指导教师评语签名年月日车辆动力传动系统的失效案例万向节叉和传动轴.,.,.,储玲艳译来源.,.,摘要组成车辆动力传动系统的几个部分，有时会遇到意外的失效。些常见失效可能是由制造和设计的故障，维修故障，原料故障，材料加工故障，以及用户产生的故障等原因造成的。在这项研究中，进行了万向节叉的断裂分析和汽车传动轴动力传动系统的分析。每个部件进行光谱法分析金相分析和硬度测量。也用有限元法对需要测定应力条件的失效的部分进行应力分析。关键字驱动轴万向节叉故障分析动力传输.导言引擎产生的扭矩通过些修正后，传输到后轮从而使车辆运动。车辆的动力的转换和修正系统被称为动力传动系统。根据车辆的不同驱动类型，传动系统的布置方案可分为前轮驱动，后轮驱动或四轮驱动。图给出前轮和后轮驱动的动力传动系统的组成部分。在系统中，主要包括离合器传动系统万向节差速器驱动轴和轮胎。每个组成都有很多不同的设计和取决于车辆品牌的工作性能。研究在汽车中的常见故障类型，并表明传动系统的故障约占汽车所有故障额。些常见的故障原因可能是制造和设计的故障维修故障原料故障，以及用户使用的故障。根据各种故障情况，研究人员研究了组成传动系统构件的故障。在以前的研究中，分析了差速器中个小齿轮轴的故障原因。等人研究四轮驱动车动力传动系统的应力和寿命计算。研究人员研究了关于驱动器轴的问题。在这些问题中，进行了关于失效轴的研究，通过数值分析技术获得轴应力。和调查拖拉机后桥上的疲劳裂纹。他们观察到轴上裂缝的主要原因是发生在轴上的循环应力。的轴上发现有热处理不当引起的失效，而且普遍在键槽位置断开。图传动系统的组成对可替代产品的设计研究已经开始。而作为后轮驱动车辆的最大组成部分的传动轴，其生产研究也已经开始。等人提出铝基复合材料的轴。他们用有限元技术对轴进行模拟的应力分析。通过使用单个的而不是常规的两个部分的轴的能够减轻的重量，并且增加扭矩传输能力。此外，新型的轴有较低的腐蚀性环境的影响。在图中可以看出，传动轴连接着变速器和差速器里的万向节的小齿轮轴。和对万向节的设计进行了研究。他们给出了些关于万向节公差的配置设计和优化设计的意见。驱动轴用于传输从差速器到车轮的运动，是车轮与轴起运动。在轴的工作过程中发生扭转弯曲和般的作用力。由此产生了周期性作用在轴上的剪应力。对于运动的车轴，路面对车轮额支持力和提供驾驶的牵引力与车轴套管内的车轴集线器和滚子轴承的支撑有关。半轴位于驱动桥的两侧，将运动传到车轮。基本上有三种不同方法的支承轴轮毂上后轴套管，分为半浮式半轴浮式半轴和全浮式半轴。图给出半浮式半轴。另外，万向节由两个锻造的万向节叉或者联轴组成，它们互相耦合且互相垂直，由个十字轴将这连个万向节铰链在起。因为十字轴是垂直的，所以在每次旋转运动中，在角运动只有半联合的时候，会有四个极限位置出现。也就是说，在次旋转运动中，十字轴在这四个极限位置之间运动，输出轴的转速也因此增加或减少两次。十字轴和万向节叉之间的镗孔的最小摩擦，由坚硬的十字轴和压入镗孔的轴承端盖之间的滚针所限制。在此研究中，也开始了汽车传动系统中的传动轴和万向节叉的断裂的分析图和。每个部分进行了光谱法分析金相分析和硬度测量。对于失效部分，还用有限元分析法进行了应力条件的测定分析。图轴轮的设计图万向节的结构.动力传动系统故障分析.案例万向节叉的疲劳失效分析万向节的失效，是因为万向节叉的边断裂图。技术绘图和万向节叉的整体尺寸如图中。初步观察表明，故障发生是疲劳过度的结果。根据光谱分析的结果，所含化学成分如表中。根据这些显示的成分，在文献中是普遍认可的标准钢。是种低合金钢材料。典型的力学性能是的拉伸强度和的屈服强度。根据强度级别，低合金钢具有很好的强度，韧性和延展性。与普通材料不同，低碳钢具有优异的强度和足够的韧性，因此，广泛用于汽车制造和卡车上。低合金钢在汽车中的些其他典型有传动轴轴齿轮和弹簧。罗克韦尔获取了万向节叉的硬度值，万向节叉三个不同位置的平均硬度值为.。通过金相研究观察到微观组织如图。从图中可以看出，微观结构中包含珠光体和铁素体。根据硬度值可以推断出，材料不淬火是为了保护材料的韧性。空气的冷却导致了细珠光体的产生。从放大图可以看到，细珠光体周围的铁素体。.有限元分析在故障区域，为了确定应力分布进行了可能的设计改进和有限元应力分析。.机械模块应用于建模的整个过程。图断裂的万向节叉表轭材料和的比较轭材料构建几何模型之后，可通过输入获得材料的力学性能弹性模量，泊松比.进行静态应力分析。图给出了实体模型有限元网格应力值的分布以及失效万向节和应力分析结果的比较。