CN111008437B - 一种扭杆弹簧预扭工艺参数的选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种扭杆弹簧预扭工艺参数的选择方法，包括根据实际尺寸扭力轴的材料类型，确定与实际尺寸扭力轴材料类型相同的标准扭力轴的力学性能具体数值；计算在不同疲劳寿命N_f情况下，标准扭力轴的疲劳强度指数与标准扭力轴的直径和预扭角之间的关系，并进行线性拟合；得到疲劳寿命与标准扭力轴的直径和预扭角之间的变化关系式；计算在实际需要的疲劳寿命N_f时，标准扭力轴的最佳预扭角；计算实际尺寸扭力轴需要加工的最佳预扭角。本发明能够为扭力轴质量控制与构件的产业化生产提供快速无损的测量方法和规范，对于扭杆弹簧预扭工艺快速确定、服役可靠性及性能的稳定性评价具有重要的推广意义。

Description

一种扭杆弹簧预扭工艺参数的选择方法

技术领域

本发明属于车辆制造技术领域，具体涉及一种扭杆弹簧预扭工艺参数的选择方法。

背景技术

预扭处理工艺能够使样品表层区域产生加工硬化，从而提高样品表层区域硬度，而材料表面加工硬化程度的提高对疲劳性能的改善具有重要意义。除了样品表层区域加工硬化程度的变化之外，预扭角θ_pre的增加会使样品表面负向残余应力值增加，残余应力值的增加也有利于样品疲劳性能的改善。不同尺寸样品在同一θ_pre下的表面残余应力值大小基本一致，且表面残余应力值随着θ_pre的增加而增加。

应力梯度▽_τ对疲劳裂纹扩展具有重要的意义，▽_τ的增加有利于疲劳裂纹扩展抗力的提高，在同一θ_pre条件下，▽_τ随着样品直径d值的增加而降低，因此d值的增加不利于疲劳裂纹扩展抗力的提高。在同一d条件下，▽_τ随着θ_pre的增加而降低，从这方面考虑，θ_pre的增加也不利于阻碍疲劳裂纹由样品表面向样品心部扩展。因此，需要从加工硬化和残余应力分布两个方面来综合考虑d和θ_pre对于样品扭转疲劳性能的影响。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提出一种扭杆弹簧预扭工艺参数的选择方法，以解决如何选择扭力轴最佳预扭工艺参数的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种扭杆弹簧预扭工艺参数的选择方法，该选择方法包括如下步骤：

S1、根据实际尺寸扭力轴的材料类型，确定与实际尺寸扭力轴材料类型相同的标准扭力轴的切应力幅值τ_a、平均切应力τ_m、抗拉强度σ_b和抗扭强度τ_uss≈0.75σ_b的具体数值；其中，标准扭力轴的L/d为4.25，L为标准扭力轴的长度，d为标准扭力轴的直径；

S2、根据公式(1)，计算在不同疲劳寿命N_f情况下，标准扭力轴的疲劳强度指数b与标准扭力轴的直径d和预扭角θ_pre之间的关系，并进行线性拟合：

其中，H_s为预扭后表面硬化程度，▽_τ为应力梯度，残余切应力τ_r＝22.18-12.56·θ_pre；

S3、将线性拟合后的标准扭力轴的疲劳强度指数b与标准扭力轴的直径d和预扭角θ_pre之间的关系式，再次代入公式(1)，得到疲劳寿命N_f与标准扭力轴的直径d和预扭角θ_pre之间的变化关系式；

S4、通过步骤S3得到的变化关系式，计算在实际需要的疲劳寿命N_f时，标准扭力轴的最佳预扭角θ_pre；

S5、根据步骤S4计算得到的标准扭力轴的最佳预扭角θ_pre，根据公式(2)，计算实际尺寸扭力轴需要加工的最佳预扭角θ_实：

其中，L_实为实际尺寸扭力轴长度，d_实为实际尺寸扭力轴直径。

(三)有益效果

本发明提出一种扭杆弹簧预扭工艺参数的选择方法，包括根据实际尺寸扭力轴的材料类型，确定与实际尺寸扭力轴材料类型相同的标准扭力轴的力学性能具体数值；计算在不同疲劳寿命N_f情况下，标准扭力轴的疲劳强度指数与标准扭力轴的直径和预扭角之间的关系，并进行线性拟合；得到疲劳寿命与标准扭力轴的直径和预扭角之间的变化关系式；计算在实际需要的疲劳寿命N_f时，标准扭力轴的最佳预扭角；计算实际尺寸扭力轴需要加工的最佳预扭角。

本发明可以计算获得扭杆弹簧预扭最佳工艺参数，能够为扭力轴质量控制与构件的产业化生产提供快速无损的测量方法和规范，对于扭杆弹簧预扭工艺快速确定、服役可靠性及性能的稳定性评价具有重要的推广意义。

附图说明

图1为本发明实施例中标准扭力轴的疲劳强度指数b与标准扭力轴的直径d和预扭角θ_pre之间的关系示意图；

图2为本发明实施例中疲劳寿命N_f与标准扭力轴的直径d和预扭角θ_pre之间的变化关系示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本实施例提出一种扭杆弹簧预扭工艺参数的选择方法，该选择方法具体包括如下步骤：

