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汽車差速器小齒輪軸的失效分析摘要差速器被用于減少的速度并且提供傳輸運動中的力矩。從發(fā)動機到輪子轉動它根據(jù)適當?shù)慕嵌仍谲囕v和提供內部和外部的車輪轉是不同的。小齒輪嚙合和軸在入口處是作為一個單獨的部分而制造它們是在不同的形式根據(jù)車輛的類型。鏡子齒輪將工作用這個前齒輪應該熟悉組裝。如有任何故障,他們應該被改變成雙。一般來說,在這些系統(tǒng)中有磨損的齒輪。齒輪檢查這方面的研究以有一種軸斷裂作為齒輪被破壞。在這項研究中,失效分析型差動齒輪軸被執(zhí)行。材料力學特性獲得第一。然后,材料的顯微結構和化學成分已經決定了。一些顯微研究學者進行疲勞斷裂條件的分析關鍵詞:差速器;斷裂,動力裝置,齒輪軸一 介紹對于整車的結構體系來說，差速器只是裝在兩個驅動半軸之間的一個小軸承。看似微不足道，但如果沒有它，兩個驅動半軸之間以剛性連接，左右車輪的轉速保持一致，汽車將只能直線行駛，不能轉彎。自從一百年前雷諾汽車公司的創(chuàng)始人路易斯·雷諾發(fā)明出差速器后，它就在汽車上發(fā)揮著巨大作用?，F(xiàn)在每輛汽車上都裝有差速器。 顧名思義，差速器的作用就是使兩側車輪轉速不同。當汽車轉彎時，例如左轉彎，彎心在左側，在相同的時間內右側車輪要比左側車輪走過的軌跡要長，所以右側車輪轉的要更快一些。要達到這個效果，就得通過差速器來調節(jié)。差速器由差速器殼、行星齒輪、行星齒輪軸和半軸齒輪等機械零件組成。 發(fā)動機的動力經變速器從動軸進入差速器后，直接驅動差速器殼，再傳遞到行星齒輪，帶動左、右半軸齒輪，進而驅動車輪，左右半軸的轉速之和等于差速器殼轉速的兩倍。當汽車直線行駛時，行星齒輪，左、右半軸齒輪和驅動車輪三者轉速相同。當轉彎時，由于汽車受力情況發(fā)生變化，反饋在左右半軸上，進而破壞差速器原有的平衡，這時轉速重新分配，導致內側車輪轉速減小，外側車輪轉速增加，重新達到平衡狀態(tài)，同時，汽車完成轉彎動作。以下簡介兩種差速器：一． 開式差速器 切諾基的開式差速器的結構，是典型的行星齒輪組結構，只不過太陽輪和外齒圈的齒數(shù)是一樣的。在這套行星齒輪組里，主動輪是行星架，被動輪是兩個太陽輪。通過行星齒輪組的傳動特性我們知道，如果行星架作為主動軸，兩個太陽輪的轉速和轉動方向是不確定的，甚至兩個太陽輪的轉動方向是相反的。 車輛直行狀態(tài)下，這種差速器的特性就是，給兩個半軸傳遞的扭矩相同。在一個驅動輪懸空情況下，如果傳動軸是勻速轉動，有附著力的驅動輪是沒有驅動力的，如果傳動軸是加速轉動，有附著力的驅動輪的驅動力等于懸空車輪的角加速度和轉動慣量的乘積。 車輛轉彎輪胎不打滑的狀態(tài)下，差速器連接的兩個半軸的扭矩方向是相反的，給車輛提供向前驅動力的，只有內側的車輪，行星架和內側的太陽輪之間由等速傳動變成了減速傳動，駕駛感覺就是彎道加速比直道加速更有力。 開式差速器的優(yōu)點就是在鋪裝路面上轉行行駛的效果最好。缺點就是在一個驅動輪喪失附著力的情況下，另外一個也沒有驅動力。 開式差速器的適用范圍是所有鋪裝路面行駛的車輛，前橋驅動和后橋驅動都可以安裝。 二． 限滑差速器 限滑差速器用于部分彌補開式差速器在越野路面的傳動缺陷，它是在開式差速器的機構上加以改進，在差速器殼的邊齒輪之間增加摩擦片，對應于行星齒輪組來講，就是在行星架和太陽輪之間增加了摩擦片，增加太陽輪與行星架自由轉動的阻力力矩。 限滑差速器提供的附加扭矩，與摩擦片傳遞的動力和兩驅動輪的轉速差有關。 在開式差速器結構上改進產生的 LSD，不能做到 100％的限滑，因為限滑系數(shù)越高，車輛的轉向特性越差。 LSD 具備開式差速器的傳動特性和機械結構。