传动轴铝合金管材承受高功率、高扭矩、高转速，其残余应力越小越有利。管材在成品制备过程需要进行淬火和冷变形，每个过程都对残余应力产生强烈影响。本文通过试验、有限元计算和理论分析的方法，对管材残余应力及尺寸精度与变形方式、变形所处的阶段、变形方法及管材规格的关系进行了研究，得出了强力旋压管材z-θ向残余剪应力的测量方法，确定了样品长度对管材周向残余应力测量准确性的影响。主要研究内容及结论如下：　　 ⑴固溶和扩、拔、拉伸冷变形对管材残余应力的影响研究。本研究通过试验测量了2024Al薄壁管材的周向淬火应力分布，并以线性近似法测量了不同变形量下空拔与扩径管材的残余应力，扩拔组合变形的残余应力，以及不同拉伸延伸率下空拔管材残余应力的变化，各试验辅以有限元分析，以获得残余应力分布及变化规律。研究表明，2024Al薄壁管材的淬火应力较小，淬火变形与管材径厚比有关；空拔和扩径方法所产生的残余应力形式相反，两种方式下残余应力都随变形量增大而增大，相同变形量下，两者的轴向残余应力接近，而扩径的周向残余应力较小，两方式都可以降低管材的外径偏差；采用扩拔组合的变形方法，可在获得较低残余应力的同时保持几何精度，其残余应力分布具有扩径和拔制两种变形方式的特点；冷变形后进行张力拉伸可同时降低管材的两向残余应力，但两向残余应力降速不同：轴向残余应力在小变形时快速降低，之后趋于稳定，周向残余应力降速较慢，当延伸率达到6％时，两向残余应力的松弛效果相当，拉伸降低管材截面圆度。　　 ⑵管端减径方法与减径所处时效阶段对残余应力的影响研究。对比拉拔和压缩两种管端减径方法，结果显示二者的残余应力分布都呈外拉、内压形式，但压缩管的轴向残余应力较大，同时增壁量也较大。在自然时效前期材料强度低，此时减径有利于降低管材残余应力，与时效96h减径相比，时效1h减径管的轴向残余应力降低61MPa，周向残余应力降低44MPa，各降低约20％。加热减径方法可以降低残余应力，但当残余应力明显降低时，材料的自然时效状态已经改变。　　 ⑶旋压管材的z-θ方向的残余剪切应力测量方法的建立。目前尚没有该方面研究。本文经推导得出，旋压管材的z-θ向残余剪切应力与管段单侧纵向切断时两臂间的轴向错开量δw成正比，具体可按(31)式计算。这一方法弥补了现有残余应力机械测量方法仅能测量管材残余正应力的不足。经实测，样品旋压管材的残余剪切应力为33.4MPa，高于周向残余应力，不能忽略。鉴于受扭轴对该向剪切应力敏感，旋压管材不适合用做传动轴。　　 ⑷样品管长度对周向残余应力测量的影响。以往对该问题的研究结果存在争议。本文采用弹性力学、板壳理论推导了管材切断时轴向残余应力卸载造成的附加力，并用有限元方法计算了附加力对开口薄壁管材径向变形的影响，结果表明，用机械法测量薄壁管材周向残余应力的结果与样品长度有关，并受管材径厚比、外径大小等影响。对薄壁管材，若轴向残余应力与周向应力相当，取样品长度≥10根号Rt，测量误差不大于5％。测量误差随轴向应力与周向应力的比值增大而成比例增加。　　 ⑸对各管材残余应力的测量表明，线性近似测量法求得的残余应力与实际情况有差异。在应用于扩径和拔制冷变形时存在一定偏差，其中轴向残余应力估计值可能低于实际值，而周向残余应力则高于实际值；对于淬火应力、组合变形残余应力的分析，线性近似法因误差过大而不能适用。