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1、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 41. 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41. 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413 / 11一. 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
2、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）Fz, 制动时来自地面的纵向载荷E，同时制动扭矩Tb作用丁轴端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。车轴力学模型'Fy三. 车轴受力分析由丁车轴结构的对称性，取半边模型进行受力分析，得出受力图如下:半边车轴力学模型BVI t ! 11 VI tint* ! 11计算可得以下参数:（其中Mv2 Gv22G （其中M为整车质量，近似计算可认为 M,0S 4gS官U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）
3、点 Mv2 13-12 GVZ03-12）= *"=一.Gv%司st8gS8gSn="一4T r ln GDv2 1r=Fv，-D 二(其中 u y 2 8gsD为车轮外径）根据受力情况画出车轴弯矩、剪力、扭矩图如下:水平方向(XY平面)矩图车轴弯扭鲍合受力分析四. 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, 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。+则由车轴弯扭组合受力分析易知C圆轴管GC截面弯曲正应力分析求其极大值，令 a max=0导:顷航：_：_则】. =闹丁max i2 j Ly 12v2:=arc
4、tan2gSK(j(2)剪切应力：京亍,PIQ点处有最大弯曲切应力：V ,前=max男磷.Tmax®同向)同时此处作用有扭转切应力：=-1 2ji5R02故而Q处(3)由以上分析可知P,P' ,Q三处为危险点，其中P处易压波，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：G2梅一牌 64ir2 Ro662 g2.r2"o3-1i)z64* Ro652P'点抗拉强度公式：【：】*4仃亓，：7仁=""*泊广们Q点抗剪强度公式：T圆轴管BB截而弯曲正应力分析:二u12. 若考虑实际车轴与车轮的复杂连接结构，以及连接件
5、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)"二、-匚一-V2:-=arctan2gSKd强度条件如下：(1)P处抗压强度公式：= 二"； 7；''2 Al o4dl Kq 0g J / H Kq u"；¥?Q*H(2)P '处抗拉强度公式:rt RGQ-lz) 1=-.(3)Q处抗剪强度公式:j管+(必Gjk5R03. 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
6、变化。在焊缝破坏后，C点不再提供弯矩，从而变为皎支点，此时系统变更如下：半边车轴修正力学模型ZA此时车轴受力情况如下:扭矩图BCD车轴弯扭蛆合受力分析此时易知车轴中点D处承受较大弯矩，并发生较大弯曲变形。由丁承受弯扭 组合力作用，D处抗拉、抗压以及抗扭强度同 C处，但由丁两悬挂支点之间距离 较大,D处将发生较大弯曲变形：Ll车轴变形挠度图（其中i=¥j（&+京）建立挠曲轴近似微分方程：rad2(o_M£dx2 EldtO m9 =Jdx + Cdx EI3 =j普 dxdx-cx+D一-Mrli由边界条件3 (0)=0; e (D)=0可得：D=Q Ch岩_MCX2
7、 McIt求得：3 =T-TX故D处挠度：3 = 一虹驾 64En5 Rq（负号代表挠曲轴为凸曲线）1由上式知，在不改变固定形式情况下，D点弯曲变形量虹0五.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:在队,、两个方向弯矩组合作用力下，易知处存在最大压应力，P'处存在最大拉应力，其值相 同，为：0 _Mcz MCy = 6aG(q-k)(v2+2gskd)'二'""f舞费佥芽(a为车轴边长，&为壁厚)(2)切应力分析:Q处存在与F皿叠加的较大弯曲切应力，同时受扭
8、矩T作用，故受较大切应力,其值为:Gv2物顼(斜半)a4-(a-6)4GD轮俨+ 16gs6(a-8)2方轴管任意截面弯曲正应力分析ItIII!方轴管任意截面鸾曲切应力、用矩合成分析P'(3)强度条件:P点抗压强度公式：-蘸技论明P'点抗拉强度公式：-整®灸垢|LQ点抗剪强度公式：.=i +"，I a4-(a-3)416gs6(a-5)2 一 °max2.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：ii / ii=QLf "'*"：-溶£""十.一咄Q点抗剪强度公式：=f f , +f"lI a4-(a-5)416gso(a-0)2 一 3.对丁 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:3GQ311)11Z 16Ea4-(a-5)4六. 强度校核和选材分析(正在进行校验 )七. 结束语