变速箱齿轮低载强化微观机理的初步研究

疲劳试验表明工艺强化后的高强度变速箱齿轮经过低载强化,其单齿弯曲疲劳强度和疲劳寿命还能够得到一定程度的提高,而且疲劳寿命提高的幅度远大于疲劳后强度的提高幅度。本文参考未经过工艺处理的低强度前梁的低载强化微观分析结果,利用SEM和TEM对某汽车变速箱齿轮低载强化微观机理进行了初步研究,力图从微观上揭示工艺强化后高强度齿轮低载强化的成因和机理。结果表明,适当的强化载荷能够使高强度齿轮的疲劳扩展区域增加、裂纹扩展间距下降,低载强化使齿轮的微观组织得到进一步的锻炼、强度和硬度有所下降,但微观组织的整体机械性能得到提高。     

汽车结构件低载强化后的疲劳断口特性

利用扫描电镜对某汽车前轴低载强化后的材料断口特性进行了研究,力图从微观上揭示低载强化的成因和机理。结果表明：适当的强化载荷使组织变得密实、均匀,断口的孔洞数量、直径以及二次裂纹明显减少,低载强化有效地延缓了疲劳裂纹萌生,降低了疲劳裂纹扩展速率,使疲劳强度和疲劳寿命都得到提高。     

低载强化特性在汽车结构件设计中的应用

提出了一种汽车结构件的设计方法。该方法以材料和结构件的低载强化特性为依据，以经低应力载荷强化后的材料或结构件的疲劳极限提高的最大临界载荷为目标，以提高可承受的使用应力为核心，在保证汽车使用性能的前提下，充分发挥结构的强度潜力，实现在减轻质量的同时降低成本的汽车轻量化设计，同时也为其它车辆和机械的结构轻量化设计提供了技术参考。     

低载强化后汽车结构件疲劳裂纹扩展速度研究

为了从微观上揭示汽车结构件经过低载强化后疲劳强度和疲劳寿命提高的原因和机理,本文利用扫描电镜,对某汽车前轴低载强化前后试样断口的疲劳裂纹扩展速度进行了对比研究。研究结果表明,经过低载强化后的汽车结构件断口试样,其贝纹线的增长趋势减弱,疲劳辉度间距变小。这些微观变化有效地延缓了疲劳裂纹萌生,降低了疲劳裂纹扩展速率,使汽车结构件的疲劳强度和疲劳寿命都得到提高。     

圆柱齿轮低载强化试验研究

采用实物物理试验的方法,研究了某轿车倒挡圆柱齿轮在低幅载荷作用下轮齿弯曲疲劳强度和疲劳寿命的强化特性,证实了低幅应力内存在一个强化载荷区域和最佳强化次数。经过低幅载荷强化,该齿轮轮齿的弯曲疲劳强度提高了3.97%,弯曲疲劳寿命提高了109%。在试验结果的基础上,得到了该齿轮轮齿弯曲疲劳强度、弯曲疲劳寿命随低载强化次数和强化载荷变化的函数关系。     

基于低载强化特性的疲劳寿命估计方法

准确地估计疲劳寿命对于汽车零部件的可靠性和轻量化设计具有重要的作用。但由于现有疲劳寿命估计方法认为载荷仅对零件造成损伤,导致工作载荷下基于传统疲劳寿命预估方法得到的疲劳寿命较为保守。大量研究结果表明,疲劳极限以下载荷对零件疲劳强度的强化作用。以碳钢低载强化特性为基础,基于Miner准则,提出一种考虑低载强化效果的简化的疲劳寿命预估方法。该方法将疲劳寿命预估分成两个阶段,在不同的阶段分别考虑低幅载荷的强化和损伤。通过对强化效果与强化载荷和强化次数的关系进行线性简化,简化了疲劳寿命的计算过程。以轿车扭杆梁后桥为对象,通过采集试车场道路下的工作载荷,利用该方法和Miner准则对后桥进行疲劳寿命估计,并通过道路载荷模拟技术对后桥进行试验验证。结果表明,该方法具有较高的精度。     

结构强度对低载强化特性影响的初步研究

为了研究结构强度对低载强化特性的影响，对未经过工艺强化的低强度前轴和经过工艺强化的高强度齿轮分别进行了低载强化试验。通过对试验数据的处理，得到了两种结构弯曲疲劳强度的S-N曲线、弯曲疲劳强度和疲劳寿命与强化载荷、强化次数之间的数学关系，以及经过低载强化后弯曲疲劳强度和疲劳寿命提高的最大幅度。随着结构强度的提高，弯曲疲劳强度的提高幅度呈下降趋势，但疲劳寿命的提高幅度呈上升趋势。从宏观和微观上初步分析了结构强度对低载强化特性影响的原因。     

双向应力下传动轴材料的低载强化特性研究

以某汽车传动轴为对象,试验研究双向应力状态和给定的热处理工艺条件下材料试样的低载强化特性与规律。研究结果表明,双向应力下该材料试样仍然具有明显强化效果;经过最佳强化载荷和强化次数强化后,材料的疲劳寿命可以提高120%,疲劳强度提高大约14%;与单向应力状态下的低载强化特性相比,虽然双向应力状态下具有强化作用的强化次数和强化载荷、最佳强化次数和强化载荷有明显下降,但强化效果没有明显下降;最后就应力状态对低载强化特性影响的原因进行分析。     

