某重型驅(qū)動(dòng)橋輪邊漏油問(wèn)題的分析與改進(jìn)

徐康　程華國(guó)　占銳　李俊　劉亞莉

摘 要：某重型驅(qū)動(dòng)橋在檢驗(yàn)合格后，裝車使用的過(guò)程中出現(xiàn)了輪邊漏油的問(wèn)題。針對(duì)這一問(wèn)題，模擬實(shí)車工況設(shè)計(jì)臺(tái)架并進(jìn)行了橋殼承受垂直載荷下的總成臺(tái)架試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了輪邊漏油的原因，并提出了改進(jìn)意見(jiàn)，經(jīng)重新試驗(yàn)并裝車后，均未出現(xiàn)漏油的情況。

關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)橋；漏油；臺(tái)架試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：U467.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-2550（2016）05-0080-05

Abstract： After a heavy drive axle passed inspection， when used in truk， there is the oil leakage problem of the wheel rim. Aimed at this problem， designed test bench to simulate the real vehicle conditions and carried out the bridge shell assembly bench test under vertical load， discovered the cause of the wheel rim oil leakage， and put forward the suggestions for improvement， after test and loading， no oil leakage.

Key Words： drive axle； oil leakage； bench test

前 言

驅(qū)動(dòng)橋在運(yùn)行過(guò)程中，潤(rùn)滑油的作用非常重要。如果因?yàn)轵?qū)動(dòng)橋輪邊漏油而使得驅(qū)動(dòng)橋的潤(rùn)滑油量減少，會(huì)造成其潤(rùn)滑不良，甚至導(dǎo)致輪轂發(fā)熱和打齒，直接影響整機(jī)使用 [1]。同時(shí)驅(qū)動(dòng)橋輪邊的密封圈包含在制動(dòng)鼓內(nèi)部，因此輪邊的潤(rùn)滑油泄露會(huì)流入制動(dòng)鼓內(nèi)部，影響制動(dòng)器的制動(dòng)效果，甚至導(dǎo)致制動(dòng)失效，引發(fā)嚴(yán)重的交通事故。本文以某重型驅(qū)動(dòng)橋輪邊減速器出現(xiàn)漏油問(wèn)題為例 ，從驅(qū)動(dòng)橋的運(yùn)行工況進(jìn)行分析，確定驅(qū)動(dòng)橋工作時(shí)的具體參數(shù)，并重新設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋試驗(yàn)臺(tái)架，用以模擬實(shí)車出現(xiàn)漏油時(shí)的工況，查找出現(xiàn)漏油的部位，并分析出現(xiàn)漏油的原因。

1 驅(qū)動(dòng)橋試驗(yàn)工況分析

驅(qū)動(dòng)橋在總成疲勞壽命臺(tái)架試驗(yàn)過(guò)程中，輪邊沒(méi)有出現(xiàn)漏油的情況；而在實(shí)車運(yùn)行中出現(xiàn)潤(rùn)滑油從輪轂端流出的情況，在輪轂上可見(jiàn)到明顯的潤(rùn)滑油痕跡，見(jiàn)圖1，但是無(wú)法判斷潤(rùn)滑油流出的具體位置。現(xiàn)在對(duì)兩種工況進(jìn)行分析，針對(duì)兩種工況的區(qū)別，重新設(shè)計(jì)臺(tái)架試驗(yàn)，查找可能的漏油原因。

1.1 疲勞壽命臺(tái)架試驗(yàn)工況分析

目前進(jìn)行驅(qū)動(dòng)橋疲勞壽命臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)，通常將驅(qū)動(dòng)橋的板簧座位置安裝在支座上，并用壓板壓緊來(lái)固定驅(qū)動(dòng)橋（見(jiàn)圖2）。安照這種方式安裝，驅(qū)動(dòng)橋殼體沒(méi)有明顯的受力，基本不會(huì)發(fā)生彎曲變形。

1.2 實(shí)車工況分析

在實(shí)車工況時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋通過(guò)輪胎支撐在地面上，并通過(guò)鋼板彈簧固定在整車車架上。

驅(qū)動(dòng)橋殼在實(shí)際使用中的載荷工況比較復(fù)雜，行駛過(guò)程中承受的力有垂直力、水平力和側(cè)向力，靜力分析中主要的載荷工況有：

1） 垂直載荷工況；[2]

