镁合金汽车变速箱壳体强度分析_张少睿
变速器壳体强度有限元分析与试验验证
图 3 变速器一挡受力分析
表 1 齿轮传动力
N
主箱常啮 合齿轮对 主箱一挡
齿轮对 副箱常啮 合齿轮对 副箱减速
齿轮对
圆周力 Ft 16 449． 6 31 977． 5 50 449． 6 127 607． 9
径向力 Fr 6 177． 4 12 281． 6 19 455． 5 66 479． 5
目前可查的箱体建模方法有3利用结构单元模拟齿轮轴承和齿轮轴建立载荷传递路径建立齿轮箱的有限元分析模型种是将由材料力学方法得到的轴承力以一定的分布方式加载到轴承孔上建立箱体的有限元分析模型利用实体单元模拟齿轮轴承和齿轮轴建立载荷传递路径建立变速器壳体的有限元分析模型建模方法简单方便但都没有考虑齿轮轴和轴承刚度对箱体强度的影响特别是对于箱体轴承孔强度的影响
通常分析变速器壳体强度比较有效的方法是有限 元法。应用有限元法的关键在于建立合理的有限元分 析模型。目前可查的箱体建模方法有 3 种，第 1 种是 利用结构单元模拟齿轮、轴承和齿轮轴建立载荷传递 路径，建立齿轮箱的有限元分析模型［1］； 第 2 种是将由 材料力学方法得到的轴承力以一定的分布方式加载到 轴承孔上，建立箱体的有限元分析模型［2 － 6］； 第 3 种是 利用实体单元模拟齿轮、轴承和齿轮轴建立载荷传递 路径，建立变速器壳体的有限元分析模型［7］。前 2 种 建模方法简单、方便，但都没有考虑齿轮轴和轴承刚度 对箱体强度的影响，特别是对于箱体轴承孔强度的影 响。后一种建模方法考虑的影响因素较全，但轴承和 齿轮的建模比较复杂，有限元计算也比较耗时。
验值对比情况如图 11 所示。
图 11 计算值与试验值对比
在图 11 中，应力相对误差位于 20． 0% 以内的测 点有 8 个，其中 9 号测点的误差最小，为 2． 6% ； 误差 位于 20． 0% ～ 30． 0% 的测点有 2 个，它们是 5 号和 10 号测点，其 误 差 分 别 为 27． 8% 和 20． 8% ，5 号 测
AlSi9Mg变速箱下壳低压铸造工艺模拟及优化
WU Futao1，, WANG Juan3 , LI Xin3 , TAN Jianbo1，
(1. School of Material Science and Engineering, Hcbci University of Science and Technology, Shijiazhuang, Hcbci 050018, China； 2. Hebei Key Laboratory of Material Near-net Forming Technology, Shijiazhuang, Hebei 050018, China； 3. Tangshan Caofeidian J idong Equipment Mechanical Foundry Company Limited, Tangshan, Hebei 063200, China.)
收稿日期：2020-10-29；修回日期：2020-12-01；责任编辑：张士莹 基金项目：河北省重点研发计划项目(18211021D) 第一作者简介：吴复涛(1997—)男，畐建龙岩人，硕士研究生，主要从事金属基复合材料方面的研究. 通讯作者：谭建波教授.E-mail： tanjanl9 98@ 吴复涛，王娟，李鑫，等.AlSi9Mg变速箱下壳低压铸造工艺模拟及优化[J].河北科技大学学报,021,2(3)304-310. WU Futao, WANG Juan, LI Xin, et al.Simulation and optimization of low pressure casting process for A1S19Mg gearbox shell[J].Journal of Hebei University of Science and Technology.2021.42(3) : 304-310.
稀土镁合金的研究现状及应用
稀土镁合金的研究现状及应用杨素媛,张丽娟,张堡垒(北京理工大学材料科学与工程学院,北京 100081)摘 要:镁合金具有质轻、高比强度、高比刚度等优异性能。
但其强度不高,高温性能较差,为了改善其性能,在熔炼过程中加入稀土制成具有高强、耐热、耐蚀等性能的稀土镁合金,大大增加了材料的抗拉强度、延展性及抗蠕变性能,从而使镁合金在航空航天、汽车工业及电子通讯行业得到了广泛应用。
总结了稀土对镁合金的净化和阻燃作用,分析了稀土元素对合金组织和性能的影响,综述了稀土耐热镁合金、稀土高强镁合金、稀土阻燃镁合金的研究现状,并简述了稀土镁合金的应用及发展前景。
关键词:稀土镁合金;组织;力学性能;应用中图分类号:TG146 2 文献标识码:A 文章编号:1004 0277(2008)04 0081 06镁及镁合金是目前最轻的结构金属材料,具有高的比强度和比刚度,很好的抗磁性,高的电负性和导热性,良好的消震性和切削加工性能。
但是镁合金的强度不高,特别是高温性能较差,大大限制了其应用。
所以提高镁合金的室温强度和高温强度是镁合金研究中要解决的首要问题[1,2]。
大部分稀土元素与镁的原子尺寸半径相差在 15%范围内,在镁中有较大固溶度,具有良好的固溶强化、沉淀强化作用;可以有效地改善合金组织和微观结构、提高合金室温及高温力学性能、增强合金耐蚀性和耐热性等;稀土元素原子扩散能力差,对提高镁合金再结晶温度和减缓再结晶过程有显著作用;稀土元素还有很好的时效强化作用,可以析出非常稳定的弥散相粒子,从而能大幅度提高镁合金的高温强度和蠕变抗力。
因此在镁合金领域开发出一系列含稀土的镁合金,使它们具有高强、耐热、耐蚀等性能,将有效地拓展镁合金的应用领域。
1 稀土在镁合金中的作用1 1 稀土对镁合金熔体的净化作用稀土对镁合金熔体有很好的净化作用,具有除氢净化及除氧化夹杂物的作用。
在熔炼过程中,由于镁的化学性质非常活泼,易与水气发生反应使镁合金具有较强的析氢倾向。
镁合金铝合金在汽车轻量化上的应用及发展趋势
镁合金铝合金在汽车轻量化上的应用及发展趋势镁合金和铝合金是目前汽车轻量化材料中的主要代表，它们具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点，在汽车制造领域得到越来越广泛的应用。
本文将从镁合金和铝合金在汽车轻量化上的应用、发展趋势等方面展开探讨。
