電子限滑差速器中網(wǎng)狀纖維塑料的應(yīng)用

DanielFrazieretal.SAE 2015-01-0710.

編譯：李臣

目前，汽車行業(yè)開始普及使用復(fù)合材料，由于復(fù)合材料造價過高，因此多只用在高端汽車市場和專業(yè)賽車上。以電子限滑差速器為例，重點分析了使用網(wǎng)狀纖維塑料替代傳統(tǒng)金屬材料（如鋁）以及利用噴射模塑法降低該復(fù)合材料應(yīng)用成本的可行性。

為保證網(wǎng)狀纖維塑料應(yīng)用在汽車上的安全性，必須對網(wǎng)狀纖維塑料的力學(xué)性能進行測試。測試時，選用兩種不同組成成分的玻璃纖維和碳纖維復(fù)合材料，一種復(fù)合材料中玻璃纖維質(zhì)量分數(shù)為33%，碳纖維質(zhì)量分數(shù)為67%；另一種復(fù)合材料中玻璃纖維質(zhì)量分數(shù)為60%，碳纖維質(zhì)量分數(shù)為40%。利用材料力學(xué)特性試驗機測出兩種復(fù)合材料的彈性模量、泊松比等。建立電子限滑差速器的復(fù)合材料模型，與鋁制電子限滑差速器相比，其質(zhì)量約減輕了30%。利用有限元軟件對限滑差速器的強度、剛度等特性進行模擬。模擬時，依據(jù)鋁制電子限滑差速器的受力特征，設(shè)定相應(yīng)的邊界條件、加載條件和約束條件。結(jié)果顯示，使用兩種復(fù)合材料的電子限滑差速器強度和剛度均滿足要求，但疲勞強度沒有得到相應(yīng)提高。此外還發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料中玻璃纖維填充物含量的增加有助于減小整體部件的收縮和翹曲。在此基礎(chǔ)上需要對電子限滑差速器的疲勞強度進行二次優(yōu)化，有限元分析結(jié)果顯示其內(nèi)徑高壓通道的密封槽處出現(xiàn)的應(yīng)力集中效應(yīng)，使得密封槽根部疲勞開裂，這是造成疲勞強度降低的主要原因。而通過將電子限滑差速器密封槽深度降低50%、直徑由0.4mm增加至0.8mm，可使其應(yīng)力集中區(qū)域最大應(yīng)力降低50%，撓度降低60%以上，疲勞強度顯著提高。

通過采用噴射模塑法對零部件進行網(wǎng)狀制備，該方法將原料由注射機的加料漏斗加入壓筒，加熱使其軟化或變成流體，用栓塞經(jīng)噴嘴壓入模具，冷卻后脫模即得制品，這樣省去了裝配過程，進而降低了生產(chǎn)成本。