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轴差前壳断裂失效分析及改进措施

更新时间:2016-07-05

轴间差速器处于贯通式驱动桥[1]驱动系统的前端,主要承受从变速箱、传动轴传递过来的扭矩以及在两驱动桥转速不一致时,起到差速作用. 如图1所示,轴差前壳2与突缘1通过花键连接,由滚动轴承3将其支撑在轴承座4上,其主要承受突缘传递的扭矩[2].

图1 轴间差速器总成结构图

1.突缘;2.轴差前壳;3.滚动轴承;4.轴承座;5.前差速器齿轮;6.十字轴;7.后差速器齿轮;8.轴差后壳;9.贯通传动轴

1 故障数据分析

某品牌矿用驱动桥的轴差前壳连续几年故障率高居同类故障率的前5位. 表1为矿用驱动桥轴差前壳断裂失效故障统计表. 从表中数据来看,该故障率从2016年的2.65%到2017年初的3.67%,故障率有所升高. 且其故障模式主要为扭剪断裂[3],如图2所示.

从表1来看,2016年来自厂家C的故障数量较大. 在2016年底对该厂家进行市场份额调整,但调整市场份额后,厂家B的故障数量增加较多. 由此得出,轴差前壳断裂问题应该是供货厂家出现的共性问题,有必要对轴差前壳的设计和工艺方面进行排查.

2 轴差前壳设计的校核

由图2中的故障模式得知,应重点分析轴差前壳圆角部位,具体部位如图3所示. 可采用有限元分析方法来校核轴差前壳的设计强度. 通过CREO 3.0对轴差前壳进行三维建模,将三维保存为.stl中间格式,导入到ANSYS Workbench中,并对数模进行确认. 建立一个静态力学分析(Static Structural),并在Engineering Data中输入轴差前壳的材料40Cr的性能参数:泊松比 μ为0.277,弹性模量E为211 000 MPa[4].

由图5~图8可见,采用不同线缆长度所得到的互调发射抑制比均收敛于相同的稳定值.将定向耦合3端口和4端口的测量数据均等效到被测发射机发射端口,3端口的等效功率远远大于4端口的等效功率,且4端口的测量数据已达到频谱分析仪噪声电平时,3端口仍可读取到有效数据,这说明式(22)中的随着可调衰减器衰减量的增加,各互调发射端口反射项和互调发射信号耦合项均快速衰减到可忽略的程度,因此可直接采用3端口的稳定值作为相应类型的互调发射抑制比.

表1 矿用驱动桥轴差前壳断裂失效故障统计

供货厂家2016年故障数 总失效率 截至2017年5月故障数 总失效率厂家A 134厂家B 13 20厂家C 27 9 2.65%3.67%

图2 轴差前壳扭剪断裂

图3 轴差前壳二维主视图

在进入Mechanical分析步骤后,需要对轴差前壳进行网格划分和边界条件处理. 在划分网格时,针对该零部件只承受扭矩,且失效部位集中在R3圆角处,故在圆角及其附近应该细化网格,网格划分效果如图4所示. 网格划分统计节点数为302 053个,单元数为187 423个.

施加在轴差前壳的扭矩是由发动机经变速箱增扭减速,并由传动轴和突缘传递过来的. 该矿用车采用375 hp发动机,输出的最大扭矩Temax为1 500 N·m,变速箱最大速比i为12.65,故轴差前壳所受扭矩TG

图4 轴承前壳网格划分(R3圆角局部放大)

安全系数n值大于1.5,故从零件设计角度来说,失效发生的概率极小[5].

将上述数据代入公式(1)中:TG=1×1 500×12.65×0.9=17 077.5(N·m)

许晴呢,天生有种瘫在蓝丝绒大床上的贵族娇病气质。她像殷桃演的莫莉,同性对她千般不悦目,异性为她颠三倒四。她却对谁都仿佛,“哼,管他的。”

根据轴差前壳受扭工况,需要对零部件进行最大剪应力(Maximum Shear Stress)分析,并重点关注R3原角处的应力,其应力分析结果如图6所示.

保育舍采用局部保温结合辅助加温方式,以减少能耗。妊娠、育肥舍采用局部降温方式和饮水结合,既保证躺卧区域的舒适性,又可以提高饮水温度,改善内环境。

根据分析结果和40Cr材料淬火后的剪切强度值可计算轴差前壳的安全系数n=950/608=1.56.

式中:Kd为猛结合离合器时产生的动载荷系数,矿用车取1;η为变速器的传动效率,8档以上变速器的效率取0.9[1].

对比两组患者住院期间不良事件发生率(包含电解质失调、呼吸道堵塞、舌咬伤)、护理的总有效率,疗效判定标准:显效:经护理,患者意识、感觉障碍、抽搐等症状基本消失;有效:经护理,患者意识、感觉障碍、抽搐等症状发作次数减少50%;无效:经护理,患者意识、感觉障碍、抽搐等症状无明显改善,以有效加显效例数占总例数之比计量总有效率。

图5 轴差前壳边界条件设定

图6 轴差前壳应力分析结果

3 工艺分析

从图3中得知,淬火范围从花键起始10 mm处开始,一直到轴承根部圆角R3大端面往后6 mm. 而A、B、C 3家供货厂家一般采用感应线圈进行中频淬火,如图7所示.

由此,轴差前壳的边界设定如图5所示,在花键处施加扭矩为17 077.5 的力矩,在壳体结合面处施加固定约束.

