主轴作为重型车辆的关键基础零部件,其核心价值不言而喻。重型车辆有较大的载重量和体积,在复杂工况下,对传动主轴强度的考验非常突出。本文研究的主轴由于自身结构和使用空间尺寸的限制,经常导致在紧急起停时发生断裂。针对该主轴动力强度不足的弱点,本文首先对主轴进行了冲击扭转载荷下的强度简化分析,其次进行了主轴结构优化以提高主轴使用寿命。在主轴结构应力分析中,建立了主轴的简化分析模型,细化短轴端网格,进行网格收敛性分析。通过有限元数值模拟与理论分析相结合的方法,分析了退刀槽、长轴与短轴长度比以及短轴直径对主轴应力的影响。基于有限元数值分析方法,研究了渐开线花键压力角、齿根形状以及过度圆角半径对花键应力的影响,发现压力角为30°的圆齿根花键结构应力较小,且增大花键退刀槽与光轴连接处的过度倒圆角半径可以减小主轴结构Mises应力和环向切应力。由于加工误差的存在,对花键进行了齿厚容差分析。计算了花键齿厚服从正态分布时花键结构的应力分布离散度,给出了齿厚合理设计范围。为减轻主轴转动时内外花键接触的不均匀程度,对渐开线花键沿轴向进行变齿厚的修形设计。基于主轴花键齿面弹性扭转变形进行花键齿向修形曲线优化设计,通过齿面形状优化,降低了花键靠近轴干一侧的应力集中,花键齿面最危险区域的应力分布状况大为改善,有效地提高了主轴的使用寿命和抗冲击能力。最后,为了验证本文提出的主轴冲击动力学简化分析方法,对主轴受冲击扭转载荷下的极限情况进行动态数值模拟分析,发现花键齿根区域的动应力最大,与简化分析结果一致,验证了简化分析方法的可行性。原始设计的短轴端花键过度区域和花键齿根区域易出现早期的疲劳断裂和破坏,与实际情况完全一致。本文对重型车辆转动主轴冲击动力学进行了研究与分析,研究方法与研究结果对于改进重型车辆转动主轴强度和寿命具有指导意义。