S1、根据实际尺寸扭力轴的材料类型，确定与实际尺寸扭力轴材料类型相同的标准扭力轴的切应力幅值τ_a、平均切应力τ_m、抗拉强度σ_b和抗扭强度τ_uss≈0.75σ_b的具体数值；其中，标准扭力轴的L/d为4.25，L为标准扭力轴的长度，d为标准扭力轴的直径；

S2、根据公式(1)，计算在不同疲劳寿命N_f情况下，标准扭力轴的疲劳强度指数b与标准扭力轴的直径d和预扭角θ_pre之间的关系，并进行线性拟合：

其中，H_s为预扭后表面硬化程度，▽_τ为应力梯度，残余切应力τ_r＝22.18-12.56·θ_pre；

S3、将线性拟合后的标准扭力轴的疲劳强度指数b与标准扭力轴的直径d和预扭角θ_pre之间的关系式，再次代入公式(1)，得到疲劳寿命N_f与标准扭力轴的直径d和预扭角θ_pre之间的变化关系式；

S4、通过步骤S3得到的变化关系式，计算在实际需要的疲劳寿命N_f时，标准扭力轴的最佳预扭角θ_pre；

S5、根据步骤S4计算得到的标准扭力轴的最佳预扭角θ_pre，根据公式(2)，计算实际尺寸扭力轴需要加工的最佳预扭角θ_实：

其中，L_实为实际尺寸扭力轴长度，d_实为实际尺寸扭力轴直径。

具体地，以实际使用中的一种扭力轴为例，该扭力轴的实际长度L_实＝1896.26mm，实际直径d_实＝42.50mm(L_实/d_实＝44.61)，其对应的标准扭力轴的长度L＝42.84mm，标准扭力轴的直径d＝10.08mm(L/d＝4.25)，该预扭工艺参数的选择方法具体包括如下步骤：

S1、确定标准扭力轴的切应力幅值τ_a＝675MPa、平均切应力τ_m＝675MPa、抗拉强度σ_b＝2002MPa和抗扭强度τ_uss≈0.75σ_b＝1502MPa；

S2、根据公式(1)，计算在不同疲劳寿命N_f情况下，标准扭力轴的疲劳强度指数b与标准扭力轴的直径d和预扭角θ_pre之间的关系，如图1所示；对b与d和θ_pre的关系进行线性拟合，得到线性拟合后的关系，如公式(3)所示：

其中，H_s为预扭后表面硬化程度，▽_τ为应力梯度，残余切应力τ_r＝22.18-12.56·θ_pre；

b＝-0.00035d-0.0011·θ_pre-0.014 (3)

S3、将公式(3)再次代入公式(1)，得到疲劳寿命N_f与标准扭力轴的直径d和预扭角θ_pre之间的变化关系，如公式(4)所示，对应的曲面模型，如图2所示：

S4、通过公式(4)，计算实际需要的疲劳寿命N_f时的标准扭力轴的预扭角θ_pre；其中，当N_f为42608时，标准扭力轴的最佳预扭角θ_pre为16.0°；

S5、根据步骤S4计算得到的标准扭力轴的最佳预扭角θ_pre＝16.0°，根据公式(2)，计算实际尺寸扭力轴需要加工的最佳预扭角θ_实：

由此，可以得到实际尺寸扭力轴需要加工的最佳预扭角θ_实＝168°。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种扭杆弹簧预扭工艺参数的选择方法，其特征在于，所述选择方法包括如下步骤：

S1、根据实际尺寸扭力轴的材料类型，确定与实际尺寸扭力轴材料类型相同的标准扭力轴的切应力幅值τ_a、平均切应力τ_m、抗拉强度σ_b和抗扭强度τ_uss≈0.75σ_b的具体数值；其中，标准扭力轴的L/d为4.25，L为标准扭力轴的长度，d为标准扭力轴的直径；

S2、根据公式(1)，计算在不同疲劳寿命N_f情况下，标准扭力轴的疲劳强度指数b与标准扭力轴的直径d和预扭角θ_pre之间的关系，并进行线性拟合：

其中，H_s为预扭后表面硬化程度，为应力梯度，残余切应力τ_r＝22.18-12.56·θ_pre；

S3、将线性拟合后的标准扭力轴的疲劳强度指数b与标准扭力轴的直径d和预扭角θ_pre之间的关系式，再次代入公式(1)，得到疲劳寿命N_f与标准扭力轴的直径d和预扭角θ_pre之间的变化关系式；

S4、通过步骤S3得到的变化关系式，计算在实际需要的疲劳寿命N_f时，标准扭力轴的最佳预扭角θ_pre；

S5、根据步骤S4计算得到的标准扭力轴的最佳预扭角θ_pre，根据公式(2)，计算实际尺寸扭力轴需要加工的最佳预扭角θ_实：

其中，L_实为实际尺寸扭力轴长度，d_实为实际尺寸扭力轴直径。