某重型驅動橋輪邊漏油問題的分析與改進

徐康　程華國　占銳　李俊　劉亞莉

摘 要：某重型驅動橋在檢驗合格后，裝車使用的過程中出現了輪邊漏油的問題。針對這一問題，模擬實車工況設計臺架并進行了橋殼承受垂直載荷下的總成臺架試驗，發現了輪邊漏油的原因，并提出了改進意見，經重新試驗并裝車后，均未出現漏油的情況。

關鍵詞：驅動橋；漏油；臺架試驗

中圖分類號：U467.5 文獻標識碼：A 文章編號：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

驅動橋在運行過程中，潤滑油的作用非常重要。如果因為驅動橋輪邊漏油而使得驅動橋的潤滑油量減少，會造成其潤滑不良，甚至導致輪轂發熱和打齒，直接影響整機使用 [1]。同時驅動橋輪邊的密封圈包含在制動鼓內部，因此輪邊的潤滑油泄露會流入制動鼓內部，影響制動器的制動效果，甚至導致制動失效，引發嚴重的交通事故。本文以某重型驅動橋輪邊減速器出現漏油問題為例 ，從驅動橋的運行工況進行分析，確定驅動橋工作時的具體參數，并重新設計驅動橋試驗臺架，用以模擬實車出現漏油時的工況，查找出現漏油的部位，并分析出現漏油的原因。

1 驅動橋試驗工況分析

驅動橋在總成疲勞壽命臺架試驗過程中，輪邊沒有出現漏油的情況；而在實車運行中出現潤滑油從輪轂端流出的情況，在輪轂上可見到明顯的潤滑油痕跡，見圖1，但是無法判斷潤滑油流出的具體位置。現在對兩種工況進行分析，針對兩種工況的區別，重新設計臺架試驗，查找可能的漏油原因。

1.1 疲勞壽命臺架試驗工況分析

目前進行驅動橋疲勞壽命臺架試驗時，通常將驅動橋的板簧座位置安裝在支座上，并用壓板壓緊來固定驅動橋（見圖2）。安照這種方式安裝，驅動橋殼體沒有明顯的受力，基本不會發生彎曲變形。

1.2 實車工況分析

在實車工況時，驅動橋通過輪胎支撐在地面上，并通過鋼板彈簧固定在整車車架上。

驅動橋殼在實際使用中的載荷工況比較復雜，行駛過程中承受的力有垂直力、水平力和側向力，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力工況；

4） 汽車滿載軸荷下的最大側向力工況。

這幾種工況中，對驅動橋受力影響最大的應該是第一種工況。因此，我們重點考核在第一種載荷工況，即垂直載荷工況下的運行情況。垂直載荷工況下驅動橋的受力情況見圖3：

現有試驗臺架傳統的三電機驅動橋試驗臺架，沒有垂直加載機構，無法實現垂直加載，因此，需要重新設計，在現有基礎上對臺架進行改進，以達到模擬驅動橋在垂直載荷下的運行工況。

2 試驗臺架構成

2.1 臺架結構

試驗臺要能實現對驅動橋的驅動和加載功能，該功能要求和疲勞試驗的臺架結構是相同的，試驗臺采用了開式試驗臺的結構和電封閉的能量回饋方式，主要由驅動裝置、測試裝置[4]、加載裝置等組成。臺架結構布置見圖4：

同時，試驗臺還要實現在垂直方向上對橋殼加載的功能，這一點和之前的臺架試驗不同。按照之前臺架試驗驅動橋樣品的裝夾方式，無法滿足在橋殼上加載功能的要求，因此，需要重新設計試驗臺結構，改變驅動橋的裝夾方式，使試驗臺能夠在垂直方向上對樣品橋殼加載，并能夠采集橋殼上垂直載荷的信號。具體的安裝方式見圖5：

試驗臺所使用的傳感器主要包括扭矩傳感器、振動加速度傳感器、溫度傳感器和力傳感器。扭矩傳感器用以監測樣品輸入和輸出扭矩；加速度傳感器安裝在橋殼上用以監測樣品運行過程中的振動情況；溫度傳感器安裝在樣品潤滑油面以下，用以監測樣品運行過程中的溫度，轉速測量來源于電機自身的編碼器。試驗臺所選傳感器參數見表2：

2.2 測控系統

為實現試驗臺的自動控制，主要的試驗設備均配備了電控單元[5]，對上述電機和傳感器示值進行監控。試驗臺控制系統根據試驗需要并結合實時數據來控制驅動電機轉速、加載電機的加載量和垂直加載裝置的加載量。系統通訊結構見圖6：

