驅(qū)動橋殼的受力試驗分析

王俊翔，袁曉磊，楊斌

(長安大學(xué)，陜西西安 710064)

驅(qū)動橋殼的受力試驗分析

王俊翔，袁曉磊，楊斌

(長安大學(xué)，陜西西安 710064)

對汽車驅(qū)動橋殼進(jìn)行試驗研究，通過對驅(qū)動橋殼重復(fù)加載所采集到的路面加速度譜，來測量驅(qū)動橋殼所受的應(yīng)變，從而推斷出驅(qū)動橋的危險點和其他一些特性，為優(yōu)化汽車結(jié)構(gòu)提供科學(xué)的理論依據(jù)。

驅(qū)動橋殼試驗；加速度譜；應(yīng)變

0 引言

在汽車的構(gòu)造中，汽車的驅(qū)動橋是汽車的主要傳力件和承載件，驅(qū)動橋殼是一個空心梁，與從動橋殼共同支承車架及其上的各總成重力。它的作用包括：一方面需要承載汽車的荷重，另一方面車輪上的作用力以及傳遞扭矩所產(chǎn)生的反作用力矩皆由驅(qū)動橋殼承擔(dān)。因而驅(qū)動橋殼應(yīng)滿足如下要求：(1)驅(qū)動橋殼應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和使用壽命，質(zhì)量盡可能??；(2)具有足夠剛度，一般要求最大變形不超過1.5 mm/m輪距，以保證主減速器齒輪正常哨合和不使半軸承受附加彎曲應(yīng)力；(3)保證足夠的離地間隙；(4)結(jié)構(gòu)工藝性好，成本低；(5)驅(qū)動橋殼又是主減速器、差速器及驅(qū)動車輪傳動裝置的外殼，因而驅(qū)動橋殼應(yīng)具有足夠強(qiáng)度和剛度，便于主減速器的拆裝和調(diào)整，保證拆裝、調(diào)整、保養(yǎng)、維修方便。根據(jù)上述要求，作者對驅(qū)動橋殼受力情況進(jìn)行試驗研究，對提高其工作可靠性具有非常重要的意義。

1 路面加速度譜

驅(qū)動橋殼路面激勵譜的獲取方法有多種，對于汽車車橋來說，由于輪胎、懸掛及減振系統(tǒng)的存在，作于在驅(qū)動橋殼上的路面激勵譜有別于路面譜。在以往獲取路面譜的方法中，通常采用在車后拖掛五輪儀來采集路面譜。但五輪儀上跳可能導(dǎo)致高頻失真，且五輪儀安裝不便，對于某些情況下安裝非接觸式測速儀，無法安裝加速度傳感器，可能無法應(yīng)用。因此，可以采用在車橋上安裝加速度傳感器的方式進(jìn)行測量。簡化振動模型，忽略輪胎變形的影響，在車橋上直接安裝加速度傳感器，則傳感器的輸出反映了路面平度所引起的振動。此次試驗，由于路面譜采集過程較為復(fù)雜，因此直接應(yīng)用以前采集的路面譜。路面譜數(shù)據(jù)如圖1所示。

2 試驗設(shè)備及試驗方案

2.1 試驗設(shè)備

試驗設(shè)備包括：DH3815靜態(tài)應(yīng)變試驗機(jī)；SYNERGY動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；MTS液壓伺服系統(tǒng)；漢江驅(qū)動橋殼；各種夾具、支座、導(dǎo)線。

2.2 研究對象

研究對象為漢江微型車驅(qū)動橋殼，軸距1 145 mm,車質(zhì)量1 000 kg，簧下質(zhì)量40.5 kg，輪胎剛度系數(shù)192 kN/m，懸架阻尼系數(shù)1.5 kN·s/m,輪胎阻尼系數(shù)1.5 kN·s/m,驅(qū)動橋殼材料屬性見表1。

