陳 創(chuàng)

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

重卡傳動(dòng)軸支撐角板載荷譜研究

陳 創(chuàng)

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

為了提升重卡車型傳動(dòng)軸支撐角板的承載能力，基于傳動(dòng)軸支撐角板載荷試驗(yàn)，對(duì)不同載荷、不同路面條件下的傳動(dòng)軸支撐角板各向受力情況進(jìn)行了研究分析。結(jié)果表明，傳動(dòng)軸支撐角板各向受力與路面類型、車速等有關(guān)，與車輛載荷關(guān)系不大。此外，文章還提出了提升支撐角板承載能力的相關(guān)改進(jìn)意見和措施。

支撐角板；載荷；重卡車輛；改進(jìn)措施

CLC NO.:U467.5Docum ent Code:AArticle ID:1671-7988(2014)06-37-03

前言

多支點(diǎn)傳動(dòng)軸目前廣泛應(yīng)用于重型卡車、船舶等動(dòng)力傳輸距離較長(zhǎng)的傳動(dòng)系統(tǒng)中[1-2]。受制造工藝、材料等多方面條件的限制，傳動(dòng)軸不能做到完全的動(dòng)平衡[3]。傳動(dòng)軸在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生橫向彎曲振動(dòng)、縱向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，工作條件復(fù)雜多變[4-5]。傳動(dòng)軸支撐角板固定于車架上，起支撐和固定傳動(dòng)軸的作用，同時(shí)還承受著傳動(dòng)軸傳遞來的力、力矩和振動(dòng)，失效事故常有發(fā)生。然而，目前的研究主要集中于對(duì)傳動(dòng)軸受振強(qiáng)度的研究上，對(duì)其支撐角板的受振強(qiáng)度研究則相對(duì)較少。因此，進(jìn)行傳動(dòng)軸支撐角板載荷研究，具有重要的意義。

本文通過對(duì)某重卡品牌車型傳動(dòng)軸前、后支撐角板進(jìn)行道路載荷譜試驗(yàn)，測(cè)量其在不同工況下的各向載荷譜，分析其受力強(qiáng)度，為后續(xù)的CAE相關(guān)研究提供輸入。

1、標(biāo)定

標(biāo)定，是指將被測(cè)結(jié)構(gòu)件通過應(yīng)變片改造成一個(gè)傳感器，建立力和應(yīng)變的關(guān)系。針對(duì)本次試驗(yàn)內(nèi)容，需對(duì)傳動(dòng)軸角板的X、Y、Z三個(gè)方向進(jìn)行標(biāo)定，其坐標(biāo)系選擇與車輛坐標(biāo)系相同，即當(dāng)車輛在水平路面上處于靜止?fàn)顟B(tài)，X軸平行于地面指向前方，Y軸指向駕駛員前進(jìn)方向左側(cè), Z軸通過汽車質(zhì)心指向上方。

1.1 各向標(biāo)定

本次研究采用電阻應(yīng)變片和應(yīng)變儀分別測(cè)定傳動(dòng)軸長(zhǎng)支撐角板和短支撐角板的表面應(yīng)變，然后通過測(cè)得的應(yīng)變片應(yīng)變與應(yīng)力的關(guān)系式，確定構(gòu)件表面的應(yīng)力狀態(tài)。

由于X向和Z向的載荷對(duì)筋板產(chǎn)生的作用都是拉伸和壓縮，所以這兩個(gè)方向無法避免耦合，只能通過靈敏度系數(shù)矩陣的方法進(jìn)行解耦，分解出X和Z向的載荷，其貼片方案如圖1(a)所示；Y向貼片方案如圖a(b)所示，四個(gè)應(yīng)變片組成全橋形式。當(dāng)Z和X向加載時(shí)，4個(gè)應(yīng)變片同時(shí)受拉，同時(shí)受壓，橋路輸出為零，說明此種橋路形式只對(duì)Y向載荷有反應(yīng)，避免了X和Z向耦合。

1.2 標(biāo)定結(jié)果

基于試驗(yàn)采集數(shù)據(jù)，得到長(zhǎng)、短支撐角板各向標(biāo)定結(jié)果如表1所示。

表1 傳動(dòng)軸長(zhǎng)、短支撐角板各向標(biāo)定結(jié)果

2、試驗(yàn)

本次試驗(yàn)的內(nèi)容主要是測(cè)試在不同載荷及不同車速（傳動(dòng)軸不同轉(zhuǎn)速）條件下，傳動(dòng)軸偏心作用和路面激勵(lì)對(duì)傳動(dòng)軸支撐角板的影響程度，分析和確定傳動(dòng)軸支撐角板開裂的原因。試驗(yàn)內(nèi)容主要包括綜合路載荷試驗(yàn)和平路緊急制動(dòng)載荷試驗(yàn)。

2.1 試驗(yàn)要求

(1)樣車：采用某品牌四軸重卡車型，其發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為WP12NG380E40，發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率為280KW，整車整備質(zhì)量為15050kg。該試驗(yàn)樣車的技術(shù)狀況滿足整車道路試驗(yàn)的條件要求。