優(yōu)點就是提供一定的限滑力矩，缺點是轉向特性變差，摩擦片壽命有限。 LSD的適用范圍是鋪裝路面和輕度越野路面。通常用于后驅車。前驅車一般不裝，因為LSD會干涉轉向，限滑系數(shù)越大，轉向越困難。最后一級齒輪（也就是輸出齒輪)可以直接或間接被變速箱齒輪驅動，當發(fā)動機和傳動裝置結合在一起形成便成為一個完整的結構時，采用直接驅動器驅動。間接驅動最終驅動器在車尾處的彈簧連接車身結構或者非懸掛并納入后軸套管中。最后的驅動齒輪應用在傳輸系統(tǒng)中有下列原因：（1）從變速箱和傳動軸驅動改變 90 度重新定向驅動（2）提供在發(fā)動機和驅動輪之間的永久的齒輪減速在車輛中，差速器是主要部分用于傳送從發(fā)動機到車輪的運動。里面的的輪子轉動的少,外面的輪子轉動的多就沒有側向的滑移和猛沖。差速器通常被放置在后橋的中部,由小齒輪嚙合,鏡子齒輪,齒輪箱,兩軸差和兩個小三角齒輪組成。圖1為差速器的原理圖，圖二為斷裂齒輪軸的技術圖紙設計。通過圖三的照片表明了齒輪軸的斷裂。在差速器,鏡子和小齒輪嚙合中存在的問題,從而提出了適應彼此生產過程、相同的序號的算法。他們倆在改變的情況下,會有很多問題。在這些系統(tǒng)中,常見的損傷是,磨損的齒輪[2 - 4]。在這項研究中,對齒輪軸的差速進行了檢查。小型巴士是柴油車輛驅動后橋的，載客能力的有15人。最高的發(fā)動機為每分鐘4000轉，功率為90匹，當發(fā)動機轉速達到每分鐘1600轉時，輸出最大扭距力為205頓米。它有手操作的傳動箱系統(tǒng)(5前面,1后部)。而導致的破壞和起動小巴停在紅綠燈處。這個差速器、輸入軸攜帶的有小齒輪軸斷了。已經進行了很多不同的研究來確定類型和可能的原因損壞的地方。這些是:研究確定了軸的材料;實驗確定了研究微觀結構;研究相關的斷裂表面。有一個更近的照片和斷裂區(qū)骨折的表面。2 實驗過程在標本中提取的軸在受到各種試驗包括硬度測試、金相和掃描電鏡以及化學成分的測定。所有的測試都是在室溫條件下進行的。2.1 化工和冶金分析化學分析裂隙微分材料進行了用分光計。材料的化學成分是表1規(guī)定的數(shù)值。化學成分表明,該材料是一種低合金鋼板8620類型。淬硬鋼是非常低的,因為對低碳的比例。因此,通過增加表面積碳比例的操作會使表面面積會變硬,高度耐用,及內部變的越加的堅硬。這是這種鋼是受到普遍采用的機械部分做扭轉和彎曲。高阻表面上是獲得耐力值和高疲勞,可獲得壓殘余應力使表面更加困難[5 - 7]。在那些的合金元素分布主要取決于炭素鋼的復合，化學和碳化依賴于每個元素。鎳溶于鐵素體中后形成碳化物比鐵有更少的趨勢。硅結合是有限的程度與氧氣存在于非金屬夾雜物在鋼形成溶于鐵素體,但除此之外。大部分的錳添加到碳素鋼溶于鐵素體。鉻,它有一個趨勢比鐵稍微要強的元素,它的劃分于鐵素體和碳化物合金階段。鉻的分布依賴于碳量的百分比，如果其他更強的元素,如鈦和銅都沒有。鎢、鉬結合碳形成碳化物，如果有充足的碳的百分比，現(xiàn)在和如果其他更強的元素,如鈦和銅都沒有。錳和鎳的在低溫下回形成共熔體。初步的微結構檢測失敗的微分資料被顯示在圖5?？梢钥闯?該材料具有的一種混合結構,其中一些鐵氧體存在或許由于緩慢降溫和高硅含量。高硅含量在這種類型的鋼提高熱處理敏感性進行改進的屈服強度和最大應力,沒有任何減少延性[9] 如果不能倒置的顯微結構由淬火馬氏體,減少了疲勞極限是觀察到的現(xiàn)象。在一些領域與碳相圖5(a)。有滲碳結構鋼過渡邊界在圖5(b)和(c)顯示核基質附著區(qū),無需滲碳結構鋼矩陣。從圖片5可以看出該材料是一種有鐵素體存在的混合結構。這種高硅含量的鋼可以改善鋼熱處理時易受損的狀態(tài)，同時也可以在沒有任何延展性減小的情況下改善屈服和最大應力。