资源描述
1 of a of a AE AE is a to a by In a of a of of a 00 km of by of a in a As a a of of 2 1. he AE is a to a by is a by a 600 cc by is to a is to at to at on of in to a of is to on of to by 1,2. 1 to of V to As to or is a of on 3,4. or to 2,46. 1. V to On of a is In a of a by of by of on 00 km of of 00 a of In an is in to of 3 2. he on of of to to 7 0mm of V of As a in 0 EM s to of of up 200 up EM on on to in of of of CV E E a at as as of V 2 of of V on 4 V to On of a is 3. (a) on of to of A of is b) of of 5 3. 3a of to of a of of V in of a to 2,5,6 to a at to to of at mm of to of is in 3b. be to a of V 8. 4 of An A 9 4. of 6 4. of 4 EM as 5. at to at a at of of to a of to as 5a, 5 in 6 a of to a of to as 7. In it is to of et 3 to a to A 10 as 140 5. (a) to (b) at a (c) at (d) at of 7 6. (a) on to (b) a at of 7. of to (a) of of (b) 8 5. of is . on as 140 11. a 4340 in a EM of of a 12,13. No of of 8 of 9 6. he by of ) a on of at to in As no of in to a on a of 8 14. It is to to of an by 340 in a 50 8C 0 in 00 8C h). on it on a in to It is to as in as 340 140 8. of (a) to (b) at In a 10 of ). C n P S i b l 14011 - - 11 7. he in is to V as 9. It to a in of is in 3(a) et 16. of 140 at of of 665 by is to a 90 65% of 50 Nm at of V 17,18. 665 is by of on of 7(a) 3(a) b). 9. on of of at of in 12 (on of 340, 15 65 110 16 294 14% of 50% 13 8. on be of a 140 of 340 a on of as in a of of by a of at of of to on by at at at of by in 14 1 , , , . 2nd 2011. 2 Y, P, C. of in of J 008;8:7580. 3 , . of of an J 013;13:6016. 4 H. of 1998. p. 16680. 5 D. of 002;2:659. 6 J, F, H. of a 007;14:5738. 7 F. 1977. p. 3363. 8 . 010. 9 . 014;202. 10 , . 140 1975;6:213341. 11 2nd 1998. 12 2nd 2000. 13 in 2nd 2001. 14 8/ 15a of 15 340 J 999;87:198206. 16 B, H, R, J, J, et 15 of of a J 002;37:56583. 17 , , . of 014;74:4257. 18 , , T. of in 996;197:197205. 16 一种 方程式 赛车半轴的故障分析 摘要 ： 世界各地学生之间的竞争对手，根据汽车工程师学会（ 定的规则和规范，他们面临着设计，制造和测试小型 方程式 赛车的挑战。 在目前的分析中，跑车传动系统半轴的过早失效发生在大约 100 公里的使用之后。 通过金相，化学和机械分析，断面分析和有限元分析分析了断裂成分。 结果表明，用 于半轴的合金钢棒没有遵循规格，结果降低强度并导致负载能力和耐疲劳性不足的材料。因此，断裂过程是扭转疲劳的汇合通过半轴的花键部分的裂纹扩展和过载韧性断裂。 关键词 ： 半轴；过载断裂；扭转疲劳 17 1 背景 全球学生之间的一场比赛，他们面临着汽车工程师协会（ 义的规则和规范的设计，制造和测试小型赛车的挑战。原型是由 600托车发动机驱动的管状结构的后轮驱动车。发动机产生的动力通过半轴传递到车轮，该半轴连接到内端的差速联轴器和外端的车轮。在半轴的两端使用恒速（ 头，以提供 一定程度的角位移。扭矩通过组件两端的花键传递到半轴和从半轴传递。因此，传动轴受到由弯曲和扭矩引起的重大应力 1,2。 图 1 示出了组装到差速器和车轮的半轴以及连接到车轮的外端和头的细节。 