电子限滑差速器中网状纤维塑料的应用

电子限滑差速器中网状纤维塑料的应用

DanielFrazieretal.SAE 2015-01-0710.

编译：李臣

目前，汽车行业开始普及使用复合材料，由于复合材料造价过高，因此多只用在高端汽车市场和专业赛车上。以电子限滑差速器为例，重点分析了使用网状纤维塑料替代传统金属材料（如铝）以及利用喷射模塑法降低该复合材料应用成本的可行性。

为保证网状纤维塑料应用在汽车上的安全性，必须对网状纤维塑料的力学性能进行测试。测试时，选用两种不同组成成分的玻璃纤维和碳纤维复合材料，一种复合材料中玻璃纤维质量分数为33%，碳纤维质量分数为67%；另一种复合材料中玻璃纤维质量分数为60%，碳纤维质量分数为40%。利用材料力学特性试验机测出两种复合材料的弹性模量、泊松比等。建立电子限滑差速器的复合材料模型，与铝制电子限滑差速器相比，其质量约减轻了30%。利用有限元软件对限滑差速器的强度、刚度等特性进行模拟。模拟时，依据铝制电子限滑差速器的受力特征，设定相应的边界条件、加载条件和约束条件。结果显示，使用两种复合材料的电子限滑差速器强度和刚度均满足要求，但疲劳强度没有得到相应提高。此外还发现，复合材料中玻璃纤维填充物含量的增加有助于减小整体部件的收缩和翘曲。在此基础上需要对电子限滑差速器的疲劳强度进行二次优化，有限元分析结果显示其内径高压通道的密封槽处出现的应力集中效应，使得密封槽根部疲劳开裂，这是造成疲劳强度降低的主要原因。而通过将电子限滑差速器密封槽深度降低50%、直径由0.4mm增加至0.8mm，可使其应力集中区域最大应力降低50%，挠度降低60%以上，疲劳强度显著提高。

通过采用喷射模塑法对零部件进行网状制备，该方法将原料由注射机的加料漏斗加入压筒，加热使其软化或变成流体，用栓塞经喷嘴压入模具，冷却后脱模即得制品，这样省去了装配过程，进而降低了生产成本。