汽车半轴断裂原因分析及对策研究 - 图文(2)

2019-08-30 15:35

标准,导致汽车半轴常常出现断裂的问题。所以我们首先对于半轴的选材上进行分析,找到其原因和解决方案。 半轴选材分析:

1)材料有杂质;通过电子仪器对断面进行观察,断口表面处存在许多非金属杂质,如条状硫化物与球状氧化物等。在汽车正常行驶时,半轴受到扭矩、弯矩、力等作用时,半轴中这些杂质会使得半轴各部分强度、刚度、弹性等性能不均匀,从而使得各部分受力不均,对于有杂质的地方容易成为疲劳源,从而在力的作用下使得疲劳源进行扩展,成为裂纹,最终使半轴断裂。

2)材料选取不正确

早期时,汽车半轴的材料使用40MnB等中碳合金钢,经过人们实验分析发现这类材料的强度、硬度偏低,特别是淬火层深度较浅且,而且随着半径的不同,淬火层深度差异很大,所以容易导致半轴在受力时,那些性能差、淬火层浅的位置产生裂纹从而使得半轴断裂等问题。

材料热处理问题

在对半轴断裂原因的分析时,我们发现热处理工艺对于材料的性能影响非常大。同种材料受不同热处理工艺的影响,其强度、刚度、弹性、塑性以及材料的综合力学性能差异较大。如果热处理工艺。以40Cr为例,如果热处理工艺不达标,其强度、硬度等都会不符合性能要求,而且其综合性能差,淬火层浅,使得半轴在受力很容易在低于预定受力范围以及周期作用力次数时,半轴就发生断裂的问题。 材料加工工艺

当在加工半轴时,因为加工设备精度变差,以及工人加工技术不达标时,很容易使得半轴的表面精度达不到预定的要求,而且很容易使其表面存在不平整,有小裂纹等问题,使得裂纹源的存在,从而使得半轴的使用时很快产生断裂的现象。

半轴结构上的分析;

我们将运用ANSYS有限元分析软件对于半轴结构上的影响进行分析。首先我们需要对半轴的一般结构进行了解,如;不同车型对半轴的类型使用不一样,而且半轴的受力情况也不一样。之后我们将运用软件对其进行不同情况下的受力分析,先运用PRO/E软件将半轴模型建立出来,再将其导入到ANSYS有限元分析软件中,对其施加荷载,分析在在荷载的作用下,半轴模型的受力情况,变形情况等。从而得出在受相同荷载的作用时,半轴结构上不同结构对半轴断裂的影响,从而找到其对应的对策,通过改变结构设计防止半轴断裂现象的产生。由于全浮式半轴和半浮式半轴两者的受力情况不一样,我们将分

别对它们进行受力分析。

全浮式半轴

全浮式半轴只承受扭矩,不承受任何反力和弯矩。所以其受力分析较为简单,我们以货车使用的某一型号的130系列半轴对其进行受力分析。

先在PRO/E软件中,依据图纸进行建模(在建模时为了在ANSYS中便于网格划分与分析我们将花键略去):

然后将模型导入到ANSYS有限元分析软件中,设定好单元为Tet 10node 92,其材料材料为40Cr,弹性模量:2.11E+11,泊松比:0.277 并进行网格划分。

网格划分好之后,在对模型进行荷载的施加。由于全浮式半轴只承受扭矩,不承受任何反力和弯矩。其受荷载作用力如下图:

在施加扭矩时,经过自己查找一定的资料,我们可以假设轴一端是固定的,在另一端施加力偶即可。所以我们的模型需要创建一个刚性梁单元:在模型一端外生成一个节点,设定其单元属性为MPC184.Rigid Bean(刚性梁)。设定一端底面约束所有自由度,另一端施加一个方向为指向轴线的扭矩。根据我们在网上查找的资料显示,我们所建立的轴型模型,为货车使用的半轴,其在空载正常行驶时的扭矩大约为800~1500N/m,当火车在载货正常行驶时扭矩大约为:3000~4500N/m,


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