车轴强度分析报告

BUAA3707

圆、方形非驱动车轴强

度分析报告

王岩石娇

2010-10-07

指导教师：王玉慧

目录

一.分析目的 (1)

二.建模 (4)

三.车轴总体受力分析 (4)

四.圆轴管材料危险截面分析 (4)

1.C截面强度分析 (5)

2.B截面强度分析 (5)

3.D截面强度分析 (5)

五.方轴管材料危险截面分析 (4)

1.C截面强度分析 (5)

2.B截面强度分析 (5)

3.D截面强度分析 (5)

六.强度校核和选材分析 (4)

七.结束语 (4)

一.分析目的

通过对车辆行驶状态下前轴工况的受力分析，找出材料危险截面，从而得出不同形状材料的车轴强度与可控参数的关系公式。

二.模型

将车轴简化为以下力学模型：在存在静载荷、动态附加载荷以及车轮紧急制动工况下，车轮轮心受来自地面的垂向载荷（由静载荷和动态附加载荷组成），制动时来自地面的纵向载荷，同时制动扭矩作用于轴端B。

车轴材料满足材料力学基本假设：连续性假设、均匀性假设、各向同性假设。在线弹性基础上建立以下模型并进行强度分析。

三.车轴受力分析

由于车轴结构的对称性，取半边模型进行受力分析，得出受力图如下：

==.G

(其中为动载荷系数，G为静态轴荷)

=≈

v、S表示车速为v m/s时的制动距离为S）

=≈

≈

=

=

=

（其中D为车轮外径）

根据受力情况画出车轴弯矩、剪力、扭矩图如下：

四.圆轴管材料危险截面分析

1.若认为车轴材料各处相同且各向同性，则由车轴弯扭组合受力分析易知C 处截面为危险截面，对其进行强度分析：

(1)弯曲应力：

最大弯曲正应力发生在第二、四象限。

= +

求其极大值，令σmax=0得：

=

则=

=arctan

(2)剪切应力：

Q点处有最大弯曲切应力：=

同时此处作用有扭转切应力：=（与同向）

故而Q处= +

(3)由以上分析可知P,P’,Q三处为危险点，其中P处易压溃，P’处易拉断，Q处易剪断。从而得出以下强度公式：

P点抗压强度公式：

=[]

=[]

P’点抗拉强度公式：

=[]

Q点抗剪强度公式：

= + []

2.若考虑实际车轴与车轮的复杂连接结构，

以及连接件材料差异，需对B处应力进行分

析和校验：（由于B,C两处受力相似，在此不作详细

推导，只给出结果）

=

=arctan

强度条件如下：

(1)P处抗压强度公式：

=[]

=[]

(2)P’处抗拉强度公式：

=[]

(3)Q处抗剪强度公式：

= + []

3.对该系统分析易知，悬挂支点C处承受较大弯曲应力。参考实际结构的承力限度（主承力为焊接结构），故应考虑在悬挂支点焊接处产生破坏或疲劳损坏后车轴的系统形式变化。

在焊缝破坏后，C点不再提供弯矩，从而变为铰支点，此时系统变更如下：

此时车轴受力情况如下：

此时易知车轴中点D处承受较大弯矩，并发生较大弯曲变形。由于承受弯扭组合力作用，D处抗拉、抗压以及抗扭强度同C处，但由于两悬挂支点之间距离较大，D处将发生较大弯曲变形：

（其中==）建立挠曲轴近似微分方程：

=

θ==

ω=

由边界条件ω(0)=0;θ(D)=0可得：D=0；C=求得：ω=

故D处挠度：ω=

(负号代表挠曲轴为凸曲线)

由上式知，在不改变固定形式情况下，D点弯曲变形量ω

五.方轴管材料危险截面分析

1.若认为车轴材料各处相同且各向同性，则由车轴弯扭组合受力分析易知C处截面为危险截面。

(1)正应力分析：

在、两个方向弯矩组合作用力下，易知P

处存在最大压应力，P’处存在最大拉应力，其值相同，为：

= =

（a为车轴边长，为壁厚）

(2)切应力分析：

Q处存在与叠加的较大弯曲切应力，同时受扭矩T作用，故受较大切应力，其值为：

= +

(3)强度条件：

P点抗压强度公式：

=[] P’点抗拉强度公式：

=[] Q点抗剪强度公式：

= + []

2.当考虑B处复杂材料及结构时，需给出该处的强度公式：P点抗压强度公式：

=

[]

P’点抗拉强度公式：

=

[]

Q点抗剪强度公式：

= + []

3.对于C处悬挂支点焊缝受破坏后的系统分析与圆轴类似，结果为D处挠度：ω=

六.强度校核和选材分析

（正在进行校验……）

七.结束语

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