度與負(fù)載之間的關(guān)系表達(dá)式。該方案不僅能夠有效縮短拖車扭力軸車橋用橡膠棒的二次研發(fā)周期，還具有一定的實(shí)用價(jià)值，為拖車懸掛系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了重要的參考依據(jù)
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