车轮螺栓受力分析

1、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的反作用力；FM2 紧固螺母对FX的反作用力；F

2、W 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上的力；FS 汽车行驶阻力；FZ 汽车制动时产生

3、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=515±30N.m， D=37mm，d=33mm，p=1.5，d2=19.025mm

4、， =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=6×P0=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=1/2g·k

5、·G2=0.5×9.8×2.5×2500=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=1/2g··G2=0.5×9.8×0.8×2500=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-

6、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-M20×1.5，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

7、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=72