檢測驅(qū)動橋輪邊鎖死半軸承扭的方法

何其猛　楊志日

摘要：當(dāng)汽車一個(gè)驅(qū)動輪打滑時(shí)，差速器與半軸鎖緊成一體，使差速器失去了差速作用，發(fā)動機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩全部轉(zhuǎn)移到另一側(cè)驅(qū)動輪上。現(xiàn)模擬整車單側(cè)車輪陷住，左右半軸粘貼應(yīng)變片，鎖止差速器總成脫困的工況下，一側(cè)輪邊鎖死，另一側(cè)輪邊自由狀態(tài)，在驅(qū)動后橋主減速器凸緣處，輸入一定設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)矩，通過臺架試驗(yàn)和應(yīng)變測試系統(tǒng)，能準(zhǔn)確知道左右半軸受到轉(zhuǎn)矩的大小。

關(guān)鍵詞：驅(qū)動橋；半軸；鎖止差速器；應(yīng)變片

驅(qū)動橋主要由減速器、差速器、半軸和橋殼等組成。減速器的作用是減速和增加轉(zhuǎn)矩；差速器的作用是將動力傳遞給兩側(cè)半軸，同時(shí)允許兩側(cè)半軸以不同的速度轉(zhuǎn)動，使兩側(cè)車輪以滾動的形式不等距離行駛，可以縮短輪胎與地面的摩擦力。比如汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，車輪的軌跡是一條弧線。如果汽車向左轉(zhuǎn)，弧線的中心在左側(cè)。在同等行駛條件下，右輪的弧度比左輪的弧度長，以平衡車輪之間的差異。所以需要通過差速器使左輪減速，右輪加速，彌補(bǔ)輪胎速度不同造成的距離差。一些越野車上配有鎖止差速器，鎖止差速器的作用是當(dāng)驅(qū)動輪打滑，差速器殼和半軸鎖緊成一體，使差速器失去差速作用，可以把所有的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)移到另一側(cè)的驅(qū)動輪上。鎖止差速器很好地解決了汽車在一側(cè)車輪打滑時(shí)出現(xiàn)動力傳輸?shù)膯栴}。

測試背景

在驗(yàn)證某款越野車后驅(qū)動橋最大轉(zhuǎn)矩后備系數(shù)試驗(yàn)中，工裝鎖住左后輪，利用鎖止差速器脫困的工況，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速加到1500～1800r/min時(shí)，左后半軸斷裂，此時(shí)輸入后驅(qū)動橋的轉(zhuǎn)矩為2249N·m。理論分析：驅(qū)動橋速比為4.1，若轉(zhuǎn)矩全部分配給左半軸，此時(shí)左后半軸轉(zhuǎn)矩2249N·m×4.1=9221N·m。

理論計(jì)算分析

根據(jù)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《汽車半軸技術(shù)條件和臺架試驗(yàn)方法（QC/T293—2019）》，計(jì)算出半軸額定轉(zhuǎn)矩。某款越野整車的后驅(qū)動橋?yàn)榘敫∈浇Y(jié)構(gòu)，按汽車動力源最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算和按最大附著力計(jì)算，取兩者計(jì)算結(jié)果的較小值為半軸額定轉(zhuǎn)矩。整車參數(shù)見表1。

1.半軸粘貼應(yīng)變片

應(yīng)變片是由敏感柵等構(gòu)成用于測量應(yīng)變的元件，使用時(shí)將其牢固地粘貼在構(gòu)件的測點(diǎn)上，構(gòu)件受力后由于測點(diǎn)發(fā)生應(yīng)變，敏感柵也隨之變形而使其電阻發(fā)生變化，再由專用儀器測得其電阻變化大小，并轉(zhuǎn)換為測點(diǎn)的應(yīng)變值。

左右半軸粘貼應(yīng)變片要求較高，首先檢查應(yīng)變片柵線有無斷絲，底基、覆蓋層有無破損，引線是否牢固。再在左右半軸上定位、打磨、清洗、貼片及焊接等，保證被測半軸的清潔平整，無油污，無銹跡，如圖1所示。

2.半軸轉(zhuǎn)矩標(biāo)定

該標(biāo)定的主要作用是確定測量系統(tǒng)的輸入-輸出關(guān)系，賦予測量系統(tǒng)分度值。在微機(jī)控制扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺上，用工裝固定半軸帶法蘭車輪端，半軸另一端用花鍵套，如圖2所示。微機(jī)控制扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺加載轉(zhuǎn)矩，采集得到對應(yīng)應(yīng)變值，見表2。通過擬合得到應(yīng)變—轉(zhuǎn)矩關(guān)系，X為應(yīng)變（uE），Y為轉(zhuǎn)矩，如圖3所示。

3.臺架檢測

為了方便應(yīng)變片線束連接，驅(qū)動橋殼上開幾個(gè)窗口，開窗口不影響測試結(jié)果。利用設(shè)備工裝，鎖住驅(qū)動橋的右輪邊，即鎖住右半軸。驅(qū)動橋的左輪邊自由狀態(tài)，即左半軸自由，再鎖死差速器。通過微機(jī)控制扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺設(shè)備對驅(qū)動橋的主減凸緣處，施加輸入轉(zhuǎn)矩1000N·m，通過兩個(gè)應(yīng)變片采集左右半軸應(yīng)變數(shù)據(jù)（見圖4）。

4.檢測結(jié)果

當(dāng)驅(qū)動橋的主減凸緣處輸入轉(zhuǎn)矩為1000N·m時(shí)，通過標(biāo)定得到的應(yīng)變函數(shù)，測得左右半軸應(yīng)變數(shù)據(jù)結(jié)果，左半軸應(yīng)變轉(zhuǎn)矩大小為131.2N·m，右半軸應(yīng)變轉(zhuǎn)矩大小為4186N·m。如圖6所示，X軸為加載時(shí)間（s），Y為應(yīng)變轉(zhuǎn)矩（N·m）。按理論計(jì)算，當(dāng)主減凸緣處輸入轉(zhuǎn)矩為1000N·m時(shí)，驅(qū)動橋速比為4.1，即轉(zhuǎn)矩放大系數(shù)4.1。當(dāng)鎖死右輪邊和差速器，那么理論上輸出轉(zhuǎn)矩全部在右半軸，計(jì)算1000×4.1=4100 N·m。右半軸的測得轉(zhuǎn)矩4186N·m與理論計(jì)算轉(zhuǎn)矩4100 N·m基本接近，左半軸測得轉(zhuǎn)矩131.2N·m為驅(qū)動橋內(nèi)部機(jī)械阻力產(chǎn)生。

結(jié)語

通過臺架試驗(yàn)和應(yīng)變測試系統(tǒng)，能準(zhǔn)確知道左右半軸受到轉(zhuǎn)矩的大小。并且得知，汽車在一側(cè)車輪打滑時(shí)，鎖止差速器能把所有的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)移到另一側(cè)的驅(qū)動輪上，保證汽車安全可靠行駛。