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1、精品文档,仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除车轮螺栓、螺母受力分析汽车行驶时,汽车车轮承受汽车的重力、行驶中的滚动阻力,以及转弯时或在倾斜路面上产生的侧向力,汽车制动时还受到路面的制动力,随着车轮转动,路面对车轮产生的冲击力。相应地车轮螺栓、螺母也承受这些力,这些力构成车轮螺栓、螺母的交变循环应力。一、 车轮螺栓、螺母受力分析简图1、 车轮螺栓受力分析图下图为汽车车轮螺栓的受力情况。图中:G 后轴负荷(重力)通过轮毂作用于车轮螺栓上的力;N 地面反力通过轮辋作用于车轮螺栓上的力;FM1 杯形螺母拧紧时产生的对车轮螺栓的拉力(预紧力);FX 转向或侧倾时产生的侧向横力;FM 紧固螺母对FM1
2、的反作用力;FM2 紧固螺母对FX的反作用力;FW 汽车牵引力作用于车轮螺栓上的力;FS 汽车行驶阻力;FZ 汽车制动时产生的制动力;FG 轮毂对FZ的作用反力。其中,G=N,FX= FM2,FM1= FM,FW= FS,FZ= FG2、 车轮螺母受力分析简图下图为汽车车轮杯形螺母的受力情况。车轮球面螺母受力情况较为简单,略。图中:G 后轴负荷(重力)通过轮轮螺栓作用于车轮螺母上的力;N 地面反力通过轮辋作用于车轮螺母上的力;FM1 轮辋对车轮螺母的推力(预紧力);FX 转向或侧倾时产生的侧向力;FM 紧固螺母对FM1的反作用力;FM2 车轮螺栓对FX的反作用力;FW 汽车牵引力作用于车轮螺母
3、上的力;FS 汽车行驶阻力;FZ 汽车制动时产生的制动力;FG 通过轮毂传到螺母对FZ的作用反力。其中,G=N,FX= FM2,FM1= FM,FW= FS,FZ= FG二、 车轮螺栓、螺母受力情况分析(一)平行于车轮平面受力情况由于车轮螺母拧紧时,产生的预紧力作用在内、外轮辋及轮毂上,从而在轮辋与轮毂贴合面上产生巨大的摩擦力。而车轮受到的各种平行于车轮平面的力,如重力、阻力、路面冲击力以及制动力等,不全部是由车轮螺栓、螺母承受,它还要克服轮辋与轮毂之间摩擦力。也就是说,轮毂、半轴及桥壳也承受分担了上述各种力。1、车轮螺母拧紧预紧力计算:已知:M=51530N.m, D=37mm,d=33mm
4、,p=1.5,d2=19.025mm, =1.43763,螺纹副摩擦因数取0.35(无润滑油取0.3至0.4),=atg=19.29(取0.3时,=16.699)。单个车轮螺母拧紧预紧力为:=44848N(最小42235N)式中:M 车轮螺母拧紧力矩 车轮螺栓螺纹螺旋角 螺纹摩擦角 D 螺母球面接触大径d 螺母球面接触小径 d2 螺纹中径 摩擦因数,钢对钢取=0.15N900车每侧车轮螺栓数为6个,因此,每侧车轮螺母总的预紧力为:P=6P0=369088N2、轮辋与轮毂之间的摩擦力计算:轮辋与轮毂之间的最大静摩擦力为:F=P=55363.2N3、后轮最大垂直负载(冲击力)计算: N=1/2gk
5、G2=0.59.82.52500=30625N式中,g为重力加速度,k为过载系数(货车取2.5),G2为后轴满载轴荷。4、最大制动力计算: FZ=1/2gG2=0.59.80.82500=4900N式中,为路面附着系数,一般取=0.8。5、制动时重力与制动力的合力:F=13194N比较上面计算结果可以看出,路面最大冲击力最大。而轮辋与轮毂之间的摩擦力要比它大得多。一般货车正常行驶时,路面冲击力还要小些。6、车轮螺栓所受的剪切力计算: A、 螺栓联结件的许用剪切应力(参见GB3098.1-82):=720/5=144Mpa式中:为屈服极限,9.8级螺栓取720Mpa; 为螺栓联接的安全系数,对于
6、合金钢,一般取3.55B、 螺栓所受的剪切应力计算:车轮螺栓规格6-M201.5,机械性能等级9.8,螺栓受剪切处最小直径d0=19 S=d02/4=283.5 mm2单个车轮螺栓所受的剪切应力: =N/6S=30625/6/283.5=18N/mm2=144(二)垂直于车轮平面受力情况当汽车转向时,由于离心作用车辆发生侧倾,外铡车轮将受到一个路面反作用力向心力。当汽车行驶在倾斜路面上时,车辆也会侧倾,重力将产生一个与路顺平行的分力。此两个力都是车轮螺栓承受的侧向力。下图为车辆侧倾时车轮螺栓受力情况。以左侧车轮为例:当车辆右倾时,轮毂上部受挤,上方车轮螺栓受拉力小,下方车轮螺栓受拉力最大;当车
7、辆左倾时,轮毂下部受挤,上方车轮螺栓受拉力最大,下方车轮螺栓受拉力小。车轮螺栓所受拉力计算:下面计算当车辆右倾极限情况下,左侧车轮螺栓所受的拉力。当车辆在30横向斜坡路面上时,车轮螺栓所受的侧向力Fy=0.5G2。假设最下方螺栓所受的拉力为侧向力的一半:12250N车轮螺栓拉应力计算:已知,9.8级螺栓屈服强度为s=720 MPaF=FX+FM1=44848+12250=57098N=F/S=57098/283.5=201.4MPa螺栓拧紧时还受到扭矩所产生的扭剪应力:=120MPa根据材料力学第四强度理论(最大变形能理论),车轮螺栓最大应力为:=289.4 MPas=720 Mpa安全系数S=720/289.4=2.49三、 结论从以上分析可知,满载情况下,车轮螺栓强度没有问题。如果装配车轮螺母时,杯形螺母未拧紧,预紧力不够,从而造成轮辋与轮毂摩擦力过小,甚至造成内轮辋未与轮毂贴合。此时,上述各力均由车轮螺栓、螺母承受。【精品文档】第 页