一、镁合金在汽车轻量化上的应用随着汽车工业的不断发展，汽车轻量化成为了当前汽车制造领域的一个重要发展方向。
镁合金以其密度小、比强度高、耐热耐腐蚀等优点，成为了汽车轻量化领域中备受瞩目的材料之一。
1. 发动机部件镁合金在汽车发动机部件上的应用是其较为重要的应用领域。
镁合金可以用于制造发动机缸体、传动壳、曲轴箱等部件，其重量轻、导热性能好等特点可以有效地提高汽车发动机的工作效率，减轻整车重量，提高燃油经济性。
2. 变速箱部件镁合金还可用于汽车变速箱的制造中，例如变速箱壳体、液压零部件等。
镁合金的强度高、耐热性好等特点，使得其在变速箱部件上的应用能够有效地提高汽车的整体性能和可靠性。
3. 结构件除了发动机和变速箱部件外，镁合金还可以用于汽车各种结构件的制造，例如车身、悬挂系统、转向系统等。
使用镁合金制造这些部件可以有效地降低整车重量，提高汽车的燃油经济性和操控性能。
2. 轮毂轮毂是汽车上重要的部件之一，也是铝合金的重要应用领域。
采用铝合金制造轮毂可以有效地降低整车重量，并且具有良好的强度和刚性，提高汽车的操控性能和舒适性。
1. 复合材料的应用未来，随着汽车对轻量化、高强度、高刚度的需求不断增加，镁合金和铝合金很可能会与其他高强度材料如碳纤维复合材料等进行混合应用，以更好地满足汽车对材料性能的要求。
2. 制造工艺的提高随着制造工艺的不断提高，镁合金和铝合金的成型、焊接、表面处理等工艺也将得到提升，从而使其在汽车轻量化领域中的应用得以进一步扩大和深化。
3. 新材料的研发随着科技的不断发展，新型镁合金和铝合金材料的研发也将不断推进，例如高强度、高耐热性能的新型合金材料的问世，将为汽车轻量化领域带来更多的可能性。
车用镁合金性能对汽车轻量化发展的影响
ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈｅｒ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｓｈｏｃｋ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ＣＯｒｎ
ｐａｒｉｎｇ
ｗｉｔｈ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ．Ｔｈｅ
ｂｏｕｎｄａｒｙ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｃｒｅｅｐ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｍａｇｎｅ— ｓｉｕｍ ａｌｌｏｙｓ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔＯ ｐｒｏｖｉｄｅ ｓｔｒｏｎｇ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｕｐｐｏｒｔ ｆｏｒ ｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｍａｇｎｅｓｉ ｕｍ ａｌｌｏｙ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ．
９１１系列）
道奇（道奇生）．本田汽车（Ｈｏｎｄａ Ｍｏｔｏｒ城市涡轮）， 气缸盖
Ｔａｖｒｉａ Ｄａｅｗｏｏ
阿尔法罗密欧（ＧＴＶ），Ａｕｔｏ ＺＡＺ—Ｄａｅｗｏｏ（Ｓｌａｖｕｔａ Ｓｅｎｓ），本田，宝马，福特，五十铃汽
车，沃尔沃汽车（ＬＣＰ），克莱斯勒
Ｄｏｄｇｅ Ａｕｔｏ ＺＡＺ——Ｄａｅｗｏｏ（Ｔａｖｒｉａ Ｓｌａｖｕｔａ Ｄａｅｗｏｏ
方向盘
（克莱斯勒普利茅斯）．丰田，宝马（迷你），雷克萨斯（雷
骨架 克萨斯ＬＳ４３０） 通用（ｉｍｐｅｃｔ），梅赛德斯奔驰（奔驰跑车３００／４００／ 座椅架
５００
ＳＩ，）．雷克萨斯（雷克萨斯ＬＳ４３０）
仪表板 （丰田世纪） 丰田２０００ＧＴ，速霸，丰田（ＧＴＶ Ｒｏｍｅｏ），保时捷 轮组
长安汽车镁合金技术研究与应用进展
中图分类号 ：Ｕ ６ ． ２ ４ ５２
文 献标识码 ：Ａ
●
重庆 长 安汽车 股 份有 限公 司汽 车工 程研 究 总院 刘 波 黎 予 生 李 晓青 刘建 才
１镁 合金在汽车轻量化 中的应用
随 着 能 源 紧缺 、 环 境 污 染 问题 的 日益 突 出 ，全
子 通讯 业得 到 了较 多应 用 。 镁 合 金 被 用 来 减 轻 汽 车 质 量 已有 ７ 年 的 历 史 。 ０
据 测算 ，汽车 自重每减轻 １ ％ ，燃油效率可 以提高 ０
５ ％ ，如果 每辆 车 能使 用７ ｇ ，Ｃ ． ５ Ｏ ｋ镁 Ｏ 的年 排放 量 就 能减 少 ３ ％ 以上 。世 界 各 大汽 车 公 司 都 非 常重 视 ０ 开 发 镁 合 金 零 部 件 。欧 洲 正 在 使 用和 研 制 中 的镁 合
月顺 利通 过 国家 科技 部组 织 的验 收 。为 了加 快 镁合 金
的产 业 化 步 伐 ，长 安 公 司于 ２ ０ 年 启 动 “ 合 金 在 ０４ 镁 长安 汽 车 上 的扩 大 应 用 ” 专 题 项 目 ，所 开 发 的镁 合 金零 部 件 批 量装 车 ３ 万余 辆 ，并销 往 全 国 各地 ，该 项 目于 ２ ０ 年 １ 月通过 了国家科 技 部组织 的验收 。 ０５ １
ｃ 合 金 电磁 屏蔽 性 能和 导 热 性均 较好 ，同 时具 ． 镁 有较 好 的耐 磨性 。 ｄ镁 合 金有 较 高 的尺 寸稳 定性 和 稳定 的 收缩 率 ， ． 铸件 和 加工 件 的尺 寸精 度高 。
因 此 ，镁 合 金 在 航 空／ 天 工业 、汽 车 工 业 、 电 航
形 功 ，具 有降 噪 、减 振 功 能 ，可承 受较 大 的冲 击振动
AZ31镁合金的织构对其力学性能的影响
