经过对位移矢量图分析可得:固定端位移量较小,施加荷载端位移最大,从右到左依次增大而且在直径较小的位置,位移量变化较大。由等效应力图以及力的矢量图分析可得:在直径较小的端部,受应力最大,而且其实上下分布的其受到交变周期性荷载时,很容易产生周期性疲劳而断裂。而且在直径大小过度的位置受力不均匀且较大,花键处也产生受力不均匀的现象,由此可见,这些部位都是半轴的危险端面。我们在设计结构式应当尽量避免这些不利因素。
对策研究
对于半轴材料以及热处理工艺上,我们在选材时尽量选用含有铬的中碳钢如;40Cr、40CrMnMo、40CrMnSi、40CrMoA等,并且要确保材料所含杂质较小。对于加工工艺以及热处理工艺,根据半轴实际情况,半轴的型号,大小,长度,受力情况以及本身材料的情况下,对其运用合理的加工工艺以及热处理技术。比如早期的东风车桥半轴的解决
方案就是将半轴原来的调质改为正火处理以改善调质产生裂纹的缺陷,并通过改善制造,加强材料以及热处理的办法,提高半轴的综合力学性能。
对于半轴结构上的分析
全浮式半轴对其端部进行直径的合理设定,对于变直径截面处应当作出相应的性能强化,如加入某些元素,或者再进一步进行热处理工艺等。并应用过度处理,如加入倒角等,避免应力集中。
对半浮式半轴其作用力端部的受力以及变形量都很大,所以这些位置的直径应当较大,并对这些位置作出特殊处理,保证其综合力学性能较好。对于花键以及变直径截面处,我们分析可知其容易产生应力集中,我们应当运用倒角过度,并运用热处理工艺对其进行强化。由于半浮式半轴受多种力的作用下,所以其长度不应该太长,否则很容易使其垂直轴向的变形量过大而导致断裂。
结论
通过我们对全浮式半轴以及半浮式半轴的材料、热处理、加工工艺及受荷载分析可知,在选材上要尽量选用性能较好的材料,并且其含有的杂质要低,对与加工工艺则要求较小的表面粗糙度。而对于热处理上则要根据半轴的具体型号作出不同的热处理工艺要求。在结构上在要尽量减小变截面处的应力集中问题,在用倒角作为过渡。在轴两端应当相应的增大直径以保证其受较大作用力时不失效。在花键则要通过改善热处理工艺或者加入特殊元素一加强其力学性能。
由于作者能力有限,无法做到半轴受外部环境的影响,如温湿度等,所以本题还有很大的改进空间。
通过对上述的分析,对于汽车半轴的断裂现象我们有了大致的了解,并且提出了合理的方案,希望本文能够通过对半轴存在的问题分析与研究,是厂家在制造半轴时能够尽量避免以后汽车半轴断裂的现象。
参考文献
半浮式半轴断裂失效的ANSYS分析_董伟 半轴的断口分析和疲劳裂纹扩展_李维拥 40Cr钢汽车半轴断裂失效分析_金林奎 40Cr钢汽车半轴断裂失效分析_黄丽荣
东风车桥半轴早期失效原因分析与改善对策_左欣荣 ANSYS13.0从入门到实战张洪才何波
有限元基础理论与ANSYS11.0应用张洪信管殿柱 中国知网 百度文库 百度百科