在安装位置，如十字轴的安装，其扭力矩为。图万向节的微观结构图万向节的有限元分析以及失效部分然而根据车辆的速度和载荷的变化，这些值将有所改变，且作为车辆起初的最大值。而且，也是转速。元素在有限元网格的布置中运用。总共有,的元素和,的节点。当车行使了大约，也就是说负载次数超过了次，需要考虑到材料的问题，标准的疲劳极限估算过程抗拉强度半的拉伸强度与大小校正系数，加载校正系数和表面粗糙度修正系数在和。因此，万向节应在极限强度下加载。但是，从图和中可以看出，最高的应力如箭头所示发生在万向节叉裂缝开始的位置。在高应力的作用下，可能会出现裂纹繁殖区，从而出现了表面裂纹。经过裂纹繁殖期后，万向节叉会完全断开。.案例驱动轴的疲劳失效技术分析的示意图和失效轴的照片见图。轴承及法兰连接处发生的断裂图。图技术分析的示意图和失效轴的照片图轴承及法兰连接处发生的断裂表与轴材料的化学分析轴材料光谱法分析表明这种材料是种低合金硼钢的材料表。不过普通碳钢都相对较低的成本，但有些限制，其中包括低强度低深淬透性低抗氧化和腐蚀和差影响耐低温。为了克服纯碳钢的不足之处，合金钢包含合金元素，可以改善它们的属性。合金钢的成本般高于普通碳钢，但对于许多应用要求来说，合金钢唯可以用来满足工程要求的材料。合金钢的主要添加元素是锰镍铬钼和钨。有时添加其他元素包括钒钴硼铜铝铅钛铌。相比常规淬火和回火的钢，硼钢有几个好处，比如更好的成形性能。硼钢可以作为高强钢结构用于各种各样的场合，比如耐磨板，筛板，冲孔的工具，黑桃刀锯片履带和农业机械。为了确定适用于轴材料的硬化处理，在交叉的部分进行了硬度测量。从表面到内部，每测量次。在表面测量也如此。结果如表。这些硬度值只能通过表面硬化技术获得。在本案中，技术可能是诱导之或火焰硬化。请注意外表面硬度比内部硬度低约。这种情况可能是由于过度加热和错误地应用的热处理导致碳含量下降而造成的。上面，硬度达到，然而内部区域的硬度值会更低。这就有必要取得强硬的内部和坚硬的表面。钢的典型值的抗拉强度和屈服强度油淬火和回火在是大约分别和。表截面位置上的硬度测量值到表面的距离表面硬度值金相研究中还发现在的表面区域的碳含量递减。图显示了传动轴的交叉部分到表面的微组织图和到中心内部的微组织图。晶界可以很容易观察到，这表明微观结构的碳含量很少。结构是由多边形铁素体组成的，有时好的纹理中存在粗糙的部分。这也表明高温处理导致了粗糙纹理的产生。图显示硬化区域的微观结构。结构由马氏体和铁素体组成。表面在高温的影响下，转向回火马氏体的形态。另外，图显示交叉部分中心的微结构。在这种情况下，该结构包含珠光体和铁素体。图传动轴到各部分的微观组织图断裂表面应力分析结果和金属手册中断口映射图断裂的表面有疲劳迹象。图显示了断裂表面应力分析结果和金属手册中断口映射图。手册表明疲劳进程是个低应力和温和的应力集中的旋转的弯曲过程。在这种情况下，理论上的应力集中系数为.。疲劳裂纹源于表面的多个点上。尤其是交叉部分受到高强度的地方。.有限元分析进行应力分析来确定在失效部分的应力分布，并通过有限元分析技术设计进行可能技术上的改进。建设几何模型后，像万向节叉样进行静应力分析。负载是横向弯曲负载，包括全车重量和转向轮的扭矩。然而，在实际道路条件下，负载很可能发生变化，然后根据组件的分析值，确定可能性负载值的极限值。几何模型有限元模型及应力分析结果如图中。图还给出了在失效部分中的应力分布的截面视图。网格由元素和节点组成。弯曲和扭转力矩是在轴和轮的位置的联结处。边界条件应用在轴承及齿轮耦合的位置。从这两个数字可以看出，最高应力出现在节叉失效部分的外层区域。然而，这些压力不具有对称的特征。它们尤其集中在裂缝开始位置。这种材料的疲劳极限还可以达到接近的拉伸强度，远高于节叉失效部分的最大应力。但是，来自道路表面不规则的可能冲击力可能会减少疲劳极限。热处理不当也可能导致疲劳极限的减少。当里程到达，或完成的负载，部件可能会失效。通常这些部件会设计为高安全度并能坚持到报废汽车的时候。图失效部分中的应力分布的截面视图.结论在这项研究中，分析了两例在乘用车的动力传动系统中的组件的疲劳故障的案例。进行了些实验和数值模拟调查。结论如下这两种故障是由于疲劳过度引起的。万向节的裂缝开始位置对应的最高应力点处。对失效的预防可以考虑改善万向节的设计。传动轴故障主要是由于热处理不当产生的，但是失效和裂缝开始的位置也是最高应力点处。轻度的应力集中也会加快失效的速度。参考文献...,.