汽车驱动桥壳及残余应力基础理论应用

驱动桥是汽车传动系中最末端的总成件，是汽车车体与车轮之间重要的承载件，但其工作环境充斥着油污、水等腐蚀性介质。在汽车运行过程中，桥壳受到持续的疲劳载荷作用，在此情况下，桥壳极易发生疲劳断裂、腐蚀磨损等失效形式。因此，桥壳的静强度、抗应力腐蚀性能以及疲劳强度是衡量其综合性能的重要指标。由前述分析知，残余应力对材料的静强度、抗应力腐蚀、疲劳强度等力学性能有着直接或间接的重要影响，所以对桥壳进行残余应力检测是十分必要的。

7.2.1.1　残余应力测试对象、设备

文献［15］作者采用Propto公司生产的X射线残余应力分析仪对桥壳的残余应力进行检测，如图7-39所示。

图7-39　桥壳残余应力检测

桥壳属于轴对称结构，为了区分桥壳的两端，对桥壳的两端分别记为1号端和2号端，每一端的四个检测区域分别用1、2、3和4表示，桥壳的1号端及四个检测区域如图7-40所示；2号端检测区域与此相对应。

2号端四个检测区域与1号端的四个检测区域序号是一一对应的，1号端的每个检测区域可分别表示为1-1、1-2、1-3、1-4，2号端的每个区域可分别表示为2-1、2-2、2-3、2-4。

7.2.1.2　残余应力研究结果分析

1号端纵向残余应力检测结果如图7-41所示，并做如下分析：

图7-40　桥壳不同检测区域示意图

图7-41　1号端纵向残余应力检测结果(www.xing528.com)

（1）从焊缝中心至母材，残余应力呈现逐渐增大的趋势，从压应力逐渐向拉应力转变。在强度相对较弱的焊缝区基本都是残余压应力或是较小的残余拉应力，强度相对较高的母材区的应力值也较低。由于焊缝区域往往存在各种缺陷，是相对较为薄弱的组织结构，而残余压应力对提高材料强度是有利的，因此，此处的残余应力分布对于提高焊缝强度是十分有利的。

（2）环形焊缝切平面与桥壳载荷方向相互平行的1-1和1-3的焊缝中心附近的残余应力随加载次数的增加变化不大，而切平面与桥壳载荷方向相互垂直的1-2和1-4相应位置的残余应力随加载次数的增加有较大的变化。材料力学中，简支梁的中性面既不存在拉应力也不存在压应力，靠近中性面处的应力变化也较小，而检测区域1-1和1-3可近似看作位于桥壳的中性面，与远离中性面的1-2和1-4相比，此处受到外载荷的作用相对较小，因此桥壳不同截面处的应力随加载次数的变化规律是不同的。

（3）桥壳断裂后残余应力检测值的绝对值均变小，这说明桥壳断裂时环形焊缝处发生了应力松弛现象。产生这一现象的原因是桥壳断裂后，产生弹性变形的材料得以部分恢复形变，减小了对环形焊缝处材料的挤压作用，从而降低了此处的残余应力值（绝对值）。

2号端纵向残余应力检测结果如图7-42所示。

图7-42　2号端纵向残余应力检测结果

由于桥壳是轴对称结构，加工工艺也是相同的，因此，2号端的纵向残余应力分布规律与1号端的纵向残余应力分布规律基本一致，此处不做具体分析。从研究桥壳残余应力与加载次数之间变化规律的角度进行分析，2号端的2-2和2-3区域较为适合作为研究区域。

1号端横向残余应力检测结果如图7-43所示。

图7-43　1号端横向残余应力检测结果

与纵向残余应力检测结果相比，半轴套管与桥壳本体环形焊缝处的横向残余应力、沿焊缝的分布以及随加载次数的变化均没有明显的规律性，2号端的横向残余应力检测结果与1号端类似，不做具体分析。