AZ31镁合金的织构对其力学性能的影响唐伟琴;张少睿;范晓慧;李大永;彭颖红【摘要】利用电子背散射衍射(EBSD)取向成像技术,分析AZ31镁合金热挤压棒材和轧制薄板的织构特点;对具有不同初始织构的镁合金棒材和薄板进行力学性能分析,并从织构角度分析棒材的拉压不对称性和薄板的力学各向异性.结果表明:挤压镁合金棒材具有主要以(0001)基面平行于挤压方向的基面纤维织构,存在严重的拉压不对称性,其原因在于压缩时的主要变形方式为{10(-1)2}<10(-1)1>孪生;热轧镁合金薄板具有主要以(0001)基面平行于轧面的强板织构,具有显著的力学性能各向异性,其原因在于拉伸时不同方向的基面滑移Schmid因子不同.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2010(020)003【总页数】7页(P371-377)【关键词】AZ31镁合金;织构;力学性能【作者】唐伟琴;张少睿;范晓慧;李大永;彭颖红【作者单位】上海交通大学,机械与动力工程学院,上海,200240;上海交通大学,机械与动力工程学院,上海,200240;上海交通大学,机械与动力工程学院,上海,200240;上海交通大学,机械与动力工程学院,上海,200240;上海交通大学,机械与动力工程学院,上海,200240【正文语种】中文【中图分类】TG146.2镁合金具有低密度、高强度、易回收等优点，近年来作为轻质结构材料被逐渐应用于汽车、交通、电子及其他民用产品等领域[1]。
变形镁合金通常通过挤压、轧制、锻造等变形方式来改善合金的结构，提高镁合金的性能，但镁合金在变形后会在合金内产生择优取向即织构。
大量研究表明[2-9]，镁合金织构的存在对镁合金的性能有着显著影响。
因此，研究镁合金在变形过程中产生的织构，明确织构产生的原因及织构对合金性能的影响，就可以对镁合金的变形加工提供理论依据，达到控制织构的目的，用以改善合金的性能以适应结构件的使用要求。
准晶增强高性能镁合金的研究答辩PPT
Mg-Al-Zn合金宏观硬度与Mg-Zn-Y准晶中间合金含量的关系
72.3HB
毕业论文答辩
Mg-Al-Zn合金拉伸强度和延伸率与Mg-Zn-Y准晶中间合金含量的关系
213.23MPa
6.41%
毕业论文答辩
结论
采用常规铸造法制备出的Mg-Zn-Y准晶中间合 金中存在Mg30Zn60Y10准晶相。 在Mg-Al-Zn合金熔体中通过外加的方式加入准 晶中间合金后，准晶相能够在随后的凝固过程 中遗留下来，分布在晶界和晶内。
毕业论文答辩
研究背景
准晶具有高硬度、耐蚀、耐热等优点，适合 于作韧性基体材料中的强化相。在镁合金溶液中 添加准晶相可制备出准晶相增强高性能镁合金及 镁基复合材料。 目前，准晶的实际应用仅限于表面涂层和增 强结构材料方面 ,其他领域的应用并不广泛。
毕业论文答辩
研究目的与意义
针对镁合金在应用中的一些缺点，希望可以 通过准晶相增强的方法制备出高性能的Mg-Al-Zn 合金。同时探寻准晶相增强高性能镁合金的作用 机理，旨在为以后制备高性能镁合金奠定基础。 让轻质，绿色的镁合金成为本世纪重要结构材料 的憧憬成为现实。 在镁合金研究热潮中 ,如果能利用准晶的优 异性能 ,开发新工艺、 新技术 ,可以进一步将我 国镁合金的资源优势转化为产业优势。
毕业论文答辩
实验结果与分析
毕业论文答辩
铸态Mg-Zn-Y合金的X射线衍射图谱
毕业论文答辩
铸态Mg-Zn-Y合金的SEM图像
毕业论文答辩
Mg-Al-Zn合金的铸态XRD衍射图谱
Mg-Al-Zn母合金
Mg-Al-Zn母合金+8%Mg-Zn-Y准晶中间合金
毕业论文答辩
不同Mg-Zn-Y准晶中间合金含量的Mg-Al-Zn合金铸态显微组织
镁合金在汽车轻量化中的应用-中国力学学会
镁合金在汽车轻量化中的应用孟广伟赵云亮陈曦（吉林大学机械科学与工程学院，长春 130025）能源危机与环境污染问题影响了全球的能源消费观念。
汽车制造商们为了减少油耗，着力于汽车轻量化的研究。
镁合金的压铸件在所有压铸合金中是最轻的。
镁的地球储量丰富，约占地壳重量的2.35%，镁合金是极具竞争力的汽车轻量化材料。
新材料的应用是实现汽车轻量化的主要途径之一。
目前可用来减轻汽车自重的金属材料有铝合金、镁合金、钛合金等。
本文以汽车座椅骨架的轻量化为例，对汽车零部件轻量化的过程加以阐述。
汽车座椅属于汽车的基本装置，在汽车中它将人体和车身联系在一起，是汽车的重要安全部件，伴随汽车的诞生而出现。
针对座椅的安全性，国内外均制定了一些列的座椅法规。
美国制定了联邦机动车安全法规FMVSS，欧洲制定被动安全性法规ECE，我国制定了《汽车座椅系统强度要求及试验方法》GB15083－1994、GB15083－1994。
在我国汽车座椅安全性法规的指导下，对镁合金座椅骨架总成模型、座椅靠背骨架模型进行了仿真分析。
同时，将座椅骨架材料分别改为铝合金和碳素钢。
进而，将三种材料座椅骨架从重量、经济性、燃油消耗率等方面进行了比较，并对座椅进行了模态分析。
镁合金AM60，铝合金ZL104，碳素钢Q235三种材料的密度及座椅质量的对比见表1。
镁合金座椅骨架的静强度分析后，同时计算相同形状下铝合金ZL104、碳素钢Q235座椅骨架。
计算结果对比如表2所示。
表1 三种合金材料密度、质量表AM60ZL104Q235密度（kg/m3） 1.8×103 2.65×1037.85×103质量（kg） 2.5 3.7 10.9表2 三种合金在各个工况下的计算结果Q235 AM60ZL104 过质心水平向后最大应力26.2MPa 34.8 MPa 35.1 MPa过质心水平向前最大应力26.2 MPa 34.8 MPa 35.1 MPa0.105mm过质心水平向后最大位移 1.09mm 0.296mm0.105mm过质心水平向前最大位移 1.09mm 0.296mm相对质心373N·m的力矩最大应力73.4 MPa 123 MPa 122 MPa相对质心373N·m的力矩最大位移13.9 mm 4.09mm 1.42mm通过对镁合金座椅骨架总成实际工况下的模拟，分别对其进行了静强度仿真分析，初步模态分析，模态分析中三种材料的一阶非零频率差别不大。
长安汽车轻量化与镁合金应用
化效果和技术 经济竞争力 。 另外 ，在集成化 、模块化 设计 制造 的技术 经济 优势
被汽车产 业广泛认知 和采 用的今天 ，材 料的成形 工艺特 性 决定着 构件的集成 设计制造 程度 ，最终影响零部 件的
制作成本 和价格竞争 力 ，因而 越来越 受到设计 人员的重
视。
供 装配的零部 件 ，不 同材料 因成形 工艺特性 的差异 ，工 艺成 本差异 显著 ；且构 件的本体材 料性能 因工艺不 同也
能实现减速制动 。因此 ，车辆运动部件 的减 重 ，能起到
轻 量化 中需要顾及维 持和提升驾乘性能 。因此 ， 量化 轻
需 要有选择地进行 ，即遵守 “ 自上而下 、从前 到后 、先