由于花键轴通常呈波动或振动荷载，所以疲劳是导致失效的主要原因，特别是在花键根 3,4。 影响或过渡负载也可能导致过载故障 2,46。 图 1 连接到车轮的半轴和 头之间的连接 。 在轴的末端存在加工的花键。 在本研究中，通过显微结构和力学表征和断层分析分析了半轴的故障。通过有限元（ 析确定 沿半轴的应力分布。在赛车轨道测试期间，半轴在测试距离大约 100 公里后，当该部件的预期赛车寿命达到 500 公里时，该车就会断裂。当汽车完成曲线并启动轨道的直线部分时发生断裂。在这种情况下，引起增加的扭矩，以便增加轿厢的速度。 18 2 调查方法 收集失效的半轴用于目视分析。保护组件断裂部位之间的断裂面，避免损坏断裂面7，并从花键切割成 10轴的另一部分卡在 头内，断裂面在从接头上取下时损坏。即使损坏，这部分组件被采取分析。作为清洗程序，在超声搅拌下将断裂面浸渍在醇中。通过具有二次电子和 20加速电压的扫描电子显微镜（ 得断层图。在 析之前不久，将样品浸入 液中以除去从断裂表面氧化。 从半轴的剩余部分切割用于显微结构和机械表征和化学分析的样品。金相制备包括用高达 1200目的砂纸研磨并用高达 1金刚石膏研磨。 用 通过 析二次电子模式。对于机械表征，对样品进行洛氏 C 硬度测量和拉伸试验。通过光学发射光谱法获得化学分析。 应用有限元（ 分析了半轴断裂区周围的应力分布。使用 源软件生产半轴， 头和 组件的几何形状，并使用 用源 格生成器生成网格，使用具有线性近似的四面体单元。在发生故障的样条区域中的网格被精炼。考虑到接触和摩擦应力，以及考虑到半轴和 头之间的接触的润滑的摩擦系数。图 2 示出了半轴与轮侧的 头的连接的组件和细节。 19 图 2 连接到车轮的半轴和 头之间的连接。在轴的末端存在加工的花键。图 3 （ a）半轴的花键部分断裂。 断裂与组件的纵轴垂直。 （ b）中示出了扭曲区域的详细视图，其中红色箭头指示花键线的顶部的对 准。 20 3 结果与讨论 图 3a 显示了两个断裂部分的侧视图。断裂面主要垂直于轴的纵向轴线，中心部分呈现杯状和锥形的形态。观察从 头移除的半轴部分的花键显示塑性变形，导致花键扭曲。观察到这种形态和与半轴纵向轴线垂直的断裂面，并且与扭转过载延性断裂有关 2,5,6。另外，在扭曲的区域，观察到两种不同的形态。 在断裂面附近，花键从螺纹的顶部到底部完全扭曲。在断裂约 5，花键的顶部与纵向轴线平行，而下部则跟随先前变形区域的扭转。这种形态在图 1 中给出。 3B 的 扭转角约为 208 度。双扭转 形态可能与半轴在 节内具有轴向运动相对自由度的事实有关 8. 图 4 示出了断裂面的横向视图。观察到不规则和不透明的形态。 布朗 9观察到类似的形态，并与扭转疲劳断裂有关。 图 4 断面的横向视图。 21 4 断口 对断裂面的详细观察见图 4。 通过 析获得，如图 5 所示。在特定点拍摄图像：靠近边缘 ;距离边缘四分之一半半径 ;中半径 ;在断裂面的中心的一部分表面由于摩擦而损坏。然而，骨折的很大一部分是证明了保留和凹陷形态。细长的凹坑靠近表面，如图 5 所示。 5a 也被 5观察到，并与 该区域较大的剪切变形相关。另外，除了细长的凹坑之外，还观察到二次裂纹。图 6 示出了接近断裂面的花键的侧视图，显示出几个小的横向裂纹和从花键根部发出的大的纵向裂纹。靠近裂缝的半轴的横向观察证实，从几个花键根发出大的裂缝。此外，观察到其他二次裂纹，如图 1 所示。在同一图中，可以看出，花键踏面的尖端磨损远离组件。 3也证明了从花键根部发出的裂纹，并将它们与由于扭转载荷引起的疲劳过程相关联。在 140 钢样品的疲劳试验后， 10也观察到类似的形态。 图 5 断裂形态：（ a）靠近边缘 ;（ b）距离边缘四分之一半径 ; （ c）半径中半径 ; （ d）在断裂面的中心。 22 图 6 （ a）在靠近边缘的断裂面上观察到二次裂纹（黄色箭头） ;（ b）具有强横向裂纹的花键区域和花键根部的红色箭头的纵向裂纹。 图 7 半轴接近断裂面的横向视图：（ a）从花键的根部和花键的磨损（黄色箭头）发出大的裂纹 ; （ b）在裂纹内观察到二次裂纹（红色箭头）。 23 5 化学分析和微结构表征 半轴的化学分析见表 金被归类为 140 钢 11。 然而，该组件 的项目规格和强度要求被认为是一种 4340 钢在淬火和回火显微结构条件下。 通过半轴的横截面的 微结构显示了贝氏体组织 12,13。 没有观察到花键螺纹的表面处理的迹象。图 8 示出了半轴的显微照片。 24 6 机械性能 通过硬度测量（ ）和拉伸试验测量机械性能。 硬度测量点位于靠近边缘和中心的区域的横截面上，每个区域有三个测量值。表 2 列出了洛氏 C 硬度值。 由于没有观察到通过横截面的显微组织和硬度的显着变化，为了提供关于有限元模拟的性质的更精确的信息，对从棒的中心区域加工的试样进 行拉伸试验，并且基于 8 标准 14。重要的是，由于拉伸试样的可用材料的限制，只有一个样品被评估，工程应变速率为。表 3 显示了通过拉伸试验确定的机械性能，并与 指定的 340 钢在淬火和回火条件下（在 850奥氏体化 30 分钟，在油中淬火并在 500回火 2 小时）。 基于观察到的微观结构和所测量的机械性能，证明所使用的半轴处于正常化状态，而规定的条件需要淬火和回火微观结构，以达到所需的性能。 如上一节所述，重要的是，不仅显微组织与必要的不同，如合金组成本身。 340 钢比 140 钢具有更高的强度和淬透性。图 8 半轴微观结构：（ a
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