轿车举升系统轴的失效分析外文翻译资料
2022-08-31 05:08
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轿车举升系统轴的失效分析
D. Crivellia, R. Ghelichia, M. Guaglianoa
摘要：汽车举升系统的故障，可能会导致人和汽车结构的严重损坏。重要的是要了解这些机器是否处于疲劳状态，并且在一个机器处于故障的状态下，了解它发生故障的原因和可能解决的方案，以提高安全性。在这项工作中，对这些汽车举升系统轴的故障进行了分析。可能的原因有失败的结构设计、材料，有限元分析并对可能的解决方案进行研究，以避免这些情况再次发生并在未来给出建议。
关键词：故障，汽车举升，轴，疲劳，缺口效应；
1.介绍和初步分析
由于在拥挤的城市内难以找到充足的室内停车空间，这些停车场往往是在垂直方向发展。现代化室内停车场由一个电梯系统组成，该系统使汽车处于一个完全自动化的方式中，而不需要司机。
在这项工作中，分析一个位于私人公寓楼的电梯系统的故障。
电梯由一个平台组成（图1），这辆车是由司机放置的。该平台是由一个机架和齿轮系统支撑的。平台放置在两个轴上，连接一个电机与一个齿轮箱。值得注意的是，变速箱是不以纵向为中心，这使得在支撑轴的两侧之间的扭矩不平衡。
在所研究的情况下，电梯遭受轴同时加载的断裂，导致平台上的汽车被破坏，因此汽车下降是站在平台上的。
图1 电梯平台的细节
图2 小齿轮断轴的部分
1.1现场检查
故障发生后，立即进行目视检查，并对该事件所在的位置进行检查。
该文件还表明，维护是定期的。由于明显受损（轴两部分，见图2），只有两个轴支撑平台，它随着变速箱被带走。
所有以下测试在米兰理工大学机械工程系的实验室中进行。每一个测试都被认为是适当的指南或最佳做法。在适当的情况下，通过已经被认证的运营商或工具进行。特别地是X-射线衍射分析被引用到国家物理实验室通过X-射线衍射残余应力[ 1 ]测定；粗糙度测量是根据国际标准化组织4288 [ 2 ]测试；磁粉试验按ASTM E1444-05 [ 3 ]和ASTM E709[ 4 ]。
- 可视化分析
轴在变速箱外壳附近发生断裂。断裂带位于附近的一个槽，它位于轴的短侧。槽是用来安装一个齿轮以安装西格环。
裂缝表面没有明显的变形。一个非常宽的发光区域，典型的疲劳损伤，可以在图3中看到。
（a）变速器侧 （b）轴侧
图3 断面表面
表一：C45钢化学成分，不含铁[7]
|
C% |
Si% |
Cr% |
Mn% |
Ni% |
|
0.42-0.50 |
0.17-0.37 |
lt;0.4 |
0.50-0.80 |
lt;0.40 |
在外周出现了多裂纹形点，这是典型的强缺口效应区。最终的断裂面积小，这导致的结论是，该节是安全的（至少静态）有关应用负载。
- 金相分析
根据制造商，轴的材料为一个C45钢。表1中表示的标称化学成分。
对两个样品的断裂面进行分析，样品从内部区域和该段的外区被切断。
对两个样品进行抛光，包括树脂和化学蚀刻的2%硝酸溶液，使结构清晰。
两个样品的观察表明，主要是马氏体结构。化学组成是报告表2。这种材料通常是铬含量高（C45），包括（除Fe和C）、铬（1%）、镍（0.5%）。这可能表明该材料是一种比C45钢更适合的材料。此外，没有相关的缺陷或夹杂物是可见的。
图4：光学显微镜图像
图5 扫描电镜图像
表2：化学成分（重量%，排除C）
|
序号 |
Si% |
Cr% |
Mn% |
Fe% |
Ni% |
Tot% |
|
1 |
0.32 |
0.86 |
0.89 |
97.35 |
0.57 |
100.00 |
|
2 |
0.29 |
0.98 |
0.92 |
97.27 |
0.54 |
100.00 |
|
3 |
0.32 |
0.93 |
0.73 |
97.33 |
0.69 |
100.00 |
- 表面硬度和显微硬度测量
为了检验轴的热处理的正确性，一些表面显微硬度测量。
测量是用显微硬度计和附近的试样表面的50g重量在两个不同的位置进行。结果如图6所示。
从硬度试验证实的化学分析结果，认为该钢具有约900-1000mpa极限强度。
- 残余应力分析
残余应力测量。用ASTX3000 X射线衍射仪对一个圆斑进行测量，使用一个圆形2mm 的两个点在11个角度（5正，5负，0°位置）测量。每次测量重复三个方向（0°，45° 90°）。其中90°角匹配的轴是中心轴。在测量中使用的阴极是一个铬阴极。测量是根据NPLrsquo;s XRD手册[ 1 ].