事半功 倍的 “ 节能 ” 效 果 ，并同时 提高车 辆的驾 乘性
绿色 制造
能 。根据 公开的试 验数据 ，轮毂如 减重２ ％ （ 占车 重 ５ 约 的２ ％～３ ％） ，则 车辆 百公里 油耗 可降低 １ ％。可 见 ， ０
在车辆轻量化过程中， 保持 “ 自上而下”的优先次序，
利 于维持或降低整车 重心 ，对于提高车辆在 侧向和直线
加 速下 的 驾乘 动态性 能 ，防止 制 动 “ 点头 ”都 极其 有
利 。因此 ，车身减重 的 目 目前主要集 中在舱 盖、门框 标
和车顶 框等上部车身结构 ，以及座椅骨架等安 装位置较 高 的部件上 。
壳 、变 速器 壳体 、离 合 器壳体 、仪 表板 支架 、中控 支 架 、水箱支 架、发动机舱盖 、车 身前端等 ；只有在发 动
机 中置或后置的车型上 ，才可以看到尾部 的轻量化 。
者 、制造商 和用户孜孜追求的 目 。除国内独特的碰撞 标 安全利 己思 维外 ，汽车轻量化 已在西 方发达国家广为接
镁合金板在汽车门盖系统上的应用及展望
０ 引 言
镁 是工 程 领 域 最 有 发 展 前 景 的 一 种 轻 质 材 料， 用 作 结 构 件 时具 有 质 量 轻 、 比强 度 高 、 比刚 度
合物 轻 ２ ０ ％ 。如 表 １所 示 ， 镁 具 有 较 高 的 比强 度 和 比弹性模 量 、 良好 的刚 性 、 高 的 阻尼 性 能 和减 震
ｎ ｅ ｓ ｉ ｕ ｍ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ ａ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ．Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｈ ａ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗｎ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｓ ｉ ｕ ｍ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ ｃ ａ ｎ ｍｅ ｅ ｔ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｂ・ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ．Ｉ ｔ ｃ ａ ｎ ｓ ａ ｖ ｅ ｗｅ ｉ ｇ ｈ ｔ ｂ ｙ ４５％ ｗｉ ｔ ｈ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ，ａ ｎ ｄ ｂ ｙ ３ ０％ ｗｉ ｔ ｈ ａ ｌ ｕ ｍｉ ｎ ｉ ｕ ｍ
结构相 比 ， 减重 ４ ５ ％； 与铝结构相 比， 减重 ３ ０ ％。
【 Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ 】 Ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉ ｒ ｓ ｔ ｉ ｃ ， ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｍ ａ ｇ ｎ ｅ ｓ ｉ ｕ ｍ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ ，ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ．
材料 密 度ｐ 弹性模量 比 弹性模 拉伸强度 比 拉伸强度 导热系数 ／ 减振系数
／ ｇ ． ｅ ｍ一 ３ Ｅ ／ Ｇ Ｐ ａ 量Ｅ ／ ｐ 钢 ７ ． ８ Ｏ ２ １ ０ Ｍ Ｐ ａ ０ ｝ ｏ Ｗ・ （ ｍ ・ ｋ ） ４ ６
《中国表面工程》第33卷(2020年)总目次
《中国表面工程》第33卷（2020年）总目次第1期【工程前沿】超快激光制备材料表面微纳结构的研究进展肖强，徐睿（1）…………………………………………………………【表面工程研究】喷丸成形弹坑尺寸对2324铝合金疲劳性能的影响王强，张炜（18）…………………………………………………AZ31镁合金表面含纳米SiC氟化镁膜层的制备及耐腐蚀性能安景花，齐玉明，彭振军，梁军（24）…………………微量钛对离子渗氮渗层特性及性能的影响毛长军，魏坤霞，刘细良，周正华，胡静（34）……………………………氮气对纳米金刚石膜的生长结构及晶界处H含量的影响王振湉，翁俊，汪建华，刘繁（39）………………………a-CʒH和ta-C涂层对7075铝合金的摩擦学特性黄志宏，杨豆，杨兵，刘传胜（47）…………………………………聚酰亚胺基自润滑材料与WS2-Ag固体润滑膜的相容性邱维维，孟祥宇，王非，孟晖，包知迪（55）………………磁控溅射Cr/CrN和Cr/CrN/CrAlN涂层的抗高温氧化性能宋肖肖，李柯，赵婕宇，董艇舰，胡登科，陈亚军（63）………………………………………………………………基体、过渡层偏压和涂层厚度对氧化铬涂层结晶取向的影响黄凯，李刘合（73）…………………………………………Au负载N掺杂TiO2纳米管阵列的制备及其性能许美贤，刘佳孟，李文奕，孙研豪，张王刚，王红霞（84）……………LZO/8YSZ双陶瓷热障涂层CMAS的腐蚀性能杨乐馨，李文生，安国升，张义（91）……………………………………HVAF工艺参数对铝基非晶合金涂层性能的影响邱实，王浩伟，王晓明，常青，吕威闫，杨柏俊（101）…………32Cr3Mo1V钢表面激光离散Cr合金化的热疲劳性能李文，王之桐（110）………………………………………………激光比能对Fe2B激光熔覆涂层微观组织与性能的影响王一澎，陈志国，汪力，魏祥，舒忠良，沈聪（117）……………………………………………………………氮化钛含量对热塑性涂层光热效应及自修复性能的影响王金科，马菱薇，张达威（125）…………………………………【应用实例】【例61】等离子增强化学气相沉积DLC薄膜在汽车零部件上的应用雷霈，帅小锋（封二）……………………………第2期【工程前沿】冷喷涂制备钛及钛合金涂层研究进展周红霞，李成新，李长久（1）…………………………………………………………表面微织构复合固