孙成龙

(坤泰车辆系统(常州)有限公司，江苏常州 213011)

0 引言

轴的扭转静强度分析是轴设计过程中的重要环节，也是评价轴在工作中所能承受最大扭矩的指标。目前大部分对于塑性材料轴的强度研究都是基于切应力比较法，文献[1-3] 中在进行轴的设计和校核时，主要是用计算得到的最大切应力与材料的许用切应力对比进行评价。

但是切应力比较法在计算轴的最大断裂扭矩时较保守。如图1中所示为理想弹塑性轴在扭矩不断增大过程中，切应力的变化分布图。在图1(a)和(b)阶段，轴的最大切应力小于或等于材料屈服切应力，应力在截面上是根据半径线性分布的，轴处于弹性范围内。随着扭矩的增大，在轴的截面上形成圆环形塑性区和小圆弹性区，如图1(c)阶段所示。当扭矩继续增大到最大值时，塑性区扩张到图1(d)阶段，此时轴进入完全塑性。图1中所示均为理想状态，在实际中，塑性区域中切应力也不相同，会根据实际材料的塑性参数变化。切应力比较法只用到了图1(b)阶段的情况，文献[4]中断裂轴案例分析时也提到了这种情况。

图1 弹塑性轴扭转时的应力变化分布图

本文作者从工程实用角度出发，提出了一种新的评价方法—转角扭矩法，用来确定轴的最大断裂扭矩。

1 仿真模型

如图2所示，实验室工装轴在实验过程中断裂，数据显示最大断裂扭矩为5 625 N·m，下面对轴进行有限元建模。

图2 轴的断裂截面图

在有限元分析中，网格划分方式的选择对计算要求和结果有很大的影响。……