2） 汽車滿載軸荷[3]下的最大牽引力工況；

3） 汽車滿載軸荷下的最大制動(dòng)力工況；

4） 汽車滿載軸荷下的最大側(cè)向力工況。

這幾種工況中，對(duì)驅(qū)動(dòng)橋受力影響最大的應(yīng)該是第一種工況。因此，我們重點(diǎn)考核在第一種載荷工況，即垂直載荷工況下的運(yùn)行情況。垂直載荷工況下驅(qū)動(dòng)橋的受力情況見(jiàn)圖3：

現(xiàn)有試驗(yàn)臺(tái)架傳統(tǒng)的三電機(jī)驅(qū)動(dòng)橋試驗(yàn)臺(tái)架，沒(méi)有垂直加載機(jī)構(gòu)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)垂直加載，因此，需要重新設(shè)計(jì)，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上對(duì)臺(tái)架進(jìn)行改進(jìn)，以達(dá)到模擬驅(qū)動(dòng)橋在垂直載荷下的運(yùn)行工況。

2 試驗(yàn)臺(tái)架構(gòu)成

2.1 臺(tái)架結(jié)構(gòu)

試驗(yàn)臺(tái)要能實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)橋的驅(qū)動(dòng)和加載功能，該功能要求和疲勞試驗(yàn)的臺(tái)架結(jié)構(gòu)是相同的，試驗(yàn)臺(tái)采用了開(kāi)式試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)和電封閉的能量回饋方式，主要由驅(qū)動(dòng)裝置、測(cè)試裝置[4]、加載裝置等組成。臺(tái)架結(jié)構(gòu)布置見(jiàn)圖4：

同時(shí)，試驗(yàn)臺(tái)還要實(shí)現(xiàn)在垂直方向上對(duì)橋殼加載的功能，這一點(diǎn)和之前的臺(tái)架試驗(yàn)不同。按照之前臺(tái)架試驗(yàn)驅(qū)動(dòng)橋樣品的裝夾方式，無(wú)法滿足在橋殼上加載功能的要求，因此，需要重新設(shè)計(jì)試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)，改變驅(qū)動(dòng)橋的裝夾方式，使試驗(yàn)臺(tái)能夠在垂直方向上對(duì)樣品橋殼加載，并能夠采集橋殼上垂直載荷的信號(hào)。具體的安裝方式見(jiàn)圖5：

試驗(yàn)臺(tái)所使用的傳感器主要包括扭矩傳感器、振動(dòng)加速度傳感器、溫度傳感器和力傳感器。扭矩傳感器用以監(jiān)測(cè)樣品輸入和輸出扭矩；加速度傳感器安裝在橋殼上用以監(jiān)測(cè)樣品運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)情況；溫度傳感器安裝在樣品潤(rùn)滑油面以下，用以監(jiān)測(cè)樣品運(yùn)行過(guò)程中的溫度，轉(zhuǎn)速測(cè)量來(lái)源于電機(jī)自身的編碼器。試驗(yàn)臺(tái)所選傳感器參數(shù)見(jiàn)表2：

2.2 測(cè)控系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)臺(tái)的自動(dòng)控制，主要的試驗(yàn)設(shè)備均配備了電控單元[5]，對(duì)上述電機(jī)和傳感器示值進(jìn)行監(jiān)控。試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)根據(jù)試驗(yàn)需要并結(jié)合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來(lái)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速、加載電機(jī)的加載量和垂直加載裝置的加載量。系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6：

3 試驗(yàn)參數(shù)的確定

模擬進(jìn)行驅(qū)動(dòng)橋在垂直載荷工況下的試驗(yàn)，需要確定樣品及臺(tái)架試驗(yàn)的相關(guān)參數(shù)。根據(jù)廠家提供的整車工況，車輛主要在高速公路行駛，因此，臺(tái)架試驗(yàn)應(yīng)重點(diǎn)考核在發(fā)動(dòng)機(jī)的額定工況，變速箱處于最高檔時(shí)的工況。試驗(yàn)只是考核輪邊的漏油情況，而不是進(jìn)行橋殼的彎曲疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)，所以可以不用考慮垂直方向的動(dòng)載荷，重點(diǎn)考核驅(qū)動(dòng)橋滿載軸荷工況。臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋輸入端和輸出端參數(shù)也需根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)額定工況即變速箱檔位為最高檔來(lái)計(jì)算，整車中沒(méi)有分動(dòng)器和取力器，因此不用考慮分動(dòng)器和取力器對(duì)轉(zhuǎn)速和扭矩的影響。