体润滑材料的摩擦学性能研究进展付景国，徐长旗，朱新河，张蓬予，刘耕硕，严志军（15）………【表面工程研究】仿生微织构与氟硅烷修饰对6061铝合金浸润性的影响李杰，黄镕敏，王超磊，吴昊晨，张阳（29）………………AZ31B镁合金表面微弧氧化/聚苯胺改性环氧涂层的腐蚀失效行为莫格，崔学军，张颖君，李明田，宁闯明（37）………………………………………………………………………TC6钛合金渗碳层在不同介质环境中的腐蚀磨损性能代燕，吴旋，杨峰，李坤茂，刘静，欧梅桂（47）………镍钴合金在低共熔溶剂中的共沉积行为李文若，郝建军，牟世辉（57）……………………………………………………机械能助渗锌铝渗层的防腐耐磨性能分析梁义，周云龙，盛忠起，邢伟，魏世丞（65）……………………………表面纳米化对Dievar模具钢高能离子注渗WC层性能的影响王文权，桑娜，胡春华（75）……………………………N含量对Cr-N涂层结构和抗高温水蒸汽氧化性能的影响白羽，黄平，葛芳芳，黄峰（87）………………………钛合金表面GO/HA/MAO复合膜层的制备及其性能李明泽，赵子聪，吴敏宝，左佑，张玉林，陈飞（97）………不同电极排列方式下纯铁薄膜晶粒的生长行为王振宇，丁国，李岩，定巍（111）…………………………………等离子喷涂La2Zr2O7热障涂层高温烧结的硬化行为唐春华，李广荣，刘梅军，杨冠军，李长久（119）…………………TA15钛合金激光熔化沉积制件超声相控阵检测何振丰，赵宇辉，赵吉宾，王志国，孙长进（127）………………………同轴送粉工艺参数对激光增材再制造喷嘴粉流流场的影响规律郭辰光，郭昊，李强，岳海涛，王闯（136）……超高速激光熔覆低稀释率金属涂层微观组织及性能娄丽艳，张煜，徐庆龙，王轲岩，澹台凡亮，李长久，李成新（149）………………………………………………第3期【工程前沿】仿生自主变色伪装材料的研究进展吴昱，金青君，崔志峰，毕鹏禹，张梦清（1）………………………………………仿生织构类型及其对表面摩擦性能影响侯启敏，杨学锋，王守仁，肖居鹏，李万洋（18）………………………………等离子体喷涂环境障涂层高温失效研究进展庄铭翔，都业源，袁建辉，王亮（33）……………………………………垃圾焚烧发电锅炉高温腐蚀治理的研究进展曲作鹏，钟日钢，王磊，赵文博，田欣利，王海军（50）…………………【表面工程研究】纯钛表面超疏水性着色膜的制备及性能郑志军，何蕊，陈均焕，高岩，李浩（61）………………………………NaOH溶液存储对纯钛表面TiO2－x 层超亲水性长期稳定性的影响孙飞，程巍，蔺增（71）…………………………超疏水铝合金表面的复合制备与性能杨晓红，叶霞，徐伟，顾江，范振敏，陆磊（78）…………………………成膜时间对镁合金镧盐转化膜耐蚀性的影响许满足，邹忠利（88）…………………………………………………………等离子喷涂不同比例掺杂G-Al2O3－13%TiO2复合涂层的耐腐蚀性能张昊，张晶晶，刘旭，林海，李廷举（95）………………………………………………………………………基于分形方法的YSZ热障涂层有效热导率分析丁坤英，李志远，王者，程涛涛（104）…………………………………超音速等离子转移弧喷涂铝涂层的响应曲面法工艺优化靳子昂，刘明，朱丽娜，王海斗，王海军，康嘉杰（111）……………………………………………………………煤油流量对HVOF喷涂WC-12Co/NiCrBSi复合涂层显微组织与性能的影响刘杰，刘侠，胡凯，张世宏，王硕煜，丁毅，薛召露（119）…………………………………………………基于齿面缺陷激光修复几何数学模型的齿轮修复李向波，李涛，石博文，王东，张元良（129）……………………CeO2对TiC x增强钛基激光熔覆层成形质量和组织的影响杨凡，张志强，张宏伟，张天刚（137）……………………La元素对MoSi2涂层的宽温域氧化行为影响杨英，毛绍宝，巫业栋，张世宏（152）……………………………………【应用实例】【例62】狭小端口超大内腔结构件高性能防腐技术及应用唐斌，李永彬，张志强（封二）………………………………第4期【冷喷涂技术专题】………………………………………冷喷涂增材制造关键技术吴洪键，李文波，邓春明，刘敏，廖汉林，邓思豪（1）…………………………………………冷喷涂技术的研究进展与应用黄仁忠，孙文，郭双全，谢迎春，刘敏（16）……………………………………………………………真空冷喷涂技术及其在功能器件中的应用马凯，李成新（26）……………………………………………………冷喷涂金属基复合涂层及材料研究进展王吉强，崔新宇，熊天英（51）……………………………………………………冷喷涂金属的组织与性能调控雒晓涛，谢天，李长久，李成新（68）……………………………冷喷涂过程中气固两相流动行为及喷涂工艺优化研究新进展李文亚，樊柠松，殷硕（82）【表面工程研究】…………………………微弧氧化镁表面钙磷生物涂层的制备及性能韩嘉平，王振玲，唐莎巍，胡津，于玉城（102）粉末包埋渗铝与气氛渗铝对P92钢650ħ饱和蒸汽氧化行为的影响…………………………………………………周永莉，鲁金涛，黄锦阳，杨珍，袁勇，谷月峰，赵钦新（111）……………………………………………交流电场增强45钢中温粉末法硼铝共渗特性谢飞，王晓娟，潘建伟（121）……………负偏压和本底真空度对Al膜表面形貌和耐蚀性能的影响胡方勤，曹振亚，张青科，杨丽景，宋振纶（128）HVAF喷涂Inconel625涂层在生物质发电环境的高温腐蚀行为………………………………………杨二娟，刘福广，常绍峰，谷永辉，蒋生喜，张庆和，雒晓涛，李长久（136）……基于面积分数多尺度分析的封严涂层孔隙分布均匀性定量表征李宗艺，张伟，林莉，马志远，雷明凯（145）超音速微粒沉积－激光同步强化Inconel718涂层高温氧化行为……………………………………………………………李丹阳，韩国峰，殷凤仕，任智强，朱胜，王晓明（152）烧结温度对Q235钢搪瓷涂层组织结构及性能影响……………………………………李翠霞，瞿学炜，李文生，冯力，伊莲娜·亚茨申科（俄罗斯），杨晓永（160）第5期【表面工程研究】……………………超疏水涂层的制备及其对Mg-Li合金的防腐蚀性能李玉峰，高文博，史凌志，高晓辉，王万兵（1）………………………不锈钢网表面润湿性的调控及其油水分离性能李志文，齐博浩，刘长松，赵欣生，栗心明（10）氟改性丙烯酸酯共聚物的制备及其涂层