表1 驅(qū)動橋殼材料屬性

2.3 貼應(yīng)變片

給驅(qū)動橋上貼應(yīng)變片，共48個，貼片方式如下，由于參考文獻(xiàn)可知應(yīng)變最大點通常在最上和最下，組橋方式選用半橋雙臂，半橋雙臂精度較高。貼片方式和組橋方式大致如圖2所示。根據(jù)GC/T 533-1999汽車驅(qū)動橋臺架試驗方法可知至少選7點，如圖2，此次共有48個應(yīng)變片，因此在驅(qū)動橋的上部和下部各選9個點，貼36個應(yīng)變片，組成半橋雙臂，驅(qū)動橋中部由于應(yīng)變不大，在兩側(cè)共選10個點，共用兩個補償片，組成半橋雙臂。

2.4 具體試驗過程

(1)清潔。清理驅(qū)動橋殼，刮掉油漆，為使應(yīng)變片能與被測試件粘牢，對測點表面要進(jìn)行清潔處理。首先把測點表面用砂紙打磨，使測點平整、光潔，然后用棉花蘸酒精擦洗表面，到棉花不黑為止。

(2)貼片。在測點位置和應(yīng)變片的底面上，涂上一層502膠水，一手捏住應(yīng)變片引出線，在應(yīng)變片上面蓋一層聚乙烯塑料膜作為隔層，用手指在應(yīng)變片的長度方向進(jìn)行滾壓，擠出片下多余的氣泡和膠水，直到應(yīng)變片與被測物緊密粘合為止。手指保持不動按壓一段時間后放開，注意按壓時不要使應(yīng)變片移動，注意膠水不要用得過多或過少，過多則膠層太厚影響應(yīng)變片性能，過少則粘接不牢不能準(zhǔn)確傳遞應(yīng)變。

(3)接線貼端子。由于應(yīng)變片的兩條接線很細(xì)，所以要使用“端子”連接導(dǎo)線，避免測量時拉斷應(yīng)變片的連線，此處一定要注意涂足夠的膠水，試驗時由于膠水量太少，某些片受力過大，導(dǎo)致應(yīng)變片損壞。剪出48根導(dǎo)線，每段2 m，隨后將端子和應(yīng)變片接線及導(dǎo)線焊接起來，然后進(jìn)行組橋。由于輪胎氣壓不足，作者將另外一輛車上的輪胎換了下來，裝到此車橋上。為模擬車橋受力，作者將一個工字梁加在車橋上來模擬車橋受力情況，由于試驗臺高度限制，在兩輪胎下添加支架，來使車橋保持某一高度。

(4)這些準(zhǔn)備工作做好以后，開始準(zhǔn)備加載載荷，在此之前要將MTS試驗機(jī)預(yù)熱，并且要平衡DH3815靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀，使每一通道都處于平衡狀態(tài)，然后開始加載方案載荷并記錄數(shù)據(jù)。靜態(tài)試驗做完后，開始進(jìn)行動態(tài)試驗，同靜態(tài)試驗一樣，也要先進(jìn)行連線，將導(dǎo)線與橋盒相連接，組成惠斯通電橋，然后再將橋盒與synergy數(shù)據(jù)采集儀相連。加載路面動載，記錄數(shù)據(jù)。

試驗流程如圖3所示。

3 試驗結(jié)果

表2 靜態(tài)測點試驗數(shù)據(jù)(應(yīng)變平均值)