因此，臺(tái)架試驗(yàn)輸入轉(zhuǎn)速選取1200r/min，輸入扭矩選取800N·m，單邊板簧座位置施加垂直載荷63.7kN。

4 試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果分析

試驗(yàn)臺(tái)搭建完成后，將齒輪箱調(diào)到合適檔位，參考QCT 533-1999《汽車驅(qū)動(dòng)橋臺(tái)架試驗(yàn)方法》[7]，按照設(shè)計(jì)好的試驗(yàn)臺(tái)架和上面計(jì)算的參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)。先在板簧座位置施加規(guī)定的垂直載荷，即在樣品單邊各施加63.7kN的垂直向下的載荷；啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和加載電機(jī)，給定樣品輸入端轉(zhuǎn)速1200r/min，通過(guò)加載電機(jī)對(duì)樣品輸出端施加扭矩直至使樣品輸入端扭矩為800N·m，該試驗(yàn)狀態(tài)運(yùn)行240h。

在試驗(yàn)過(guò)程中，輪邊的密封圈座圈和軸管的結(jié)合處一直有潤(rùn)滑油緩慢流出，密封圈位置沒(méi)有潤(rùn)滑油流出（見(jiàn)圖7和圖8），運(yùn)行240小時(shí)之后，仍然是相同的情況，其他地方未出現(xiàn)潤(rùn)滑油流出的現(xiàn)象，這說(shuō)明密封圈配合沒(méi)有問(wèn)題，密封圈座圈和軸管之間的配合出現(xiàn)了問(wèn)題。

驅(qū)動(dòng)橋在裝車之前，已經(jīng)按照QCT 533-1999《汽車驅(qū)動(dòng)橋臺(tái)架試驗(yàn)方法》的第4條和第6條進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)橋橋殼垂直彎曲疲勞試驗(yàn)和驅(qū)動(dòng)橋總成齒輪疲勞試驗(yàn)，并且檢測(cè)結(jié)果達(dá)到了QCT 534-1999《汽車驅(qū)動(dòng)橋臺(tái)架試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)》[8]的標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，樣品的疲勞強(qiáng)度是沒(méi)有問(wèn)題的。從輪邊剖視圖（見(jiàn)圖9）來(lái)看，密封圈座圈與軸管之間有兩處配合：座圈的內(nèi)圓面與軸管的外圓面，此處為過(guò)盈配合；座圈和橋殼的端面，此處為面與面的貼合，在面上涂有密封膠。

密封圈座圈和軸管結(jié)合處在不受垂直載荷時(shí)，沒(méi)有出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，而施加垂直載荷后出現(xiàn)了輕微的漏油現(xiàn)象，說(shuō)明在垂直載荷下，座圈和軸管之間的兩個(gè)配合面都出現(xiàn)了問(wèn)題，軸管出現(xiàn)了輕微變形，致使座圈和軸管之間的配合發(fā)生了變化，導(dǎo)致緩慢漏油現(xiàn)象的出現(xiàn)。

5 改進(jìn)方案及改進(jìn)后的效果

考慮到驅(qū)動(dòng)橋已經(jīng)通過(guò)了齒輪疲勞和橋殼垂直彎曲疲勞的臺(tái)架試驗(yàn)，座圈和軸管之間為相對(duì)靜止的，而且漏油現(xiàn)象很輕微，所以在改進(jìn)過(guò)程中設(shè)計(jì)在座圈和軸管之間加入一個(gè)O型圈，以彌補(bǔ)驅(qū)動(dòng)橋在承受垂直載荷狀態(tài)下使座圈和軸管之間配合量產(chǎn)生變化的缺陷，進(jìn)而以達(dá)到防止漏油的目的。

改進(jìn)后，按照上述試驗(yàn)條件重新進(jìn)行了一輪試驗(yàn)，在密封圈座圈和軸管之間及附近區(qū)域沒(méi)有出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。

6 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)設(shè)計(jì)改進(jìn)試驗(yàn)臺(tái)架，達(dá)到滿足模擬實(shí)車垂直載荷下的工況的要求，發(fā)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)橋裝車之后出現(xiàn)的輕微漏油現(xiàn)象，并予以分析和改進(jìn)，解決了漏油的問(wèn)題。

改進(jìn)后的試驗(yàn)臺(tái)架除了可以進(jìn)行驅(qū)動(dòng)橋輪邊密封性試驗(yàn)外，還可以進(jìn)行垂直載荷下的齒輪疲勞試驗(yàn)等需要考慮垂直影響的試驗(yàn)。

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