表面疏水性能…………………………………………韩东晓，侯劲松，苗夫传，张志远，李雪冰，马敬芳，郑勇，朱立群（18）………自组装膜层微观结构对铝合金表面耐腐蚀性能的影响李姣姣，刘燕红，李家平，刘燕仪，尚伟，温玉清（30）………………………………基于梳齿沟槽阵列的集油表面润滑特性刘成龙，郭峰，黄柏林，周易，栗心明（40）…………………活塞环表面液相等离子体电解渗氮处理工艺朱宗宁，赵鸿岳，梅德清，赵卫东，陈晨，陶俊（47）……………………………………………稀土对铁基粉末冶金材料渗硼强化性能的影响方慧敏，张光胜，夏莲森（56）O/Ar流量比及退火对氧化锆薄膜结构及摩擦学性能的影响2………………………………………………………………许文举，鞠鹏飞，李红轩，吉利，刘晓红，陈建敏（65）…………………………………………SiC对氩弧熔覆AlCuFeNiCo高熵合金涂层组织性能的影响时海芳，王红蕾（75）………………………………………激光裂解Ti-Si有机膜制备陶瓷涂层的组织与耐磨性王思捷，刘照围，王潇（83）………………改性碳纤维的制备及其增强PTFE复合涂层摩擦学性能蒋国强，郭永信，刘雅玄，卞达，赵永武（90）…………………………………………………………环境障涂层的发展瓶颈及应对措施马壮，张学勤，刘玲（99）【再制造工程研究】………………VIGA和EIGA气雾化法制备增材制造用低合金钢粉末吕威闫，杨番，韩国峰，王晓明，杨柏俊（115）…………………………基于政府补贴的制造商“以旧换再”定价策略丰奇倩，刘渤海，郑汉东，陈玉霜，李凯（123）【应用实例】………………………【例63】内孔高能等离子喷涂在泥浆泵缸套内表面强化与修复中的应用刘明，马国政（封二）第6期【综述论文】……………………温度对表面摩擦磨损性能影响的研究进展牛宇生，郝秀清，孙鹏程，赵香港，李亮，何宁（1）【表面工程研究】……………………………电压对医用钛合金阳极氧化膜结构和耐蚀性的影响朱晓清，王烨，宋瑞宏，吴海丰（23）…………激光刻蚀和阳极氧化对纯钛植入体表面性能的影响赵梓贺，万熠，于明志，张晓，王宏卫，宋章仪（29）………………………增材制造孔隙结构生物医用钛合金力学及干摩擦行为有限元分析徐敬忠，吕晓仁，李述军（37）……………………………………表面织构对动压滑动轴承摩擦学性能的影响毛亚洲，杨建玺，徐文静，金乐佳（47）铝合金表面有机污染物等离子体清洗机理及验证……………………………………………………李玉海，白清顺，杨德伦，张鹏，卢礼华，张飞虎，袁晓东（58）…………………GLC/成分梯度CN x多层膜的微观结构和摩擦学性能杨芳儿，陆诗慧，杨烁妍，高蔓斌，郑晓华（68）工作气压对TiBN/TiAlSiN纳米多层涂层的结构和性能影响………………………………………………………………王泽松，韩滨，项燕雄，田灿鑫，邹长伟，付德君（77）……………………靶基距对Cu/Si（100）薄膜结构和残余应力的影响孟笛，蒋智韬，李玉阁，高剑英，雷明凯（86）…………………………非晶Ni-Mo-P镀层微观组织结构演变对耐蚀性的影响赵冠琳，刘树帅，吴东亭，邹勇（93）纳米CeO2掺杂对烧结钕铁硼磁体表面Zn-Al涂层性能的影响…………………………………………………曹玉杰，刘友好，张鹏杰，徐光青，刘家琴，衣晓飞，吴玉程（100）………………………环境障涂层用纳米结构Yb2SiO5粉体喂料的制备与表征邓路炜，张晓东，王东升，王铀（108）碳含量对激光熔覆CoCrFeMnNiC x高熵合金涂层摩擦磨损和耐蚀性能的影响………………………………………刘径舟，刘洪喜，邸英南，蔺健全，郝轩宏，王悦怡，陈林，张晓伟（118）中间合金粉对激光选区熔化TMZF合金电化学性能的影响……………………………………………………………褚清坤，邓朝阳，闫星辰，马文有，胡永俊，刘敏（128）磷基无卤素油溶性离子液体润滑添加剂的摩擦学特性…………………………………………………范丰奇，张朝阳，周康，黄卿，汤仲平，于强亮，蔡美荣（136）【应用实例】…………………………………………………………【例64】超高速激光熔覆技术在液压支柱上的应用邹斌华（封二）。
HEV_变速器壳体开裂失效分析
MANUFACTURING AND PROCESS | 制造与工艺近年来，随着国家战略的引导和人们生活品质提高的需要，纯电动汽车和混动汽车获得了快速发展。
而汽车重量对混动汽车燃油经济性和纯电动汽车的续航里程起着决定性作用，车重每降低100kg，油耗可减少0.7L/100km[1]。
根据业内的共识，簧下质量减重降油耗效果显著优于簧上质量，在动力底盘零件设计过程中，为了降油耗产品工程师会依据CAE分析结果，将零件尽可能减薄，譬如文中提到的将某混动车型变速器壳体的壁厚减薄，这往往带来一些新的问题。
除了优化产品结构，汽车降低能耗的途径主要是使用新型轻量化材料。
压铸铝合金因为优异的材料性能、加工的稳定性和比强度高等优点，成为汽车轻量化的热门材料。
高强韧铝合金压铸件从上世纪90年代起开始批量应用，近年来铝合金压铸件逐步替代铸铁，用量逐年增加，并广泛应用于汽车变速器壳体、发动机部件和汽车轮毂等等。
随着汽车工业技术的进步，大部分铝合金制造的汽车零部件向壁薄、高强度、高质量、高可靠性方向发展。
德国莱茵铝合金公司研究的新型压铸铝合金：Magsimal-59、Silafont-36与Castasil-37，通过控制Fe元素的含量，实现标准圆棒试样在铸态下断后延伸率达到17%，并成功应用于汽车车门制造。
王海东等对Al-Si-Mg系合金中添加微量元素Ti时，能有效细化晶粒，显著提供铝合金的抗拉强度和屈服强度，添加微量Zr或Sr元素，铝合金的力学性能显著改善，为制造铝合金汽车车身、吸能件提供了解决方案[2-3]。
目前研究和应用最广的铝合金主要是Al-Mg系、Al-Si系、Al-Si-Cu系和Al-Si-Mg四个系列。
我司的某变速器壳体属于Al-Si-Cu系的压铸铝合金，牌号是ADC12。
1 故障描述某混动车型变速器在路试测试时，壳体安装螺栓处开裂，断裂情况如下图1所示。
壳体开裂的裂纹源位于螺栓安装面下第三螺纹根部（图1，Ⅰ区箭头指向位置；CAE仿真分析显示，该处属于应力集中部位）。
汽车变速器壳体全铝合金应用项目通过验收
汽车变速器壳体全铝合金应用项目通过验收
张军锋
【期刊名称】《军民两用技术与产品》
【年(卷),期】2015(0)5
