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吉 林 大 学机械科学与工程学院本科生毕业设计（论文）翻译资料中文题目：使用应力减轻槽来降低驱动轴上的应力集中英文题目：Using stress relief grooves to reduce stress concentration on axle drive shaft 学生姓名：孙诗枨 学号 班级：机械三班 专业：机械工程及自动化指导教师：秦四成 使用应力减轻槽来降低驱动轴上的应力集中摘要驱动轴在如传递功率和在动力传动系统中改变桥和轮的操纵角中扮演了重要角色，它被应用于大多数在动力传动系统中要求高度可靠性的工程机械中。然而，对于一个拥有较长跨度的驱动轴，在周期性载荷的情况下，由于明显的疲劳损坏而导致的突然的卡环凹槽破坏是经常发生的。应力减轻槽被用于卡环凹槽处来减少应力集中和改善驱动轴的疲劳寿命。虽然有几个研究已经描述了应力减轻槽是如何减少应力集中的，但是应力减轻槽的几何细节仍需讨论。我们研究了应力减轻槽对应力集中的影响，通过考虑应力减轻槽的几何参数如尺寸、位置并应用有限元预测了驱动轴的疲劳寿命。结果，无因次几何参数为r/h=1.2，d/b=2.0的应力减轻槽可减少22.3%的应力集中，相对于无应力减轻槽的驱动轴最大增加约3.3倍的疲劳寿命。这些可作为选择应力减轻槽最佳形状的索引。关键词应力减轻槽;应力集中;驱动轴;有限元分析;应变—寿命曲线。1.介绍 驱动轴安装于工程机械的转向前轮，用来将主要驱动力从动力传动系统的最终减速装置输送至前轮，如图1（a）所示。它是前轮输送动力和操纵转向最重要的装置之一。由于因过度载荷和周期性载荷而引起的疲劳断裂问题，驱动轴可靠性的保证问题仍待解决[1-3]。图1（b）展示了一个于卡环凹槽处发生疲劳断裂的例子，此处的正方形横截面造成了相对较高的应力集中。因此，疲劳断裂的防范是一个重要问题。 如果应力减轻槽的尺寸和位置选择得当，使用它是一种减少应力集中和延长疲劳寿命的相对简单的方法。实地试验和理论研究都展示了使用应力减轻槽的影响[4-6]。使用应力减轻槽来减少应力集中最初由彼得逊提出[6]。应力集中的减轻可经由加工于驱动轴轴承安装座处的应力减轻槽来实现被发现，如图2。最近，伊利斯等人[5]展示了无事的线程经过机械加工的部分，即缓解压力的功能，对于螺纹连接改善连接应力，减少应力集中，弯曲力矩施加时改善连接灵活性。这些属性导致了连接处疲劳性能的改良。胜村政信等人[7]报告了在弯曲力矩施加的负载情况下的接触疲劳强度由应力减轻槽显著改善。另外，应力减轻槽的设计变量，如半径、切角和深度，对于接触疲劳强度的影响被系统地研究了。帕克等人[8]展示了相似的研究，应力减轻槽在减少应力集中方面发挥了比侧角切割更好的作用。通过这次研究，当应力减轻槽的半径增加到2.0mm时，在弯矩和扭矩载荷下的应力集中分别减少了27.3%和18.2%。反之，当半径小到一定程度时，应力集中会增加。（a）挖掘机的转向前轮（b）发生于长跨度驱动轴卡环凹槽处的疲劳破坏图1转向前轮的驱动轴图2由彼得逊所提出的带有半径的应力减轻槽应力减轻槽的具体几何参数仍需讨论。关于这些问题的研究被与应力减轻槽的尺寸和位置的决定有关的困难推动着。这个研究的目的是为了阐明应力减轻槽对减少应力集中的影响和疲劳寿命的延长以便于选择最理想的槽的尺寸和位置。有限元分析被用来进行评估具有应力减轻槽的驱动轴的卡环凹槽处的应力分布，两个半圆形的槽被加工于卡环凹槽处的两面。疲劳寿命的延伸归因于应力减轻槽也通过使用刻痕-压力思想进行了理论研究。通过这些研究结果，决定了几何尺寸例如应力减轻槽的半径和卡环凹槽处的中心距，以便最大化驱动轴的疲劳寿命。2.驱动轴和应力减轻槽2.1驱动轴 研究中所用到的挖掘机的转向前轮的驱动桥不同于具有连续速度联轴器的汽车，而是具有独特的由短跨距和长跨距驱动轴组成的双联轴器，和典型的连接部件如轭和交叉元件[3]。图3展示了一个驱动轴的双联轴器的特点。长跨度驱动轴所用材料为SCM440H，它的机械性能被陈列于表1。其中一例被记录的驱动轴的长跨度轴的疲劳破坏是一个发生在加工于驱动轴刻痕部分的破坏，由周期性载荷下的疲劳破坏引起。卡环应插入加工于长跨度驱动轴的槽，来支撑滚珠轴承防止其松懈。卡环凹槽处的方形截面造成了一种相对较高的应力集中，疲劳破坏发生在卡环凹槽处，如图1（b）。表1.SCM 440H的机械特性屈服强度（Mpa）911抗拉强度（Mpa）1025断裂延伸率（%）21断面收缩率（%）58弹性系数（GPa）205泊松比0.29（a）卡环凹槽 （b）应力减轻槽图3加工于卡环凹槽处两面的应力减轻槽的几何参数2.2应力