数控车床主轴低载强化试验数据处理

在高强度数控车床主轴低载强化试验结果的基础上,通过数值插值方法,补充了试验数据,得到强化载荷与强化后疲劳寿命之间、强化次数与强化后的疲劳寿命之间的数学关系,然后根据这两个二维关系式,通过数学插值,得到低载强化空间曲面的离散点三维坐标,再根据这些数据点,用Tablecurve3d软件拟合得到低幅交变载荷作用下的三维强化曲面方程。     

基于低载强化的悬架弹簧耐久性评价

以某轿车后悬架弹簧为对象,研究室内快速耐久性试验与耐久性里程之间的关系,对悬架弹簧的耐久性进行评价。将低载强化理论引入某试车场强化的比利时路面载荷谱组合谱的损伤分析过程中,处于低载强化区间内的载荷提高了零件疲劳强度,根据由此得到新的S—N曲线统计损伤,再结合室内等幅加载疲劳试验,建立室内外试验的当量关系。用传统修正Miner理论与低载强化理论分别对室外耐久性载荷谱进行损伤估计对比分析,验证弹簧的耐久性分析中低载强化的贡献大小。     

Lightweight Design of Automobile Drive Shaft Based on the Characteristics of Low Amplitude Load Strengthening

There are two kinds of internationally recognized approaches in terms of lightweight design.One is based on fatigue accumulated damage theory to achieve better reliability by optimal structural design;another is to use high performance lightweight materials.The former method takes very few considerations on the structural strengthening effects caused by the massive small loads in service.In order to ensure safety,the design is usually conservative,but the strength potential of the component is not fully exerted.In the latter method,cost is the biggest obstacle to lightweight materials in automotive applications.For the purpose of light weighting design on a fuel cell vehicle,the new design method is applied on drive shafts.The method is based on the low amplitude load strengthening characteristics of the material,and allows the stress,corresponding to test load,to enter into the strengthened range of the material.Under this condition,the light weighting design should assure that the reliability of the shaft is not impaired,even maximizes the strength potential of machine part in order to achieve the weight reduction and eventually to reduce the cost.At last,the feasibility of the design is verified by means of strength analysis and modal analysis based on the CAD model of light weighted shaft.The design applies to the load case of half shaft in independent axle,also provides technological reference for the structural lightweight design of vehicles and other machineries.     

考虑小载荷强化的汽车构件疲劳累积损伤试验研究

给出了材料和结构在累积损伤的同时还具有强化作用的S—N曲线方程，并建立了程序载荷谱下产生损伤的同时还具有强化作用的疲劳累计损伤模型。为了检验所建立模型的正确性和准确性，以某汽车前梁和车架为例，设计了两种不同载荷组合，进行了两级循环载荷疲劳试验。试验结果和所建模型估算结果表明，该模型不但能够估算疲劳极限以下载荷的强化和损伤，还能估算疲劳极限以上载荷的强化和损伤。     

微合金高强度低碳贝氏体钢中不同强化方式的作用

为了掌握微合金高强度低碳贝氏体钢中不同强化方式的贡献大小,采用正电子湮没技术、透射电子显微镜及扫描电子显微镜分析了该钢热轧和回火处理后的显微组织、位错密度及第二相粒子的形貌及尺寸,对其屈服强度进行了定量计算,并采用多功能材料试验机对该钢的力学性能进行了测试。结果表明:该钢的位错密度约为2.65×10~(14) m~(-2),位错强化是该钢主要的强化方式,对屈服强度的贡献值约327 MPa,占其屈服强度的41.3%;该钢中存在大量细小弥散的球状或近球状的(Ti,Nb)(C,N)第二相粒子,其尺寸多在10 nm以下,析出强化对屈服强度的贡献值约为172 MPa,占屈服强度的21.7%;固溶强化和间隙原子强化的贡献值分别约为129 MPa和94 MPa,分别占屈服强度的16.3%和11.9%;理论计算值与实测值基本吻合。     

Fatigue Life Prediction under Service Load Considering Strengthening Effect of Loads below Fatigue Limit

Lightweight design requires an accurate life prediction for structures and components under service loading histories. However, predicted life with the existing methods seems too conservative in some cases, leading to a heavy structure. Because these methods are established on the basis that load cycles would only cause fatigue damage, ignore the strengthening effect of loads. Based on Palmgren-Miner Rule （PMR）, this paper introduces a new method for fatigue life prediction under service loadings by taking into account the strengthening effect of loads below the fatigue limit. In this method, the service loadings are classified into three categories： damaging load, strengthening load and none-effect load, and the process for fatigue life prediction is divided into two stages： stage I and stage II, according to the best strengthening number of cycles. During stage I, fatigue damage is calculated considering both the strengthening and damaging effect of load cycles. While during stage II, only the damaging effect is considered. To validate this method, fatigue lives of automobile half shaft and torsion beam rear axle are calculated based on the new method and traditional methods, such as PMR and Modified Miner Rule （MMR）, and fatigue tests of the two components are conducted under service loading histories. The tests results show that the percentage errors of the predicted life with the new method to mean life of tests for the two components are –3.78% and –1.76% separately, much lesser than that with PMR and MMR. By considering the strengthening effect of loads below the fatigue limit, the new method can significantly improve the accuracy for fatigue life prediction. Thus lightweight design can be fully realized in the design stage.     

轿车变速箱齿轮磨合规范的初步研究

根据国产某变速箱倒挡圆柱齿轮低载强化的试验结果，制定了对变速器具有强化效果的新磨合规范，并在新磨合规范下进行了试验研究。试验结果表明，在不改变磨合时间和转速的新磨合规范中，可将具有强化作用的载荷作为磨合载荷。磨合后，变速箱的平均疲劳寿命比原规范下的平均疲劳寿命提高近40%。