驱动桥总成疲劳寿命试验台架的研制_图文

1、文章编号:1001-2265(200911-0106-03收稿日期:2009-05-18作者简介:朱财龙(1985,男,安徽人,合肥工业大学硕士研究生,研究方向为机械制造及其自动化,(E -mail cail ongzhu1985 。驱动桥总成疲劳寿命试验台架的研制朱财龙,李旗号,杨丽英,谢峰(合肥工业大学机械与汽车工程学院,合肥230009摘要:采用交流变频电封闭试验台架作为驱动桥总成疲劳寿命试验检测设备,可在有载荷的情况下检测驱动桥疲劳性能,试验环境更接近于驱动桥的实际使用工况,从而能够发现一些空载试验所检查不出来的问题,并且得出的驱动桥疲劳寿命更加接近其真实值。文中首先对试验台的设计参数

2、进行了说明,然后又介绍了试验系统构成及其试验台的工作原理,最后通过具体性能试验说明了该试验台的可靠性,并对试验结果进行了初步的评估。关键词:试验台;驱动桥总成;疲劳寿命;电封闭中图分类号:TH16;TG65文献标识码:AThe D evelop m en t of Rea l Axle Fa ti gue L i ft Testi n g Z HU Cai 2l ong,L IQ i 2hao,Y ANG L i 2ying,X I E Feng(School of Mechanical and Aut omobile Engineering Hefei University of Techo

3、nl ogy,Hefei 230009,China Abstract:Cl osed the use of AC variable frequency electric drive as test bench axle fatigue life test equi pment,which detecting driver fatigue perfor mance of bridge in the case of l oads .It will drive cl oser t o the actual use of the bridge conditi on in order t o find

4、that s ome p r oble m can not be check in the no 2l oad test .Thr ough this test,the drive axle can be dra wn cl oser t o the fatigue life of its true value .Firstly,this paper describes design pa 2ra meters of test 2bed .Then the author describes the p il ot test 2bed syste m and its working p rinc

5、i p le .I n the end,the author notes the adop ti on of s pecific perfor mance test of the reliability of the test 2bed,and p reli m inary eval 2uates the test results .Key words:testing rig;rear axle;fatigue life;electric cl osure0引言在汽车行驶过程中,驱动桥承受着繁重而复杂的载荷,它的传动件(齿轮及半轴等要传递传动系中的最大转矩;它的承载件(桥壳支承着汽车满载荷重,

6、承受着作用于路面与车架或车厢之间的垂向、纵向和横向静、动(冲击载荷,以及反作用力矩和制动力矩等。在这些载荷的作用下,驱动桥必须保持有足够的强度、刚度、足够的寿命,以及满意的其他性能(例如无噪声等。为此,驱动桥总成及其主要零、部件必须经受严格的试验1。其中如何检测驱动桥总成疲劳寿命也就成为目前迫切需要解决的重要问题。因此,研制一种模拟性能好、试验精度高的驱动桥总成疲劳试验台是十分必要的。依据QC /T53321999和QC /T53421999的相关行业标准研制出了本试验台架,其可以实现对某系列后桥总成进行检测试验。1试验台架的系统构成及其工作原理该驱动桥总成疲劳寿命试验台主要由机身与夹具系统、

7、液压控制系统、驱动系统、两端加载系统、计算机控制及数据处理系统、电气控制及能量回馈系统、安全防护系统及安装基础系统等部分组成,其结构示意图如图1所示。111驱动系统驱动系统主要由变频调速电机、转速扭矩传感器、变速箱、可伸缩十字万向联轴器及各联轴器组成。为了模拟发动机的运行工况4,满足试验时对输入转速601工艺与装备组合机床与自动化加工技术 1.驱动电机2.输入基础平板3.离合器4.变速器5.联轴器6.高速支承7.传动轴8.十字万向联轴器9.贯通式图1试验台结构示意图和转矩的要求,还应该能按照一定规律调节转矩和转速,目前选用电动机作为动力源,其噪声小,占地面积小,启停方便,无污染,易将其转速调节

8、到合适的转速。本试验台选用三相异步交流电动机作为驱动设备,为了达到试验要求,依据模拟转速原则,选择合适的变频器与电机匹配使用,充分发挥变频调速电机宽范围的恒转矩调速特性和低频时的力矩平稳特性,能长时间地进行低速或高速运行,从而最大限度的模拟了发动机的转速和转矩特性。经分析,本试验台选择的电机为200K W 交流变频调速电机,基本参数如表1所示。表1驱动电机的基本参数名称型号功率额定转速额定转矩3000Rpm的扭矩变速调速电动机YS L 231524200k W1500r pm 127313Nm636167Nm112两端加载系统两端加载系统主要由加载电机、转速扭矩传感器、三档减速箱、各弹性膜片联

9、轴器、滑移花键轴及十字万向联轴器等组成。根据电机技术规格,单端负载电机应选用132k W 可满足要求。参考见表2所示。加载电机的非轴伸端安装编码器,以实现对电机的转速测量。电机运转时,应先进行空载30分钟,运转正常后,方可进行负载运转。表2负载电机的基本参数名称型号功率额定转速额定转矩3000r pm的扭矩变速调速电动机YS L 231526132k W1000r pm1260Nm630Nm113能量回馈系统在试验台进行正向转矩加载试验过程中,驱动侧电机处于发电机状态, 其供电装置工作在整流状态,将电网电能转化为机械能,以驱动被试变速器;而加载侧电机处于发电机状态,供电装置工作在逆变状态,将机