(2)配載：本次試驗(yàn)中配載物為干燥細(xì)沙，在空載和滿載條件下的各軸軸荷分布見表2。

(3)車速：本次試驗(yàn)中不同試驗(yàn)路面條件下的車速分配見表3。

(4)自然環(huán)境：本次試驗(yàn)在晴天條件下進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)溫度在20℃左右，風(fēng)速小于5m/s。2.2 試驗(yàn)結(jié)果

表2 試驗(yàn)樣車各軸軸荷分配

表3 車速分配表(km/h)

根據(jù)試驗(yàn)項(xiàng)目，采集到的試驗(yàn)結(jié)果如下：

表4 綜合路支撐角板各向最大載荷(kN)

表5 平路行駛不同車速支撐角板的載荷(kN)

3、結(jié)果分析

（1）在綜合路面行駛時(shí)，長(zhǎng)支撐角板的垂向載荷要遠(yuǎn)大于橫向載荷和縱向載荷，而短支撐角板各項(xiàng)載荷差距則不是很明顯；

（2）無論長(zhǎng)支撐角板或者是短支撐角板，在綜合路面行駛時(shí)，在比利時(shí)路所受的各向載荷普遍大于其余路面。其中，尤以垂向?yàn)樯酰?/p>

（3）無論長(zhǎng)、短支撐角板，車輛載荷狀態(tài)對(duì)支撐角板各向受力的影響不大；

（4）支撐角板縱向受載很小，即使是在緊急制動(dòng)情況下，其最大值也僅為0.4kN。

（5）支撐角板的受力與車速（即傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速）有關(guān)，傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速越高，受力越大。此外，當(dāng)短支撐角板橫向載荷在車速40km/h時(shí)突然增大，這是由于在此車速下傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速與短支撐角板橫向固有頻率發(fā)生共振。

4、改進(jìn)意見

（1）由試驗(yàn)結(jié)果可知，長(zhǎng)支撐角板的垂向載荷要遠(yuǎn)大于橫向載荷和縱向載荷，結(jié)合長(zhǎng)支撐角板的自身結(jié)構(gòu)和制造工藝，適當(dāng)增加支撐角板的鋼板厚度，增加垂向橫截面積，從而達(dá)到減小單位面積垂向應(yīng)力的目的。

（2）選用阻尼比較大的彈性橡膠襯墊，安裝于支撐角板和U型支撐板連接處，增大傳動(dòng)軸輸出的阻尼比，進(jìn)而達(dá)到減小或消除傳動(dòng)軸振動(dòng)的突變性，從而有效減小傳動(dòng)軸、傳動(dòng)軸支撐和傳動(dòng)軸支撐角板的振動(dòng)，降低傳動(dòng)軸傳給支撐角板的載荷。

（3）可適當(dāng)調(diào)整傳動(dòng)軸的輸入軸與輸出軸的當(dāng)量夾角，減小萬向節(jié)的不等速性，從而減小振動(dòng)源的振動(dòng)輸入。

5、結(jié)論

本文針對(duì)我國(guó)重卡車型傳動(dòng)軸支撐角板斷裂事故時(shí)有發(fā)生的現(xiàn)狀，進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)對(duì)其原因進(jìn)行分析探究，對(duì)長(zhǎng)、短傳動(dòng)軸支撐角板在不同載荷、不同路面上的各向載荷情況進(jìn)行了分析研究，結(jié)果表明長(zhǎng)支撐角板的垂向載荷相對(duì)較大、縱向載荷相對(duì)較小，且支撐角板的各向受力與車速正相關(guān)?；谝陨涎芯拷Y(jié)論，文中還提出了提升傳動(dòng)軸支撐角板承載能力的相應(yīng)改進(jìn)意見。

[1] Smidt H A, Wang K W, Smith E C. Stability of a segmented supercritical driveline with non-constant velocity couplings subjected to misalignment and torque[J]. Journal of Sound and Vibration, 2004, 277(3):859-918.

[2] 許兆棠. 多支點(diǎn)傳動(dòng)軸動(dòng)力學(xué)研究[D].南京:南京航天航空大學(xué), 2006.

[3] 何兵.汽車雙聯(lián)傳動(dòng)軸動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)研究[D].重慶:重慶大學(xué),2005.

[4] 姜濤,劉高遠(yuǎn),張衛(wèi)方.某傳動(dòng)裝置主傳動(dòng)軸斷裂原因分析[J].機(jī)械強(qiáng)度,2004,26(s):142-145.

[5] 李明喜.考慮振動(dòng)的傳動(dòng)軸模糊可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].黃石高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2003,19(6):33-35.

Study on the carrying capacity of the support p late of the d rive shaft for heavy-duty trucks

Chen Chuang
（Automotive Engineering Research Institute of Shaanxi Automobile Group Co.ltd,Shaanxi Xi’ an 710200）

In order to enhance the carrying capacity of the support plate of the drive shaft for heavy-duty trucks , based on the test of the support plate of the drive shaft, a stress analysis of the support plate was done under different load conditions and different road conditions. The results show that the loading conditions of the support plate is relevant w ith road conditions, vehicle speed and so on, but has little relationship of the vehicle load. In addition, some improvements and measures were given to improve the carrying capacity of the support plate of the drive shaft for heavy-duty trucks.

support p late; load; heavy-du ty trucks; im p rovem ents and m easu res

U467.5

A

1671-7988(2014)06-37-03

陳創(chuàng)，就職于陜西重型汽車有限公司。