半挂车空气悬挂轴距调节机构优化设计

调节部件和螺栓轴容易磨摘要：针对目前市场上空气悬架轴距调节机构调节部件和螺栓轴之间接触面积小，对轴距调节机构进行结构优化设计。通过损，若不及时维修更换会造成车辆吃胎、甚至发生交通事故等问题，降低零件间的磨损，并结合SolidworksSimulation对优化前后的结构进行仿真增加相关零部件间的接触面积，对比，验证了优化方案的可靠性。

关键词：空气悬挂；轴距调节；接触应力；仿真分析中图分类号：U463.33

文献标志码：A

车轴间的目前市场上的半挂车通常需要3根或以上的车轴承载，如图1所示，在车辆制造过程中，距离、车轴与车架间位置关系的设定，对车辆的行驶性能及轮胎的寿命等有很大的影响［1］。为了防止车轴出现与行驶路线不平行的偏摆现象，往往需要在车辆安装调试时调整车轴悬挂系统的装配位置，对提高悬挂车轴系统的安装车轴平行度和轴距做出微调。为了降低车辆初期安装时对车轴的定位要求，

车辆可以在完成总装后对轴距重新调效率，半挂车空气悬挂往往设计了可实现轴距微调的调节机构，保证悬挂车轴系统达到最优使用状态。整修正，

图1挂车车轴安装示意图

1市场主流产品轴距调节机构原理目前市场上半挂车空气悬挂主要以德国及国内某品牌为主，采用的轴距调节机构分别为调节垫板

式及偏心垫圈式。

收稿日期：2019-03-11

作者简介：沈华林（1980-），男，湖南邵阳人，佛山市永力泰车轴有限公司工程师。

28佛山科学技术学院学报（自然科学版）第37卷1.1调节垫板式

调节垫板式调节机构主要包含：螺栓轴、导向轴套、调节垫板，如图2所示。其主要原理是：1）在悬

导向套两侧有倾斜一定角度的导向槽；挂支架上焊接一带水平方向长孔的导向套，2）调节垫板上有一与外形成一定角度的长形孔；3）调节垫板安装于导向槽内时，竖直方向的长孔和水平方向的长孔形成螺栓轴会在水平长孔内左右滑动，如图3所示，从而带动一通孔供螺栓轴穿过，当上下滑动调节垫板，车轴跟着移动，达到调节车轴平行度的目的。

螺栓轴调节垫板

导向套

图2调节垫板式图3调节垫板式轴距调节示意图

1.2偏心垫圈式

偏心垫圈、偏心垫圈套，如图4所示。其主要原理是：偏心垫圈式调节机构主要包含：螺栓轴、1）在

悬挂支架上焊接一带水平方向长孔的偏心垫圈套，水平长孔与圆形导向槽的中心存在一定的偏距；2）嵌于偏心垫圈套内的偏心垫圈设置有一竖直方向上的长孔，长孔与外圆中心同样存在一定的偏距；3）当转动偏心垫圈时，偏心垫圈竖直长孔与偏心垫圈套水平长孔组合成一通孔供螺栓轴穿过，螺栓轴会见图4，达到调节车轴平行随着竖直长孔偏摆的角度，在竖直长孔上左右滑动，从而带动车轴跟着移动，度的目的。

螺栓轴

偏心垫圈

偏心垫圈套

图4偏心垫圈式

1.3存在的问题及原因分析

以上所述的两种轴距调节机构巧妙采用了滑动和旋转的方式，方便快捷地实现螺栓轴在水平方向

出现了螺栓上的平移，从而实现了对车轴轴距进行微调的功能。但此两种结构在市场上的使用过程中，往往给车辆的安全及维修带来很大的麻烦，轴及轴套孔容易磨损的现象。出现磨损后，其主要问题为：不及时更换时，会给车辆带来严重的安全隐患；1）螺栓轴磨损后，直径变小，强度降低，2）焊于悬挂支架维修难度大。换，需重新更换悬挂支架，

调节螺栓轴位置的零件间组合成的孔为方如图3、图5所示，上述调节机构存在一个同样的问题，与组合孔仅有4处线接触，螺栓轴和孔或不规则的圆孔，螺栓轴穿射在中间时，因此在车辆承载状态，时间长了便会造成严重磨损的现象。轴套间的接触压强和接触应力非常大，

会造成车辆轮胎的异常磨损；上的导向套或偏心垫圈套在磨损后无法固定螺栓轴，且在磨损后无法更

第3期沈华林等：半挂车空气悬挂轴距调节机构优化设计29图5偏心垫圈式轴距调整示意图

2调节机构优化设计降低螺栓轴和轴套间的接触压为解决现有的机构缺陷，主要是在实现轴距调节功能调节的同时，

强和接触应力，可以通过增大各零件间的接触面积来解决。

在调节垫板式的结构基础上增加一个过渡方形套。调节机构主本文提出的机构优化结构主要是：

调节垫板、方形套，如图6所示。其主要原理是：要包含：螺栓轴、导向轴套、1）在悬挂支架上焊接一带水平方向长孔的导向套，导向套两侧有倾斜一定角度的导向槽；2）调节垫板上有一与外形成一定角度的竖直方向的长孔和水平方向的长孔组合形成一方孔；长形孔；3）调节垫板安装于导向槽内时，4）方形套供螺栓轴穿过；外形与方孔配合，中间有一圆孔，当上下滑动调节垫板时，方形套在水平长孔内左右滑动，如图7所示，从而带动螺栓轴、车轴跟着移动，达到调节车轴平行度的目的。优化后的结构，方形套与导向套、调节垫板间为四面接触，方形套与螺栓轴间为全圆弧接触，极大地降低了各零件间的接触应力；于此同时，方型套可采用材料较软的材料，磨损后可更换，维护快捷方便。

