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拖车牵引机构有限元分析
石鑫鑫,何宝俊,毛立，彭亚运，周璇
东风特种装备事业部（东风越野车有限公司）军车研发院
摘要:道路车辆牵引车与牵引杆挂车需安装挂车机械连接装置。在车辆不同工况下，牵引机
构在不同方向上承受不同的拉力与压力。为满足工艺要求，牵引机构进行设计方案变更。
为预测更改后的牵引机构工作时在连接点、受力接触点应力水平，建立了拖车牵引机构有
限元强度分析模型。通过Abaqus优秀的分析能力和模拟复杂系统的可靠性进行有限元计
算，分别得到了两套设计方案不同工况下，米塞斯应力、接触应力分布情况和应力峰值。
关键词:牵引机构，有限元，Abaqus，米塞斯应力
1.引言
牵引结构作为牵引车与挂车之间的连接机构对强度有较高的要求，在设计或设计变更中需
充分考虑牵引机构的安全系数。通过有限元分析计算可以得到牵引机构相应的设计数据需
求及设计方案参考，可以更快更准确的完成机构设计工作，避免大量重复修改工作。
Abaqus被广泛地认为是功能最强的有限元软件，可以分析复杂的固体力学系统。Abaqus软
件的计算收敛速度较快，并更加容易操作和使用，在日常有限元分析计算工作中作为首选
工具。在东风军车牵引车挂车研发过程中，为满足工艺要求，需对牵引机构设计做适当调
整，为确定设计方案的强度需求，对不同方案的牵引机构在不同工况下进行整体强度的有
限元分析。
2.牵引机构结构及工况分析
在建立有限元强度分析模型前对模型进行结构分析，确定对牵引机构位置方向对应不
同工况的加载力，理清有限元分析思路，为有限元模型建立，计算结果提供前提条件。
2.1牵引机构结构分析
牵引机构分为五个部分如图1所示：
挂钩：与挂车箱连接
套筒：与挂钩接触运动
销轴1：与套筒接触
销轴2：与挂钩轴承接触运动
支架：用于牵引机构固定
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1
图1.牵引机构
2.2牵引机构工况分析
牵引机构在车辆前进与后退中，在X方向承受了牵引之间的水平力，在Z方向承受了
垂直力V。根据国际法规ISO12357规定，值是通过计算牵引车和拖车之间产生的纵向力
确定的比较值。以千牛表示，并由公式（1）计算。
∙
=∙
+
（1）
其中
T是牵引车的最大设计总质量
C是由装载至其最大设计总质量的中轴挂车的车轴传送至地面的质量
g是重力加速度g=9,81m/2
V值是通过计算牵引车和拖车之间产生的垂直力来确定的比较值。它以千牛顿表示，并由
下列方程式计算（2）计算。
2
=∙∙
2
（2）
其中
a是耦合点的等效垂直加速度，取决于悬浮液的种类量
1=1,8m/2适用于配备空气悬架或等效装置的车辆，
2=2.4m/2其他悬挂的车辆，
x是拖车装载区域的长度，单位为米（如图2）。
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l是理论牵引杆长度，即牵引杆孔中心与车轴总成中心之间的距离，单位为米（如
图2）
2
=≥1,0（如果结果小于1,0，则使用的值应该至少是1）。
2