汽车差速器翻译成品

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1、汽车差速器齿轮轴的失效分析H.Bayrakceken Afyon Kocatepe大学技术教育学院，03200Afyon,土耳其2005年7月8日收到；2005年7月14日采用；2005年9月2日可以在线浏览摘要差速器是用来减小速度，按照车辆合适的角度时刻提供增加从发动机到轮子的运动并限定内部和外部车轮转速的不同。齿轮副是被作为单一的零件制造的，但是他们根据汽车类型有不同的形式。装配前镜齿轮与小齿轮的啮合的装配精度应该很高。万一发生故障，它们会成对的更换。一般来讲在这些系统中都应该有齿轮磨损破坏。在这项研究中考察了是否有轴断裂形式的破坏，还进行了差速器小齿轮轴的故障分析。我们先考虑材料的机械特

2、性，其次是确定材料的微观结构和化学成分。一些断口的研究进行了评估其疲劳与断裂的条件。2005年Elsevier公司保留所有权利关键词差速器 断裂 动力分配装置 小齿轮轴1.导言最后一级齿轮（也就是输出齿轮)可以直接或间接被变速箱齿轮驱动，当发动机和传动装置结合在一起形成便成为一个完整的结构时，采用直接驱动器驱动。间接驱动最终驱动器在车尾处的弹簧连接车身结构或者非悬挂并纳入后轴套管中。最后的驱动齿轮应用在传输系统中有下列原因：（1）从变速箱和传动轴驱动改变90度重新定向驱动（2）提供在发动机和驱动轮之间的永久的齿轮减速 在车辆上，差速器是传递从发动机到车轮之间运动的主要部分，在平坦的路面上，从发

3、动机传动到驱动轮之间的运动是均匀的。内车轮的转速应该减少，外车轮的转速应该增加从而在转弯处避免横向滑动。差速器通常位于后桥的中间部分，由小齿轮，镜齿轮，差速器壳体，两个轴齿轮和两个差速器十字轴齿轮组成。图1给出了差速器的示意图，图2，图3给出了小齿轮轴断裂的技术图纸，显示的是断裂的小齿轮轴和折断部分标示的照片。差速器中，当制造过程中给予相同的序号时，镜齿轮和小齿轮制造时相互配合，出现问题时一起更换。在这些系统里，普通的损伤都是齿轮的磨损。在这个研究中检查的是小客车差速器的小齿轮轴，该小客车是由柴油机后轴驱动，15个人的载客量的小客车里有一名乘客。发动机的最大功率为90/4000 HP/rpm，

4、最大扭矩为205/1600 Nm/rpm，它的变速箱有5手动系统（5个前进档，1个后退档），这种齿轮的磨损是由于在交通灯前停止和启动造成的。在差速器里轴端处的齿轮已经损坏，各种研究已经确定了损坏的形式和原因，他们是： 确定轴的材料而进行的研究 确定微观结构的研究 有关断口的研究 图片4是表面断裂和破碎的近景照片，这次的断裂是采取了标记的圆柱齿轮表面中间部分而引起的。 图片1 失效分析的示意图 图片2 技术图纸所分析的小齿轮轴 图片3 研究中小齿轮的失效分析 图片4 失效的轴和断裂表面的图片 2.实验程序从轴上提取的样本进行了各种各样的测试包括硬度测试，金相学分析和电子显微镜扫描以及化学成分的确

5、定，所有的试验都要在室温下进行。2.1化学和冶金学的分析断裂的差速器材料的化学分析利用分光计进行，该材料的化学成份见表1，它的化学成分表明了该材料是AISI 8620 类型里的低渗碳合金钢，这种钢由于二氧化碳比例低所以淬透性非常低，因此它的外表面积变的坚硬和非常持久，内表面随着外表面区域碳比例的增加而变的坚硬。这种钢铁一般用于承受扭转和弯曲的机械零件上。外表面高阻力的和高耐疲劳度的获得都是随着使表面硬度变高的残余压应力。合金元素分布在碳钢本身主要取决于化合物和碳化物形成每种元素的倾向。自从镍组成化合物的趋向少于铁的趋向时，镍就会溶解在钢的铁素体里。大多数加在碳钢里的锰都溶解在铁素体里。铬形成碳