1)将淬火工艺收回,自制热处理;并将感应线圈淬火方式改为IGBT全固态感应加热[6],其设备如图8所示. 其淬火过程由人工将轴差前壳放置于导磁体中部,按下循环启动键后,程序可自动实现以下功能:感应器到位、工件旋转、加热启动、自动喷淋、感应器移动、加热停止、停止喷淋、感应器回位,然后人工卸下轴差前壳. 在采用IGBT表面淬火设备后,轴差前壳切片硬度、淬硬层深度以及金相检验报告如图9所示,其硬度范围在54~57 HRC,淬硬层深3.3~4.6 mm,组织以6级马氏体为主.

从图3来看,表面淬火后需要对Ф87.75轴径以及R3圆角及端面进行磨削;而从图6有限元分析结果来看,R3圆角根部存在应力集中现象,故磨削过程中要求R3与Ф87.75轴径和大端面的连接部分需使用符形刀具,否则在其R3圆角附近易存在磨削痕,这也是影响故障发生的一个潜在原因.

图7 感应线圈中频淬火

4 改进措施

根据上述分析,轴差前壳的故障主要是由端面淬火不足造成,另外还存在磨削过程中磨削痕造成潜在的故障. 因此,提出以下改进措施:

通过市场故障率的反馈信息,对产生轴差前壳故障进行设计和工艺方面的排查,发现轴差前壳端面淬火硬度和深度不足是此类故障发生的重要原因. 另外,磨削过程中R3附近的磨削痕亦有可能造成此类故障的发生. 通过采用IGBT全固态感应加热改进淬火工艺,在磨削工序之前对R3处的大端面硬度进行100%检测;并采用符形刀具,使R3与Ф87.75轴径和大端面连接面附近一次磨削,可有效降低矿用轴差前壳断裂故障的发生.

采用感应线圈淬火方式,由于线圈本身的问题,端面淬火能力较差,特别是轴承位R3根部端面淬火硬度和深度很难得到保证,这是故障发生的重要影响因素.

图8 IGBT全固态感应加热设备

2)磨削R3与Ф87.75轴径和大端面时,增加一道检测硬度工序. 要求用便携式洛氏硬度计对大端面硬度100%进行检测,硬度值需大于50 HRC(主要考虑到便携式洛氏硬度计的测量误差),如图10所示.

3)磨削R3圆角时需要采用符形刀具,要求R3与Ф87.75轴径和大端面的连接边缘附近一次磨削,避免R3圆角近周边的磨削痕.

在生产中,做好生产配合比的设计,保证目标配合比在拌和中得以实现是关键。首先从热料仓供料抓起,采取措施保证各仓均衡储料;保证原料组成的稳定和供料比例。然后要做好对拌和温度及拌和时间的控制,保证沥青、集料及混合料拌和、储存、出场温度。

图9 改进淬火后硬度和金相检测报告

图10 磨削前对轴差前壳大端面硬度检测

5 总结

该次35例患者护理后,透析期间未出现高血压、低血压、感染,1例出现低血糖,发生率为2.9%,入院时患者焦虑自评表(SAS)、抑郁自评表(SDS)评分分别为(58.6±3.1)分、(60.8±3.6)分;护理后评分依次为(30.1±2.6)分、(32.7±3.5)分,比较护理后评分降低(t1=41.673;t2=33.110,P<0.05)。

参考文献:

该部件材料为40Cr,热处理要求为调质处理并中频淬火,表面硬度:54~59 HRC,心部硬度为217~269 HBS.由材料强度和硬度之间的转换关系,当表面强度为55 HRC时,其抗拉强度约为1 900 MPa. 表面淬火后的零部件,其屈强比一般都大于0.86,故40Cr淬火后的剪切强度τ[1]P≈0.5σb=1 900×0.5=950(MPa).

[1]王霄锋. 汽车底盘设计[M]. 北京:清华大学出版社,2010:57,108,178.

[2]蔡士祥,刘胜勇. 差速器前壳杆的断裂分析[J]. 现代制造技术与装备,2011(4):65,68.

[3]黄平辉,余显忠,揭钢,等. 汽车差速器壳断裂失效分析[J]. 汽车技术,2010(2):54-57.

纵观资本发展的历史,总是伴随着野蛮,总是会表现出其最丑陋的一面,往往是货币成了人们追求的唯一目标。同时,货币把所有东西都降低为某种抽象的观念,在自己的运动中把自己降低为某种量化的存在。马克思在分析了资本主义异化劳动的历史暂时性之后指出,只有这样的条件,才能为每个人的自由全面发展建立现实基础,而这又是社会长期发展的自然产物。

[4]《机械工程材料性能数据手册》编委会. 机械工程材料性能数据手册[M]. 北京:机械工业出版社,1995:200.

[5]胡顺安,徐元周,宋建平,等. 16t转向驱动桥壳总成有限元分析与结构改进[J]. 机械传动,2017(4):168-171.

(三)全额拨款事业单位的资产管理问题在近期成为了社会广为关注的热点问题。严格管理资金用途是保障资金发挥作用的重要手段,是实现事业单位贡献社会和服务人民使命的重要途径。随着全额拨款事业单位所占用资产数额的增加和比例的上升,社会各界对于这方面的关注就更加密切。资产管理也显得更加重要。

[6]谭志斌. 电磁感应加热在工业领域中的应用[J]. 低碳世界,2016(20):48-49.

胡顺安,季美玲,闫连龙,尚国瑞,陈庆樟
《常熟理工学院学报》2018年第2期文献

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