如果顯微結構的不能夠通過淬火使馬氏體得到轉換，也會較少它的疲勞界限。在圖片5a中顯示的是碳含量階段,圖片5b中顯示的都是滲碳劑的過度界限，圖片c中顯示的都是在沒有滲碳劑的模型。2.2 硬度測試硬度測量是執(zhí)行的一種 MetTest-HT 型計算機集成硬度計。載荷 1471:中等硬度值的內部地區(qū)獲得 43 個錯誤。取得了微硬度的測量方法來確定硬度值的機會沿截面由于硬化由于滲碳結構鋼表面積。維氏硬度測量的結果 4.903 載荷作用下的 N 是說明表 2。2.3 檢測斷裂在本章中直接地給出了觀察和掃描電鏡(SEM)片與斷裂表面。裂紋開始因為一個可能的問題引起的底部軸切口完全被打破。裂紋開始在外層,在經過若干時間它不斷超越本中心只有很小一部分離開了。和這部分斷了靜態(tài)的突然開始在飛行器在紅綠燈處。為特征的疲勞斷裂,有兩個地區(qū)斷裂表面。這些是光滑的表面由裂紋擴展和粗糙的表面由突然斷裂。這兩個區(qū)域可以被清晰地看到整個問題作為圖4中。疲勞裂紋擴展的區(qū)域包括了80%以上的斷面。軸功向下彎曲、扭轉和軸力的影響取決于反復使用一個地方。在斷裂層的表面上一個快尖銳的切片。因為這個原因,所以斷定了該區(qū)域的應力集中系數(shù)值。Kt = 2.4價值(彎刀和張力)和Kt = 1.9%的價值(扭力)已獲得根據(jù)計算的結果。這些都是相當高的價值為區(qū)域暴露在聯(lián)合加載中。這些觀察和分析表明,該塊斷了的影響下,以較低的公稱應力和扭轉應力集中[10]所聚集的媒介。掃描電鏡顯示,這也發(fā)生在斷裂韌性的方式(圖6)。有一些切變裂痕在裂紋擴展區(qū),這是一種膠塑性剪切變形。圖7顯示貝殼狀裂紋擴展的一個標志。任何兩線之間的距離是近133納米。3．結論在這項研究中分析了出現(xiàn)故障的差速器小齒輪軸，這個小齒輪軸是 AISI8620 的經過滲碳，淬火和回火的熱處理程序的低滲碳鋼。通過力學性能，微觀結構特性，化學結構組成以及金屬斷面的顯微結構觀察以確定組件可能斷裂的原因。以下部分是本次試驗的結論：經過疲勞程序在組合撓度，轉矩和軸向力變大時，斷裂的區(qū)域發(fā)生在應力集中較高的地方，斷裂的裂紋一開始可能是在材料的臨界狀態(tài)位置，該斷裂在發(fā)生一定程度的延展。通過在關鍵部位減少壓應力集中能夠很容易的避免以后可能出現(xiàn)的故障。參考文獻1. Heisler H. Vehicle， 《發(fā)動機技術》第二版，倫敦：國際汽車工程師協(xié)會，19992. Makevet E，羅馬《越野車在最后驅動傳輸?shù)氖Х治觥罚收戏治鰠f(xié)會，2002.9.53. Orhan S, Aktu¨rk N，《通過振動分析確定變速箱的物理故障》，英國 J Fac Arch Gazi大學，20034. Tas?getiren S, Aslantas? K, Ucun I.，《來源于正齒輪的疲勞破壞影響 》，Technl 雜志EJMT，2004.2.215. Nanawarea GK, Pableb MJ，《575DI 拖拉機后橋的后輪軸的故障 》，2003.106. Aslantas? K, Tas?getiren S. A，《齒輪的點蝕的形成和預測》，2004.2.217. Savas? V, O¨ zek C《考慮軸偏轉力時的溫度分布》，Technol 雜志: EJMT.20058. Smith FW.《材料科學和工程原理》，第三版，美國 McGraw-Hill Series，19969. 《ASM 金屬手冊》第一卷，性能的選擇，鋼材以及高性能合金鋼，199110. Voort GFV《視覺檢查和光鏡》《ASM 金屬手冊：金相組織和顯微結構》俄亥俄州，ASM 國際組織，1991