【摘要】陕西法士特汽车传动集团公司申报的重大科技专项——“汽车变速器壳体全铝合金应用”项目，通过了陕西省宝鸡市科技局组织的验收，并获得了政府专项资金支持。
全铝合金壳体变速器可大幅减轻车辆自重，具有良好的燃油经济性和低排放等优势，符合国家政策支持方向和市场需求。
该项目属于科技成果转化及应用项目。
【总页数】1页(P23-23)
【关键词】变速器壳体;铝合金壳体;汽车传动;应用;科技成果转化;燃油经济性;集团公司;资金支持
【作者】张军锋
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】U463.212
【相关文献】
1.法士特汽车变速器壳体全铝合金应用通过验收 [J], 马德平;
2.论汽车变速器铝合金壳体与零部件的表面防腐 [J], 郑健;史晓龙
3.有限元分析在汽车变速器壳体开发领域的应用 [J], 王荣霞
4.铝合金变速器壳体工频加热装配的创新应用 [J], 方长喜
5.铝合金变速器壳体工频加热装配的创新应用 [J], 方长喜
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镁_绿色工程材料
压产品， 开始应用于汽车内部的 各 种 部 位 ， 如 仪 表 盘 、方 向 盘 、座 椅 等 。综 合 来 看 ， 镁 合 金 在 汽 车 上 的应用逐渐地在扩大， 每一个阶 段的创新应用都给汽车行业带来 实质上的技术进步。
近年来， 汽车行业加快了镁 合金应用于发动机和自动变速箱 的抗高温、抗蠕变性能的研发工 作 。德 国 宝 马 公 司 在２００６年４月 开 发出了直列６缸发动机的镁合金 气 缸 体 工 艺— —— 将 铝 合 金 缸 衬 嵌 入金属模具后用镁合金注入成 形 。此 外 ， 德 国 大 众 汽 车 公 司 也 开 展了镁合金发动机的研究项目， 开 发 了 一 种 可 以 耐 ２００℃ 高 温 的 新 型 砂 型 镁 合 金 材 料 ＡＭ－ ＳＣ１， 继 而 开 发 出 了 镁 合 金 ＬＵＰＯ汽 车 ３ 缸
轻量化 目前， 电子器材外壳一般采 用 工 程 塑 料 （ ＰＣ、 ＰＣ／ＡＢＳ、 ＰＢＴ／ＡＢＳ、Ｎｙｌｏｎ／ＰＰＥ或 碳 纤 维 增 强 塑 料） 制 作 。 但 是 ， 当 塑 料 件 的 壁
厚 接 近 １ｍｍ后 ， 其 刚度、耐冲击性、 抗挠曲变形的性 能则大大降低， 一 般的工程塑料已 无 法 满 足 要 求 。此 时， 镁合金则具有 明 显 的 优 势 。下 表 列举了几种材料 的壁厚与重量的 比 较 结 果 。表 中 是 以 便 携 式 电 脑 外 壳 常 用 的 ＰＣ／ＡＢＳ 塑料为标准， 采用不同材料以获 得 与 １．６ｍｍ厚 的 ＰＣ／ＡＢＳ相 同 强 度 所需要的壁厚与材料重量比。由 此可见， 采用铝合金所需壁厚为 ０．５３ｍｍ， 重 量 为ＰＣ／ＡＢＳ的７８％； 采 用 镁 合 金 的 ， 重 量 仅 为ＰＣ／ＡＢＳ的 ５９％。
镁铝合金在汽车上的应用发展阶段
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2004 年 2 月 MECHANICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY February 2004
看出 , 壳体轴承位置处与 齿轮轴 相接触 部位及其 附近的 应 力值普遍比其他部 位偏高 , 因此 我们针 对放置 轴承 的 3 个 高应 力面进 行了 剖面处 理 , 剖面 位置 如图 1 中 A 、B 、C 所 示 。 各截面处的应力分 布分 别如图 3 ～ 5 所示 。 最大主 应 力位于一档齿轮轴与轴 承相接触部位(见 图 4), 其 值为 29. 83 MPa , 所在节点 编号 为 12522 , 此处 也即变 速箱 最易发 生 开裂的地 方 。 而 最 小 主 应力 也 在 此 截面 上 , 节点 编 号 为 11344 , 其值为 -17.85 MPa 。
15 5
生支反力 。 由于轴承采用向 心球轴承 , 主要承受径 向载荷 , 可忽略轴向因素的影响 , 因此只分析径向力的影响 。
变速箱一轴和二轴及中间轴的轴承支反力根据材料力 学不难求出 , 6 个 轴承孔处的支撑反力结果如表 1 所示 。
表 1 轴承孔处支反力作源自点ABCD
E
F
支反力(N) 3455 .7 5760.7 705.4 3470 .2 6466 .1 127 .1
本文采用 CAD 软件 UG 对 壳体进 行建 模 , 并划分 有限 元网格 。 选取启动 状态时 的载荷 为计 算工 况 , 在 MARC 软 件中建立该 壳体有限元 力学模型 , 对 变速箱 壳体进行 载荷 分析 , 分析了壳体的受力情况 。 随后 , 针对变速箱壳体强度 薄弱部位 , 对局部结构改进提出了建议 。
2 变速箱壳体有限元模型 变速箱壳体采用 UG 进行造 型 。 由于壳 体形状 非常复
杂 , 并且受力不均匀 , 因此 取其整体 作为分 析对象 , 并 将部 分与材料强度无关的结 构(如倒角 、螺纹 孔等), 进 行拉 直 , 填平等结构上的简化 。
图 1 壳体外形网格图
将壳 体划 分为 四 面体 单
置时 , 所受到的牵引力最大 , 所以选取一档 时变速箱壳体所
受外力作为外载荷 。 变速箱 在工作过 程中 , 受力 是通过 轴
承与壳体相接触来传递的 , 故分析壳体的受力情况 , 先要分
析轴承的受力情况 。 为了计 算出变速 箱壳体 内所 受的力 ,
须先得到变速箱内 各齿轮 对间的力 , 这 些力通过 齿轮和 齿
镁合金作为工业产品中 最轻的 金属结 构材料 , 又 具有 比较好的回收性能 , 在汽车减重 、性能改善和环保中日益得 到工业界重视 。 目前 , 镁 合金以 压铸件 的形式 在汽车 零部 件中得到了应用 , 如镁合金变速箱壳体 、轮毂等 。 某汽车公 司采用镁合 金变速箱壳 体代替铝 合金壳 体 , 为尽可能 利用 原模具结构 , 降低设计成本 , 需要对在相同结构下采用镁合 金后的壳体进行强度分析 。
图 6 壳体纵剖面 Z 向位移变形图
采用单向应力下的 疲劳强 度计算方 法 , 应力的平 均值改 进
前 为 σm0 =29 .83 MPa ;改 进后为 σm1 =18.6 MPa 。对于应力 幅值 , 由于 缺少 载荷谱 , 按汽 车运 行情况 可取 应力 幅值 为