表面距离mm
图6 样品的显微硬度试验
表3：衍射分析结果：残余应力
|
序号 |
应力0° |
应力45° |
应力90° |
sigma;2 |
sigma;1 |
ϕ |
|
1 |
-219 plusmn; 17 |
-96.6 plusmn; 13 |
-2 plusmn; 21 |
-1 |
-220 |
3 |
|
2 |
-201 plusmn; 15 |
-113.6 plusmn; 15 |
14 plusmn; 20 |
-16 |
203 |
5 |
|
3 |
-200 plusmn; 32 |
143.1 plusmn; 10 |
-17 plusmn; 23 |
-11 |
-207 |
-10 |
|
4 |
-286 plusmn; 16 |
-174.2 plusmn; 11 |
49 plusmn; 17 |
-49 |
-286 |
-1 |
用互相关方法确定了衍射峰。曝光时间为每个角15s。接收信号是由两个PSD传感器记录，分别在实验前进行校准。结果在表3和表4。
测量反射的残余应力的均匀分布。sigma;1和sigma;2是主应力，并计算测得的应力在0°，45°，90°。phi;是参考轴的主应力sigma;1的角度（0°）。
图7为主应力的图。测量结果显示出衍射峰良好的定义并减少两个应力和峰值幅度的分散。
主应力方向主要是在加工方向（车削），在刀具切削方向的应力是压缩的，它与一个幅度是一致的加工方法。sigma;2应力是可以忽略不计的。由于强度是压缩的，因此他们被认为是不危险的。
表4：衍射分析结果：全宽最大振幅的一半
|
序号 |
半峰宽0° |
半峰宽45° |
半峰宽90° |
|
1 |
3.415 plusmn; 0.025 |
3.341 plusmn; 0.021 |
3.339 plusmn; 0.036 |
|
2 |
3.390 plusmn; 0.020 |
3.336 plusmn; 0.025 |
3.349 plusmn; 0.054 |
|
3 |
3.406 plusmn; 0.019 |
3.306 plusmn; 0.024 |
3.314 plusmn; 0.038 |
|
4 |
3.380 plusmn; 0.028 |
3.353 plusmn; 0.023 |
3.285 plusmn; 0.038 |
压力
（MPa）
位置
图7：样本上的残余应力 sigma;1 和 sigma;2
表5：样品中粗糙度测量结果
|
母线 |
Ra |
Rq |
Rz |
Rmax |
|
0° |
4.45 |
5.29 |
18.47 |
19.43 |
|
90° |
4.36 |
5.22 |
18.99 |
21.05 |
|
180° |
4.37 |
5.14 |
18.00 |
20.12 |
|
270° |
3.93 |
4.78 |
17.09 |
20.85 |
- 表面粗糙度分析
该仪器是采用一个马尔PGK复杂的软件连接到一个PCMESS系统来评价Perthometer 概念。采用一个6851804臂马尔MFW-250模型（针尖半径2mu;m）。测量范围为临界波长0.8mmplusmn;250mu;m。速度设定为0.5mm/s。校验是按
国际标准组织4288 [2]。
表面粗糙度可以是裂纹产生点的来源。因此，我们用结构试验测量同一样品的表面粗糙度。我们测量的粗糙度沿4条母线轴。结果见表5。
RA的粗糙度比较均匀，低于设计值（12mu;m），虽然有局部高值粗糙度（如表中表示的Rz和Rmax值），圆周上的很均匀。这可能是一个局部不完整的指标。
图8：MPI检验：信号的一个转向问题
- 磁粉检验（MPI）
为了探讨在轴其他区其他表面或次表面裂纹的存在，我们分析了MPI的断轴的整个短边。
检验是根据ASTM E1444-05标准进行磁粉检测[ 4 ]。在试验之前，轴的油漆涂层被一个没有侵略性的涂层准确的去除。
我们使用的是荧光绿色的磁性颗粒，可以应用喷雾。一个磁场被施加在喷涂时的磁轭时，在黑暗的房间里，紫外线下的颗粒在标本上的处置是可见的。
在这次检验中没有发现骨折。然而颗粒突出显示了表面粗糙度会使齿轮箱的方向降级，以
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