6、化物的趋势比铁要强，铬被分开是在铁素体和碳化物之间的阶段。铬的分布取决于碳存在的数量和其他的碳化物，比如钛和铌元素的存在。如果有足够的碳存在，钨和钼与碳结合形成化合物。图8显示的是锰，镍温度降低时共析图。对断裂的差速器材料的微观检测如图5，由于缓慢的冷却和本身具有的高硅含量，从图片5可以看出该材料是一种有铁素体存在的混合结构。这种高硅含量的钢可以改善钢热处理时易受损的状态，同时也可以在没有任何延展性减小的情况下改善屈服和最大应力。如果显微结构的不能够通过淬火使马氏体得到转换，也会较少它的疲劳界限。在图片5a中显示的是碳含量阶段,图片5b中显示的都是渗碳剂的过度界限，图片c中显示的都是在没有渗碳

7、剂的模型。表格1图片5 材料的文官结构（200）2.2硬度测试硬度测试工作是由MetTest-HT型计算机硬度检测装置完成的，负载为1471N，内部硬度的平均值为43HRC，显微硬度测量已经确定了硬度值是沿着剖面分布，原因是表面淬水区域的渗碳剂。维氏硬度的测量结果大多在4.093以下的见表2.2.3骨折的检查 这一章将直接给出断裂表面的SEM分析的结论。断裂最开始可能是由于底部的刻痕而引起整个轴的损坏，断裂最开始是在外部，过段时间以后将超出中心，只有一小部分是在左边。这部分的损坏是在交通灯前由静止到突然启动所造成的。作为典型的疲劳断裂，在断面上有两个断裂区，一个是由于裂纹扩展而造成的平滑表面，

8、另一个由于突然间的折断而造成的粗糙表面。通过图片4可以清楚的看到这两个区域的整体出现的问题。疲劳裂纹扩展的区域超过了横截面的80%。轴在承受弯曲应力的状态下工作时，一再重复的转矩和轴向力由他们所在的区域而定。断裂区域里水平面上有一个轮廓分明的倒角，基于这个原因，该区域的应力集中系数应该确定，通过计算可以得Kt=2.4(挠度和拉力)，Kt=1.9(转矩)，知道的这些区域的数据对于组合载重来说具有非常高的价值。这些数据和分析表明，这个部件的损坏是由于较低的公称应力和较小的应力集中情况下的转矩造成的。扫描电子显微镜显示骨折部分是在延展的方式下进行的。在裂纹的扩展处有一些塑料黏性剂剪切变形的切变裂痕。

9、图片7显示的是疲劳裂纹扩展标记的海滩波纹，任何两条线之间的距离几乎是133nm.3结论在这项研究中分析了出现故障的差速器小齿轮轴，这个小齿轮轴是AISI8620的经过渗碳，淬火和回火的热处理程序的低渗碳钢。通过力学性能，微观结构特性，化学结构组成以及金属断面的显微结构观察以确定组件可能断裂的原因。以下部分是本次试验的结论：经过疲劳程序在组合挠度，转矩和轴向力变大时，断裂的区域发生在应力集中较高的地方，断裂的裂纹一开始可能是在材料的临界状态位置，该断裂在发生一定程度的延展。通过在关键部位减少压应力集中能够很容易的避免以后可能出现的故障。鸣谢作者很感谢Prof. S. Tasgetiren在研究期

10、间给与的建议和意见。H. Bayrakceken / Engineering Failure分析报告13（2006）参考文献1. Heisler H. Vehicle，发动机技术第二版，伦敦：国际汽车工程师协会，19992. Makevet E，罗马越野车在最后驱动传输的失效分析，英国尾段3. Orhan S, Akturk N，通过振动分析确定变速箱的物理故障，英国J Fac Arch Gazi大学，20034. Tasgetiren S, Aslantas K, Ucun I.5. Nanawarea GK, Pableb MJ，575DI拖拉机后桥的后轮轴的故障，2003.106. Aslantas K, Tasgetiren S. A7. Savas V, O zek C考虑轴偏转力时的温度分布，Technol 杂志: EJMT.20058. Smith FW.材料科学和工程原理，第三版，美国McGraw-Hill Series，19969. ASM金属手册第一卷，性能的选择，钢材以及高性能合金钢，199110. Voort GFV视觉检查和光镜ASM金属手册：金相组织和显微结构俄亥俄州，ASM国际组织，1991