高强度轻量化汽车传动轴总成的研究

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1、高强度轻量化汽车传动轴总成的研究StudyontheHighStrengthLightweightAutomobileDriveShaftAssembly作者姓名：张畔专业：材料学指导教师：杨晓红研究员学位类别：工学硕士答辩日期：2015年6月4日2摘要高强度轻量化汽车传动轴总成的研究目前世界汽车领域的发展主题是：节能、环保、安全、舒适、智能和网络，其中节能环保因与人们生活息息相关最为受到重视，汽车领域的科研精英们通过不断的研究发现：减轻汽车自身重量和提高汽车各部件安全性是解决这一问题最可行、最经济、最有效的办法，所以满足这一要求的高强度轻量化材料已被广泛应用，其中高强低碳微

2、合金钢因其刚性和耐冲击性好、弹性模量和疲劳强度高受到了广泛的关注[1，2]。我国各大汽车厂也曾将轻量化技术应用在高强度钢车身、外覆盖件、铝合金发动机缸体、转向盘骨架以及悬挂件等方面，但是应用于汽车传动轴部件的比较少，这就使其成为整车加工制造过程中的一个薄弱环节[3]，针对这一现象，本论文所研究的内容就是经高强度轻量化技术改造的汽车传动轴总成的性能分析。本论文的研究对象是一汽集团卡车J5P、J5M和J6系列车型的传动轴总成，以高强度、低成本和轻量化材料B600QZR和B700QZR替代现有传动轴轴管材料B440QZR和B480QZR制备高强度轻量化的传动轴总成。主要对这四种传动

3、轴总成进行三方面的研究——显微组织结构以及它们的力学性能、汽车传动轴总成的有限元分析、汽车传动轴总成的静扭及疲劳失效分析。研究发现改进后的轴管材料B6000QZR和B700QZR的晶粒比原轴管材料B400QZR和B480QZR细小，并且第二项粒子的析出的也更多更均匀，其主要原因是所采用的控轧控冷工艺以及Nb、Ti、V等微合金元素的加入；力学性能分析表明新研制的轴管材料B6000QZR和B700QZR的拉伸断裂机制均为韧性断裂和准解理断裂，证明它们都具有较高的强度和良好的韧性；利用ABAQUS软件对汽车传动轴的有限元分析发现B6000QZR和B700QZR在已设定的屈服扭矩下都

4、发生了屈服，屈服强度均满足理论要求，并且与现生产轴管材料相比，强度都有了很大的提升；对新轴管材料B6000QZR和B700QZR所制备的传动轴总成的疲劳失效试验表明，总成失效主要出现在突缘叉和十字轴部位，当失效发生在轴管部分时，疲劳源是起始于突缘叉的根部，最终导致轴管焊缝部位的开裂，这进一步说明经过改进后的轻量、高强、低碳、微合金轴管的强度得到了很大的提升，轴管已不再是汽车传动轴最薄弱的部位。关键词：汽车传动轴，汽车轻量化，微合金高强低碳钢，有限元分析，疲劳断裂，失效分析IAbstractStudyontheHighStrengthLightweightAutomobileD

5、riveShaftAssemblyAtpresent,thethemeofdevelopmentoftheworldautomobileindustryis：energyconservation,environmentalprotection,safety,comfort,intelligentandnetwork,amongthem,energyconservation,environmentalprotectionreceivemostattentionbecausetheyarecloselyrelatedwithpeople'slife.Withcontinuousr

6、esearch,thescientificresearcheliteinthefieldofautomobileinChinafindthat,reducetheweightofthecaritselfandimprovethesafetyoftheautomobilepartsisthemostfeasible,economicandefficientwaytosolvethisproblem,sothehighstrengthlightweightmaterialswhichmeettherequirementhavebeenwidelyused,themicroallo

7、yhighstrengthlowcarbonsteelhasreceivedwidespreadattentionbecauseofitsrigidityandgoodresistancetoimpact,highelasticmodulusandfatiguestrength[1,2].Eachbigfactoryinourcountryalsohadappliedlightweighttechnologyinhighstrengthsteelbodyandoutercoveringparts,alu