車輪螺栓受力分析.doc

車輪螺栓、螺母受力分析汽車行駛時，汽車車輪承受汽車的重力、行駛中的滾動阻力，以及轉(zhuǎn)彎時或在傾斜路面上產(chǎn)生的側(cè)向力，汽車制動時還受到路面的制動力，隨著車輪轉(zhuǎn)動，路面對車輪產(chǎn)生的沖擊力。相應(yīng)地車輪螺栓、螺母也承受這些力，這些力構(gòu)成車輪螺栓、螺母的交變循環(huán)應(yīng)力。一、 車輪螺栓、螺母受力分析簡圖1、 車輪螺栓受力分析圖下圖為汽車車輪螺栓的受力情況。圖中：G 后軸負荷（重力）通過輪轂作用于車輪螺栓上的力；N 地面反力通過輪輞作用于車輪螺栓上的力；FM1 杯形螺母擰緊時產(chǎn)生的對車輪螺栓的拉力（預(yù)緊力）；FX 轉(zhuǎn)向或側(cè)傾時產(chǎn)生的側(cè)向橫力；FM 緊固螺母對FM1的反作用力；FM2 緊固螺母對FX的反作用力；FW 汽車牽引力作用于車輪螺栓上的力；FS 汽車行駛阻力；FZ 汽車制動時產(chǎn)生的制動力；FG 輪轂對FZ的作用反力。其中，G=N，F(xiàn)X= FM2，F(xiàn)M1= FM，F(xiàn)W= FS，F(xiàn)Z= FG2、 車輪螺母受力分析簡圖下圖為汽車車輪杯形螺母的受力情況。車輪球面螺母受力情況較為簡單，略。圖中：G 后軸負荷（重力）通過輪輪螺栓作用于車輪螺母上的力；N 地面反力通過輪輞作用于車輪螺母上的力；FM1 輪輞對車輪螺母的推力（預(yù)緊力）；FX 轉(zhuǎn)向或側(cè)傾時產(chǎn)生的側(cè)向力；FM 緊固螺母對FM1的反作用力；FM2 車輪螺栓對FX的反作用力；FW 汽車牽引力作用于車輪螺母上的力；FS 汽車行駛阻力；FZ 汽車制動時產(chǎn)生的制動力；FG 通過輪轂傳到螺母對FZ的作用反力。其中，G=N，F(xiàn)X= FM2，F(xiàn)M1= FM，F(xiàn)W= FS，F(xiàn)Z= FG二、 車輪螺栓、螺母受力情況分析（一）平行于車輪平面受力情況由于車輪螺母擰緊時，產(chǎn)生的預(yù)緊力作用在內(nèi)、外輪輞及輪轂上，從而在輪輞與輪轂貼合面上產(chǎn)生巨大的摩擦力。而車輪受到的各種平行于車輪平面的力，如重力、阻力、路面沖擊力以及制動力等，不全部是由車輪螺栓、螺母承受，它還要克服輪輞與輪轂之間摩擦力。也就是說，輪轂、半軸及橋殼也承受分擔了上述各種力。1、車輪螺母擰緊預(yù)緊力計算：已知：M=51530N.m， D=37mm，d=33mm，p=1.5，d2=19.025mm， =1.43763，螺紋副摩擦因數(shù)取0.35（無潤滑油取0.3至0.4），=atg=19.29(取0.3時，=16.699)。單個車輪螺母擰緊預(yù)緊力為：=44848N（最小42235N）式中：M 車輪螺母擰緊力矩 車輪螺栓螺紋螺旋角 螺紋摩擦角 D 螺母球面接觸大徑d 螺母球面接觸小徑 d2 螺紋中徑 摩擦因數(shù)，鋼對鋼取=0.15N900車每側(cè)車輪螺栓數(shù)為6個，因此，每側(cè)車輪螺母總的預(yù)緊力為：P=6P0=369088N2、輪輞與輪轂之間的摩擦力計算：輪輞與輪轂之間的最大靜摩擦力為：F=P=55363.2N3、后輪最大垂直負載（沖擊力）計算： N=1/2gkG2=0.59.82.52500=30625N式中，g為重力加速度，k為過載系數(shù)（貨車取2.5），G2為后軸滿載軸荷。4、最大制動力計算： FZ=1/2gG2=0.59.80.82500=4900N式中，為路面附著系數(shù)，一般取=0.8。5、制動時重力與制動力的合力：F=13194N比較上面計算結(jié)果可以看出，路面最大沖擊力最大。而輪輞與輪轂之間的摩擦力要比它大得多。一般貨車正常行駛時，路面沖擊力還要小些。6、車輪螺栓所受的剪切力計算： A、 螺栓聯(lián)結(jié)件的許用剪切應(yīng)力（參見GB3098.1-82）:=720/5=144Mpa式中：為屈服極限，9.8級螺栓取720Mpa； 為螺栓聯(lián)接的安全系數(shù)，對于合金鋼，一般取3.55B、 螺栓所受的剪切應(yīng)力計算：車輪螺栓規(guī)格6-M201.5，機械性能等級9.8，螺栓受剪切處最小直徑d0=19 S=d02/4=283.5 mm2單個車輪螺栓所受的剪切應(yīng)力: =N/6S=30625/6/283.5=18N/mm2=144（二）垂直于車輪平面受力情況當汽車轉(zhuǎn)向時，由于離心作用車輛發(fā)生側(cè)傾，外鍘車輪將受到一個路面反作用力向心力。當汽車行駛在傾斜路面上時，車輛也會側(cè)傾，重力將產(chǎn)生一個與路順平行的分力。此兩個力都是車輪螺栓承受的側(cè)向力。下圖為車輛側(cè)傾時車輪螺栓受力情況。以左側(cè)車輪為例：當車輛右傾時，輪轂上部受擠，上方車輪螺栓受拉力小，下方車輪螺栓受拉力最大；當車輛左傾時，輪轂下部受擠，上方車輪螺栓受拉力最大，下方車輪螺栓受拉力小。車輪螺栓所受拉力計算：下面計算當車輛右傾極限情況下，左側(cè)車輪螺栓所受的拉力。當車輛在30橫向斜坡路面上時，車輪螺栓所受的側(cè)向力Fy=0.5G2。假設(shè)最下方螺栓所受的拉力為側(cè)向力的一半：12250N車輪螺栓拉應(yīng)力計算：已知，9.8級螺栓屈服強度為s=720 MPaF=FX+FM1=44848+12250=57098N=F/S=57098/283.5=201.4MPa螺栓擰緊時還受到扭矩所產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力：=120MPa根據(jù)材料力學(xué)第四強度理論（最大變形能理論），車輪螺栓最大應(yīng)力為：=289.4 MPas=720 Mpa安全系數(shù)S=720/289