3 試驗參數的確定

模擬進行驅動橋在垂直載荷工況下的試驗，需要確定樣品及臺架試驗的相關參數。根據廠家提供的整車工況，車輛主要在高速公路行駛，因此，臺架試驗應重點考核在發動機的額定工況，變速箱處于最高檔時的工況。試驗只是考核輪邊的漏油情況，而不是進行橋殼的彎曲疲勞強度試驗，所以可以不用考慮垂直方向的動載荷，重點考核驅動橋滿載軸荷工況。臺架試驗時，驅動橋輸入端和輸出端參數也需根據發動機額定工況即變速箱檔位為最高檔來計算，整車中沒有分動器和取力器，因此不用考慮分動器和取力器對轉速和扭矩的影響。

因此，臺架試驗輸入轉速選取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 試驗過程及結果分析

試驗臺搭建完成后，將齒輪箱調到合適檔位，參考QCT 533-1999《汽車驅動橋臺架試驗方法》[7]，按照設計好的試驗臺架和上面計算的參數進行試驗。先在板簧座位置施加規定的垂直載荷，即在樣品單邊各施加63.7kN的垂直向下的載荷；啟動驅動電機和加載電機，給定樣品輸入端轉速1200r/min，通過加載電機對樣品輸出端施加扭矩直至使樣品輸入端扭矩為800N·m，該試驗狀態運行240h。

在試驗過程中，輪邊的密封圈座圈和軸管的結合處一直有潤滑油緩慢流出，密封圈位置沒有潤滑油流出（見圖7和圖8），運行240小時之后，仍然是相同的情況，其他地方未出現潤滑油流出的現象，這說明密封圈配合沒有問題，密封圈座圈和軸管之間的配合出現了問題。

驅動橋在裝車之前，已經按照QCT 533-1999《汽車驅動橋臺架試驗方法》的第4條和第6條進行了驅動橋橋殼垂直彎曲疲勞試驗和驅動橋總成齒輪疲勞試驗，并且檢測結果達到了QCT 534-1999《汽車驅動橋臺架試驗評價指標》[8]的標準要求。因此，樣品的疲勞強度是沒有問題的。從輪邊剖視圖（見圖9）來看，密封圈座圈與軸管之間有兩處配合：座圈的內圓面與軸管的外圓面，此處為過盈配合；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合處在不受垂直載荷時，沒有出現漏油現象，而施加垂直載荷后出現了輕微的漏油現象，說明在垂直載荷下，座圈和軸管之間的兩個配合面都出現了問題，軸管出現了輕微變形，致使座圈和軸管之間的配合發生了變化，導致緩慢漏油現象的出現。

5 改進方案及改進后的效果

考慮到驅動橋已經通過了齒輪疲勞和橋殼垂直彎曲疲勞的臺架試驗，座圈和軸管之間為相對靜止的，而且漏油現象很輕微，所以在改進過程中設計在座圈和軸管之間加入一個O型圈，以彌補驅動橋在承受垂直載荷狀態下使座圈和軸管之間配合量產生變化的缺陷，進而以達到防止漏油的目的。

改進后，按照上述試驗條件重新進行了一輪試驗，在密封圈座圈和軸管之間及附近區域沒有出現漏油現象。

6 結語

本文通過設計改進試驗臺架，達到滿足模擬實車垂直載荷下的工況的要求，發現了驅動橋裝車之后出現的輕微漏油現象，并予以分析和改進，解決了漏油的問題。

改進后的試驗臺架除了可以進行驅動橋輪邊密封性試驗外，還可以進行垂直載荷下的齒輪疲勞試驗等需要考慮垂直影響的試驗。

參考文獻：

[1]左暉. 起重機驅動橋輪邊減速器漏油原因分析及改進措施[J]. 工程機械與維修，2014（08）：147—149.

[2]王革新. 某車型汽車驅動橋殼的力學分析[D].東北大學碩士論文，2006：33-34.

[3]鄭燕萍，王 瑜，宋懷蘭. 基于CAE 的驅動橋殼設計方法探討[J]. 汽車技術. 2007（06）：26-29

[4]侯銀娟， 張文明，等. 重型礦用汽車驅動橋試驗臺的研制[J]. 礦山機械. 2007（03）：054-056.

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[6]黃平輝，余顯忠，等.汽車驅動橋橋殼靜力學建模與分析[J]. 現代制造工程. 2010（05）：80-84.

[7]QC/T533-1999《汽車驅動橋臺架試驗方法》[S].北京：中國標準出版社，1999：119-126.

[8]QC/T534-1999《汽車驅動橋臺架試驗方法》[S].北京：中國標準出版社，1999：117-118.