σa = 0.1σm 。其安全系数计算公式为
n
=
σ-1 Kεβσσa + ψaσm
(5)
式中 :σ-1 为极限疲劳强度 ;σm 为平均应力 ;Kσ、ε、β 分别为 影响疲劳强度 的应 力集 中系 数 、尺 寸系 数 及表 面系 数 ;ψa
= σ-1/ σb 。 为 安全起见 , 取有效应力集中系数 Kσ =2[ 4] 。由于在拉
压疲劳实验中 , 轻金属的尺 寸系数 在 1 左 右 , 为安 全起见 , 取 ε=0 .9[ 2] 。表面加工系数 β 取 0.9[ 1] 。于是 , 安全系数为
Strength Analysis of Magnesium Alloy Gear Box ZHANG Shao-rui , LUO Ying-bing , LI Da-yong , PENG Ying-hong
(School of Mechanical Engineering , Shanghai Jiaotong University , Shanghai 200030)
这三种力只有径向力的方向和齿轮轴线垂直 , 而周向力
可以分解为一个力矩和一个作 用在齿轮轴线上并和 齿轮轴
线相垂直的力 , 因此可得到一个作用在齿轮轴线上的径向合
力F =
F
2 t
+
F
2 r
。这些径向合力必然在齿轮轴支撑点上产
第 2 期 张少睿等 :镁合金汽车变速箱壳体强度分析
元 , 外形网 格 如图 1 所 示 , 该 模 型 共 有 40813 个 节 点 , 149420 个 单 元 。 分 析计 算 及 后处理采 用软 件 MARC Mentat 进 行 。 轴 受 力 时 , 力 经 过 轴承 传递 到壳 体上 。 当壳 体 的有限 元 模 型 建 立 好 以 后 , 这些 力 以 节 点 力 的 形 式 施
加 。 由于轴 承与 轴及 壳体 是 通过 过 盈 配 合 连 接 的 , 轴 作
图 2 轴承集中力的分解
用到轴承上的 集中 力 F 通过 轴承作 用到 壳体上 就转 换为 沿壳体圆周的分布力 R0, R1, R2 , … , Rn , 并且包角 可近似认 为等于 180°如图 2 所示 。载荷 F 在包 角范围 内可假 定按余 弦分布[ 2 , 3] , 即 R1 = R2cosβ , 且
1 56 机 械 科 学 与 技 术 第 23 卷
3 .2 位移分析 图 6 是壳体 剖面 Z 向位移 变形云 图。 可见 , 在 壳体后
部及与一档齿轮轴相接的部位变形量较大 , 最大位移值为 0.01096 mm , 其他部位的位 移值较上 述部位 的位移值 要小 。 这样的分布是合理的 , 因为壳体前部与 发动机相连 , 而壳体 后部悬空 , 并且在壳体受力分析中 B 截面处受力相对较大 。
改进前
n0
=
0 .9
2 ×0 .9
×0 .1
75 ×2 9 .83
+27050
×29 .83
= 4 .4
改进后
n1
=
0
.9
2 ×0 .9
×0 .1
75 ×18.6 +27050
×18 .6
= 7.5
对于变速箱壳体这 种大尺 寸铸件 , 在材 质的 均匀性 和
工艺质量中等 , 并且难以 精确 计算 时的许 用安 全系数 [ n] 为 1.4 ～ 1.7[ 1] 。 因此认 为变速箱壳 体符合疲 劳强度要求 ,
收稿日期 :2002 12 26 基金项目 :863 项目计划(2002AA331120)资助 作者简介 :张少睿(1974 -), 女(汉), 河南 , 博士生
速为 5000 r/ min 。 根据变速箱受力情 况 , 在变速 箱悬挂螺 纹孔 处施加 位
移边界条件 , 则变速箱所 受外力 为其自 重和由于 牵引所 引 起的力 。 根据汽车理 论[ 1] , 当 变速箱 位于一 档即 起步档 位
文章编号 :1003-8728(2004)02-0154-03
镁合金汽车变速箱壳体强度分析
张少睿
张少睿 , 罗应兵 , 李大永 , 彭颖红
(上海交通大学 机械与动力学院 , 上海 200030)
摘 要 :镁合金作为工业产品中最轻的金 属结构材料 , 又具有比较好的回收性能 , 在汽车减重 、性能改善 和环保中的 作用日益得到工业界重视 。 目前 , 镁合金以压铸件 的形式在汽车零 部件中得 到了应用 。 本文 结合镁合 金汽车变 速 箱壳体的设计 , 采用有限元分析方法对汽 车用变速箱壳体的强度 进行了分析 , 并针 对变速箱壳 体强度薄弱 部位 , 提 出变速箱壳体结构的改进建议 。 关 键 词 :有限元模型 ;变速箱 ;强度分析 中图分类号 :TH140.1 文献标识码 :A
轮轴传到轴承上 , 再由轴承传到壳体上 。
齿轮之间有径向力 、周向力和轴向力, 其计算公式分别为
Ft
=
2000 T d
Fr = Fttanα/ co sβ
Fa = Fttanβ
(1)
(2) (3)
式中 :T 为扭 矩 ;d 为分 度圆直 径 ;Ft 为周向 力 ;Fr 为径 向 力 ;Fa 为轴向力 ;α为分度 圆上的 压力角 ;β 为分 度圆上 的 螺旋角 。
1 模型简化及受力分析 变速箱 壳体拟采用型号为 AZ91D 的 镁合金 , 其 弹性模
量为 45 GPa , 泊松比 为 0.35, 体 密度 为 1.8 g/ cm3 。 抗 拉强 度为 200 MPa , 屈服 强度 为 120 MPa , 疲 劳强 度为 75 MPa 。 变速箱输入转矩为 74 N·m , 标定转速为 3500 r/ min, 最大转
strength of magnesium alloy gear box is analyzed by FEM method for its design .Furthermore , proposals for im-
proving the structure strength is given according to the analysis results of the danger sections . Key words:FEM analysis ;Gear box ;Strength analysis
Abstract :Magnesium alloy is the lightest metal structural material with good reusability , so it is attached more