10、械能转化为电能,通过变频调速器的直流母线回馈给驱动电机,形成电封闭加载,能量使用效率很高。在试验台进行反拖试验时,驱动侧电机处于发电状态,加载侧电机处于电动机状态,整个试验系统构成了能量封闭系统,如图2所示。图2试验台能量回馈系统114工作原理本试验台工作时,驱动电机通过变频调速达到一定的扭矩和转速,然后经过变速箱时根据车型选档,输出试验所要求的扭矩与转速(计算公式参考QC /T53321999,汽车驱动桥台架试验方法2。加载电机根据试件输出的转速和扭矩,结合所选变速箱档位,变频调速产生相应的转速和扭矩,对试件进行加载。加载时,加载电机作为发电机,所产生的电能通过能量回馈系统传回到驱动电机,节

11、省约80%左右电能。台架使用转速扭矩传感器,温度传感器实时检测,主要包括:电机电枢、轴承温度;变速箱温度;试件的主减速器油温及试件相关部位的温度。显示各试验参数,并将数据传输到计算机数据处理系统。计算机实时处理各种数据,并根据预先设定的参数发出各种控制命令。如果出现超速、过载、过压、过热等状况时,显示器将显示故7012009年第11期工艺与装备障的原因,同时以软着陆方式停机。该试验台整体实物如图3所示 。图3驱动桥总成疲劳寿命试验台整体实物照片2试验台的试验条件2驱动桥总成疲劳寿命试验必须在规定的试验条件下进行,因此,选择合适的试验条件变得尤为重要。根据QC /T53321999汽车驱动桥台架

12、试验方法,对于某一驱动桥,其试验中试验计算扭矩M p 为:按发动机最大扭矩按式(1计算:M pe =M e max i k 1i p 21n 2N m (1按最大附着力按式(2计算:M p =P r k 1i 0N m (2式中,M e max 为发动机最大扭矩,N m ;i k 1为变速器1档速比;i p 2为分动器高档速比;n 2为使用分动器高档时当量驱动桥数,对于4×4汽车,n 2=1;P 为满载轴荷,N;取018;r k 为轮胎滚动半径,m;i 0为驱动桥速比。经计算,M pe 、M p 分别为4940129N m 和521011N m ,又因驱动桥总成疲劳寿命试验的试验计算

13、扭矩M p 选用M pe 与M p 之中较小的一个,则由上述公式计算可得,按发动机最大扭矩计算出的扭矩M pe 为试验的计算扭矩M p 。3试验实例选用某桥总成进行疲劳寿命试验,其桥总成已知参数:输出扭矩为8824N m ,发动机最大扭矩时输出转速为1800r pm ,变速箱一档速比为41535,主减速比为51375。由此计算试验所需要的参数如下:左右轴转速为731844r pm ,主轴加载扭矩M p 为1641167N m 。在正式试验之前,需要按14M p 、12M p 、34M p ,三种载荷由小到大进行走合,时间每段按主动轮运动2-3×104循环次数。最后在进行正式试验,按M

14、 p 进行加载,得出的实验结果为:当试验运行了227500转,其主减速器的被动齿轮发生轮齿断裂。其图4为齿轮破坏照片。由QC /T 53421999可知, 齿轮中值疲劳寿命不低图4齿轮破坏照片于50万次,试验样品中最低寿命不低于30万次7。该主减速器齿轮未达到标准的要求。根据齿轮断口宏观形貌分析,齿轮失效形式为齿根疲劳折断和齿面疲劳剥落失效8。根本原因在于:(1轮齿承受多次重复弯矩作用,在齿根部产生变化的弯曲应力,当弯曲应力超过材料的弯曲疲劳极限应力时,在轮齿受拉一侧的齿根圆角处产生疲劳裂纹,随着载荷循环次数的增加,裂纹逐渐扩展,使轮齿剩余截面上的应力超过其极限应力,造成瞬时折断。(2轮齿齿面

15、还出现了部分的点蚀。主要由于齿轮齿面硬度不够、齿面粗糙以及润滑不良等原因,造成了轮齿齿面的接触应力过高,随着应力循环次数的增多,从而形成了破坏性点蚀。4结束语本设计结合我国汽车制造业的实际情况。为了实现如何衡量桥总成装配后的疲劳性能的好坏,研究设计出通过驱动和加载端来实现四象限运行,即转速可以正/反向运行,也可以正反向扭矩加载,从而来模拟驱动桥的实际工作情况,最终得到比较可靠的试验数据,并且采用交流变频加载,使整个试验过程节约能源约75%的综合性能试验台,可广泛应用于汽车零部件生产企业。参考文献1刘惟信.汽车车桥设计M .北京:清华大学出版社,2004.2QC /T53321999,汽车驱动桥台架试验方法S.1999.3王中应,傅顶和.汽车驱动桥总成齿轮疲劳试验台的研究与设计J .汽车科技,2008(