车轴强度分析报告.docx

BUAA3707圆、方形非马区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 .分析目的二. 建模三. 车轴总体受力分析•圆轴管材料危险截面分析|：|1. C截面强度分析2. B截面强度分析3. D截面强度分析五. 方轴管材料危险截面分析1. C截面强度分析2. B截面强度分析3. D截面强度分析六. 强度校核和选材分析七. 结束语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Fy,同时制动扭矩Tb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 弹性基础上建立以下模型并进行强度分析车轴力学模型62s (L2*C1) .*制动刻（12）论距AA《13）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:半边车轴力学模型FbzA Fbv v u计算可得以下参数:FEZ=Fz=^Kd.G （其中电为动载荷系数，G为静态轴荷）（其中M为整车质量，近似计算可认为M二手,V、S表示车速为v m/s时的制动距离为S）待 8gSMb,二凡.辅=籍也T r Ip. GDv24=&.次=云（其中D为车轮外径）根据受力情况画出车轴弯短、剪力、扭矩图如下:竖直方向（XZ平面）水平方向（XY平面）扭矩图军轴弯扭组合受力分析四. 圆轴管材料危险截面分析I.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0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max=o得: Mc&RHI袖管ccIK面弯曲正应力分析则max二厂_ V2a 二 arctan―—— 2gSKd(2)剪切应力:Q点处有最大弯曲切应力：TmaxW=—T同时此处作用有扭转切应力：T（与Tmax W同向）T2^3Rq2Jf穿2+电2故巾JQ处Vmax -； ^Qt\Q(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：rl =田嚣一)J (4kd2 + 玉 Db ] ■忘OirOIlQ V \ b / KqQ点抗剪强度公式：傍）+（"」 + : < |y —罚Rq 2对R2 — L」Ro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：(山于B,C两处受力相似，在此不作详细 推导，只给出结果)z季圆输管小曜面弯曲正应力分析V2a二arctan2gSKd强度条件如下:-G2.R2.(i3-i2)2r ,田一』64亦丧2 [4kdT2+ +无矽苴［盘3薛(1) P处抗压强度公式:(2) P‘处抗拉强度公式：_RG(1s-12) vpl — 卫J(4kd"聂)幺皿］尊(3) Q处抗剪强度公式:Gv2 2 1 2T=x3R02 混 R2TjOC3.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点不再提供弯短，从而变为皎支点，此时系统变更如下：此时车轴受力情况如下:车轴弯扭组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：MeMeC " C车轴变形挠度图（其中 Mc=Mc，=G（%3 jQkd? + 聂））建立挠曲轴近似微分方程：「 Ad2 o>_Mcdj?-EF< >却普dx+C3 M 告 dxdx + cz d由边界条件3 (0)=0; 0 (D)=0可得：D=0； C二一婆(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WOC —Ka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My、Mm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:=MCg MCy _ 6阳(1&-・)甘+2窣kd)max-Wy — Sgs^-Ca-^)4!(a为车轴边长，&为壁厚)(2)切应力分析：Q处存在F”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:&4_（■一 ）4GD/2 + (3)强度条件:P点抗压强度公式:6的必-1。

尹+2gskd）＜「仃］~bW-s-研］~ - L sJP点抗拉强度公式:_ 6aG（lU（v2+2ggkd）.「 -max= ~8gs［a4-（a-3）4l~ - L bJQ点抗剪强度公式:Zf方轴管任虹面弯曲正应力分析Fsy方*1管任M面弯曲切田力.扭矩合成分析尸空蜜箜+ G/必E 16ga3(a-6)2a4—(a—3) 42. 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:二 6aG(l3-l^Xv2 4-2 gskd)之] max~ 8窣[&4-0-6)41 全 LS」P点抗拉强度公式:n _ mGQN-12)(y2/2gskd) E n8 浦E_S-S灼—Lb」Q点抗剪强度公式:「22霸普a4 —(■—3)4GW?+ — < [t]L6ga3(a—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:3=]****4]j(4kd2 +吾)六. 强度校核和选材分析（正在进行校验……）七. 结束语。