主题:【原创】关于古代车辆车轴与实用金属关系的讨论 -- ziyun2015
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家园 车轴的力学分析

楼主和桥上等网友讨论古代车轴和可能的材料,我个人认为步骤太快了。我想从力学角度分析一下。这些都是20多年前学的,万一记忆错误还请大家指正。

记得当年学理论力学,材料力学和机械设计,我们一般是三步走。第一步是受力分析,第二步是应力计算,第三步根据应力计算的结果确定材料和设计,其中第二和第三步可以循环迭代。具体到古代车子都依靠人力或畜力驱动,没有发动机,所以车轴是不传递扭矩的轴,英语是axle,而现代汽车的驱动轴传递扭矩,英语是shaft。很明显现代驱动轴承受的载荷更大,属于弯矩和扭矩叠加在一起的复合载荷,这样的载荷对轴的具体要求是内韧外刚,经过调质处理,并表面硬化的中碳钢是最好。

在排除驱动轴之后,还有两种办法把车轮和车身连接在一起。其一是车身下部固定一个梁,在梁的两头套上轴承,车轮套在轴承上。这样梁和车身固定连接,车轮在梁上转。这种情况,车梁因为不转动,所以只受静止的弯矩,基本上就是梁的上半部受压应力,下半部受拉应力,鉴于木头受压比受拉能力强,对梁的下半部加强就好了。其二是车轮固定在车轴上,车轴通过轴承固定在车身上,车轴相对于车身转动,但是车轴和车轮间无相对转动。这种情况车轴主要承受变化的弯矩,也就承受变应力具体到车轴的某一点,它转到上方的时候受压应力,下方的时候受拉应力,中间位置时由弯矩产生的应力是零。变应力比静应力对材料的要求高,所以车轴的材料应该比车梁的要求高。当然这两种解决方案都用到轴承,轴承的受力也类似。

通宝推:桥上,
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