使用傳統(tǒng)材料和復(fù)合材料的重型車驅(qū)動(dòng)軸動(dòng)力學(xué)分析

驅(qū)動(dòng)軸是車輛重要的零部件，驅(qū)動(dòng)軸的剛度往往要求很高。因此使用復(fù)合材料，既能解決驅(qū)動(dòng)軸的剛度問(wèn)題，也能減輕驅(qū)動(dòng)軸的質(zhì)量。本文使用兩種復(fù)合材料，一種復(fù)合材料是HS碳纖維環(huán)氧樹脂，另一種復(fù)合材料是E型玻璃纖維聚酯樹脂。選用載貨車一體化驅(qū)動(dòng)軸進(jìn)行研究，并在Pro-E軟件里對(duì)驅(qū)動(dòng)軸進(jìn)行建模，優(yōu)化驅(qū)動(dòng)軸的質(zhì)量。

除了兩種復(fù)合材料之外，還選用兩種常用的驅(qū)動(dòng)軸材料，分別是SM45C鋼和不銹鋼。驅(qū)動(dòng)軸長(zhǎng)為1250mm，內(nèi)徑是83.36mm，外徑是90mm。對(duì)四種不同的材料進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和模態(tài)分析。通過(guò)分析可得：

1.SM45C鋼和HS碳纖維環(huán)氧樹脂是最適合制作重型車驅(qū)動(dòng)軸的材料。

2.通過(guò)評(píng)估四種材料中的剪切應(yīng)力、最大主應(yīng)力、總變形、應(yīng)變能、最大主彈性應(yīng)變和等效彈性應(yīng)變，發(fā)現(xiàn)只有SM45C鋼和HS碳纖維環(huán)氧樹脂滿足許用極限，滿足強(qiáng)度要求。

3.HS碳環(huán)氧樹脂復(fù)合材料顯示最大撓度為0.1mm，彎曲固有頻率為182.17Hz，臨界轉(zhuǎn)速為10930r/min。這個(gè)速度限制遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于旋轉(zhuǎn)的臨界速度。所有材料的臨界速度為：SM45C鋼為4797r/min（79.96Hz），HS碳環(huán)氧復(fù)合材料為 10930r/min（182.17Hz），E-玻璃聚酯樹脂復(fù)合材料為2887r/min（48.12Hz）。重型車輛的旋轉(zhuǎn)臨界速度變化（2400～4000）r/min，這意味著 Steel SM 45C和HS碳復(fù)合材料最適合用于制造重型車輛驅(qū)動(dòng)軸。

刊名：Materials Science and Engineering（英）

刊期：2017年第149期

作者：Ashwani Kumar et al

編譯：野晨晨