偏心垫圈套

螺栓轴

方型套

导向套

图6优化结构示意图图7调节机构示意图

33.1螺栓轴受力分析

调节机构受力及有限元分析验证空气悬挂在车辆行驶时，承受来自车轴的垂直正压力，连接车轴、前支架及气囊的导向臂受力状态

F1+F2=G，

（1）（2）

如图8所示，由力平衡方程［2］可得

求得导向臂轴孔所受压力F1=28091N，螺栓轴受导向臂轴孔的反作用力，F=F1=28091N。36000N。

式中：根据车轴轴载，G=60000N；L1=500mm；L2=380mm。

F1伊L1=F2伊2，

当车辆制动时导向臂轴受水平向后的制动拉力，一般取轴载的60%，此外，因此制动拉力f=60%G=

30佛山科学技术学院学报（自然科学版）L1=500

L2=380

第37卷F1

F2

G=60000N

图8导向臂受力简图

3.2有限元分析

调节板材料采用40Cr钢，考虑到导向在Solidworks上建立三维模型，螺栓轴、方形套采用45#钢，

材料采用20Mn2钢。套需要进行焊接，如图9所示支架与车架焊接，因此在支架上表面施加固定约束。车辆在行驶过程中承受垂直向上的载荷F及水平向后的制动力f，载荷施加如图9所示。

采用SolidworksSimulation进行有限元分析［3］，得到有限元分析按照调节机构的使用和受力状态，

结果如图10所示。从图10可以看出，整个调节机构的最大应力为273MPa。

vonMises〔N/mm^2〔MPa〕〕

27325022820518215913711491.168.345.522.80.00146

图9三维模型图10调节机构应力分布图

11可以看出，螺栓轴的最大应力为193MPa，调节板的最大应力为273MPa，导向套的最大应力为198调质后的屈服强度为370MPa，20Mn2钢调制后的屈服强度为590MPa［4］，可以满足零件的受力要求。

vonMises〔N/mm^2〔MPa〕〕

273

25022820518215913711491.168.345.522.80.00146

vonMises〔N/mm^2〔MPa〕〕

273

25022820518215913711491.168.345.522.80.00146

为了验证调节机构的各个零件的强度，分别将各零件的应力分布图提取出来，如图11所示。从图

MPa，方形套的最大应力为215MPa，从选用的材料来看，40Cr钢调质后的屈服强度为540MPa，45#钢

最大：273

vonMises〔N/mm^2〔MPa〕〕

273

25022820518215913711491.168.345.522.80.00146

vonMises〔N/mm^2〔MPa〕〕

273

25022820518215913711491.168.345.522.80.00146

图11零件应力分布图

第3期沈华林等：半挂车空气悬挂轴距调节机构优化设计314结语接触面积大，压通过以上分析，本轴距调节机构优化，方形套与方孔及螺栓轴之间间均为面接触，

方形套强小，受力均匀，不易磨损，增强了轴距调节机构装置的耐用性及空气悬挂使用的安全性。另外，减小维修的难度，降低了维护成本。改进采用较软的材料，避免其他零件的磨损，维护时可更换方形套，断裂的情况，得到用户的认可。后的结构已在市场上推广使用，未发生磨损，

参考文献：

［1］葛云杰.挂车轮胎非正常损耗的原因分析及对策［J］.商用汽车,2004（9）:91-92.［2］成大先.机械设计手册:第一卷［M］.6版.北京:化学工业出版社,2016.［3］陈超祥.SolidWorksSimulation基础教程［M］.北京:机械工业出版社,2012.［4］吴承建.金属材料学［M］.北京:冶金工业出版社,2009.

【责任编辑：周绍缨410154121@qq.com】

Optimaldesignofaxledistanceregulatingmechanismforsemi-trailerairsuspensionSHENHua-lin,CHENZhi-quan

（FoshanYongLiTaiAxleCo.Ltd.,Foshan528000,China）

Thesmallcontactareabetweentheregulatingpartoftheairsuspensionwheelbaseregulating

mechanismandtheboltshaftonthemarketatpresent,theregulatingpartandtheboltshaftareeasytowearout.Ifnotrepairedandreplacedintime,thetireswillpartiallywearrapidlywhichmayevencausedangeroustrafficaccidents,etc.Inviewoftheseproblems,thestructureoptimizationdesignofthewheelbaseregulatingmechanismiscarriedout.Byincreasingthecontactareabetweenrelatedpartsandreducingthewearbetweenparts,andcombiningwithSolidworksSimulation,thestructurebeforeandafteroptimizationissimulatedandcomparedtoverifythereliabilityoftheoptimizationscheme.

airsuspension;wheelbaseadjustment;contactstress;simulationanalysis