作者將采集到的動態(tài)數(shù)據(jù)用MATLAB進(jìn)行處理，上側(cè)和下側(cè)的數(shù)據(jù)見圖4。

圖4(a)中的紅色曲線代表應(yīng)變最大的部位，即右側(cè)板簧座外側(cè)附近；藍(lán)色曲線代表左側(cè)板簧座外側(cè)所受應(yīng)變，兩側(cè)響應(yīng)不同，可能是由于該驅(qū)動橋兩側(cè)受力情形不一致；綠色曲線代表左右板簧座內(nèi)側(cè)應(yīng)變響應(yīng)，通過對比可以看出板簧座外側(cè)應(yīng)變大于內(nèi)側(cè)應(yīng)變。圖4(b)顯示驅(qū)動橋下側(cè)的數(shù)據(jù)，黑色曲線代表右側(cè)驅(qū)動橋外側(cè)應(yīng)變，黃色曲線代表左側(cè)板簧座外側(cè)應(yīng)變，橘黃色以及綠色曲線代表左右兩側(cè)板簧座內(nèi)側(cè)應(yīng)變，同樣可以看出板簧座外側(cè)應(yīng)變大于內(nèi)側(cè)應(yīng)變。通過比較兩幅圖，可以看出應(yīng)變最小的部位在變速器外殼處，應(yīng)變最大的部位在板簧座外側(cè)，而且橋殼上側(cè)的應(yīng)變大于下側(cè)應(yīng)變。上側(cè)應(yīng)變場和下側(cè)應(yīng)變場分別如圖5、圖6所示。對于圖5，B1到B9對應(yīng)驅(qū)動橋上側(cè)從左到右9個點采集到的數(shù)據(jù)，即圖上右下1～9的9條線。

對于圖6，A1到A9對應(yīng)驅(qū)動橋右側(cè)從左到右9個點采集到的數(shù)據(jù)，即圖上左下1～9的9條線。將每條線之間的應(yīng)變值連起來，可以模擬出整個橋殼隨時間的應(yīng)變場，并找出應(yīng)變最大的部位。由這兩幅圖可以看出：每個采集點的瞬態(tài)響應(yīng)情況相似，只是應(yīng)變幅值大小有區(qū)別，可以推出該驅(qū)動橋一致性較好，剛度、質(zhì)量分布均勻。

4 結(jié)束語

驅(qū)動橋是汽車的主要傳力部件，因此十分重要，文中通過對汽車驅(qū)動橋加載路面加速度譜來對其進(jìn)行試驗，從而得出了該驅(qū)動橋各部位的應(yīng)變，找出了危險點，并得出其他一些特性。

通過此次試驗可以得到以下幾個結(jié)論：

(1)對驅(qū)動橋殼進(jìn)行實驗分析，根據(jù)第四強(qiáng)度理論，得出驅(qū)動橋殼在該路面上滿足強(qiáng)度要求，該驅(qū)動橋一致性較好，剛度、質(zhì)量分布均勻。

(2)應(yīng)變最大值發(fā)生在彈簧座內(nèi)側(cè)，可能由于胎壓或其他一些因素的影響，導(dǎo)致兩邊受力不均勻，此次試驗應(yīng)變峰值發(fā)生在右側(cè)彈簧座內(nèi)側(cè)。

(3)經(jīng)過MATLAB分析，可以知道在該路面下，動態(tài)應(yīng)力峰值與靜態(tài)應(yīng)力之比大約為1.54，則在這種路面上，驅(qū)動橋殼的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過要求，可以對驅(qū)動橋進(jìn)行優(yōu)化。

【1】 余志生.汽車?yán)碚揫M].4 版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

【2】 高偉,宋萌.汽車驅(qū)動橋殼靜動態(tài)有限元分析[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2011(9)：42-46.

【3】 樓益強(qiáng),趙文禮,孟慶華.動態(tài)載荷下的汽車驅(qū)動橋殼有限元分析[J].機(jī)電工程，2009，26(3)：61-65.

AnalysisofDriveAxleForceTest

WANG Junxiang，YUAN Xiaolei，YANG Bin

(Chang’an University，Xi’an Shaanxi 710064,China)

By loading acceleration spectrum gathered to drive axle,the strain of drive axle was measured,the danger point of drive axle and some other characters were inferred,which provided theoretical basis for optimizing the vehicle structure.

Drive axle test;Acceleration spectrum;Strain

2014-10-09

王俊翔(1990—)，男，碩士研究生，專業(yè)方向為車輛工程。E-mail：540268993@qq.com。