驱动桥壳的受力试验分析

王俊翔，袁晓磊，杨斌

(长安大学，陕西西安 710064)

驱动桥壳的受力试验分析

王俊翔，袁晓磊，杨斌

(长安大学，陕西西安 710064)

对汽车驱动桥壳进行试验研究，通过对驱动桥壳重复加载所采集到的路面加速度谱，来测量驱动桥壳所受的应变，从而推断出驱动桥的危险点和其他一些特性，为优化汽车结构提供科学的理论依据。

驱动桥壳试验；加速度谱；应变

0 引言

在汽车的构造中，汽车的驱动桥是汽车的主要传力件和承载件，驱动桥壳是一个空心梁，与从动桥壳共同支承车架及其上的各总成重力。它的作用包括：一方面需要承载汽车的荷重，另一方面车轮上的作用力以及传递扭矩所产生的反作用力矩皆由驱动桥壳承担。因而驱动桥壳应满足如下要求：(1)驱动桥壳应具有足够的强度和使用寿命，质量尽可能小；(2)具有足够刚度，一般要求最大变形不超过1.5 mm/m轮距，以保证主减速器齿轮正常哨合和不使半轴承受附加弯曲应力；(3)保证足够的离地间隙；(4)结构工艺性好，成本低；(5)驱动桥壳又是主减速器、差速器及驱动车轮传动装置的外壳，因而驱动桥壳应具有足够强度和刚度，便于主减速器的拆装和调整，保证拆装、调整、保养、维修方便。根据上述要求，作者对驱动桥壳受力情况进行试验研究，对提高其工作可靠性具有非常重要的意义。

1 路面加速度谱

驱动桥壳路面激励谱的获取方法有多种，对于汽车车桥来说，由于轮胎、悬挂及减振系统的存在，作于在驱动桥壳上的路面激励谱有别于路面谱。在以往获取路面谱的方法中，通常采用在车后拖挂五轮仪来采集路面谱。但五轮仪上跳可能导致高频失真，且五轮仪安装不便，对于某些情况下安装非接触式测速仪，无法安装加速度传感器，可能无法应用。因此，可以采用在车桥上安装加速度传感器的方式进行测量。简化振动模型，忽略轮胎变形的影响，在车桥上直接安装加速度传感器，则传感器的输出反映了路面平度所引起的振动。此次试验，由于路面谱采集过程较为复杂，因此直接应用以前采集的路面谱。路面谱数据如图1所示。

2 试验设备及试验方案

2.1 试验设备

试验设备包括：DH3815静态应变试验机；SYNERGY动态数据采集系统；MTS液压伺服系统；汉江驱动桥壳；各种夹具、支座、导线。

2.2 研究对象

研究对象为汉江微型车驱动桥壳，轴距1 145 mm,车质量1 000 kg，簧下质量40.5 kg，轮胎刚度系数192 kN/m，悬架阻尼系数1.5 kN·s/m,轮胎阻尼系数1.5 kN·s/m,驱动桥壳材料属性见表1。

表1 驱动桥壳材料属性

2.3 贴应变片

给驱动桥上贴应变片，共48个，贴片方式如下，由于参考文献可知应变最大点通常在最上和最下，组桥方式选用半桥双臂，半桥双臂精度较高。贴片方式和组桥方式大致如图2所示。根据GC/T 533-1999汽车驱动桥台架试验方法可知至少选7点，如图2，此次共有48个应变片，因此在驱动桥的上部和下部各选9个点，贴36个应变片，组成半桥双臂，驱动桥中部由于应变不大，在两侧共选10个点，共用两个补偿片，组成半桥双臂。

2.4 具体试验过程

(1)清洁。清理驱动桥壳，刮掉油漆，为使应变片能与被测试件粘牢，对测点表面要进行清洁处理。首先把测点表面用砂纸打磨，使测点平整、光洁，然后用棉花蘸酒精擦洗表面，到棉花不黑为止。

(2)贴片。在测点位置和应变片的底面上，涂上一层502胶水，一手捏住应变片引出线，在应变片上面盖一层聚乙烯塑料膜作为隔层，用手指在应变片的长度方向进行滚压，挤出片下多余的气泡和胶水，直到应变片与被测物紧密粘合为止。手指保持不动按压一段时间后放开，注意按压时不要使应变片移动，注意胶水不要用得过多或过少，过多则胶层太厚影响应变片性能，过少则粘接不牢不能准确传递应变。

(3)接线贴端子。由于应变片的两条接线很细，所以要使用“端子”连接导线，避免测量时拉断应变片的连线，此处一定要注意涂足够的胶水，试验时由于胶水量太少，某些片受力过大，导致应变片损坏。剪出48根导线，每段2 m，随后将端子和应变片接线及导线焊接起来，然后进行组桥。由于轮胎气压不足，作者将另外一辆车上的轮胎换了下来，装到此车桥上。为模拟车桥受力，作者将一个工字梁加在车桥上来模拟车桥受力情况，由于试验台高度限制，在两轮胎下添加支架，来使车桥保持某一高度。

(4)这些准备工作做好以后，开始准备加载载荷，在此之前要将MTS试验机预热，并且要平衡DH3815静态数据采集仪，使每一通道都处于平衡状态，然后开始加载方案载荷并记录数据。静态试验做完后，开始进行动态试验，同静态试验一样，也要先进行连线，将导线与桥盒相连接，组成惠斯通电桥，然后再将桥盒与synergy数据采集仪相连。加载路面动载，记录数据。

试验流程如图3所示。

3 试验结果

表2 静态测点试验数据(应变平均值)

作者将采集到的动态数据用MATLAB进行处理，上侧和下侧的数据见图4。

图4(a)中的红色曲线代表应变最大的部位，即右侧板簧座外侧附近；蓝色曲线代表左侧板簧座外侧所受应变，两侧响应不同，可能是由于该驱动桥两侧受力情形不一致；绿色曲线代表左右板簧座内侧应变响应，通过对比可以看出板簧座外侧应变大于内侧应变。图4(b)显示驱动桥下侧的数据，黑色曲线代表右侧驱动桥外侧应变，黄色曲线代表左侧板簧座外侧应变，橘黄色以及绿色曲线代表左右两侧板簧座内侧应变，同样可以看出板簧座外侧应变大于内侧应变。通过比较两幅图，可以看出应变最小的部位在变速器外壳处，应变最大的部位在板簧座外侧，而且桥壳上侧的应变大于下侧应变。上侧应变场和下侧应变场分别如图5、图6所示。对于图5，B1到B9对应驱动桥上侧从左到右9个点采集到的数据，即图上右下1～9的9条线。

对于图6，A1到A9对应驱动桥右侧从左到右9个点采集到的数据，即图上左下1～9的9条线。将每条线之间的应变值连起来，可以模拟出整个桥壳随时间的应变场，并找出应变最大的部位。由这两幅图可以看出：每个采集点的瞬态响应情况相似，只是应变幅值大小有区别，可以推出该驱动桥一致性较好，刚度、质量分布均匀。

4 结束语

驱动桥是汽车的主要传力部件，因此十分重要，文中通过对汽车驱动桥加载路面加速度谱来对其进行试验，从而得出了该驱动桥各部位的应变，找出了危险点，并得出其他一些特性。

通过此次试验可以得到以下几个结论：

(1)对驱动桥壳进行实验分析，根据第四强度理论，得出驱动桥壳在该路面上满足强度要求，该驱动桥一致性较好，刚度、质量分布均匀。

(2)应变最大值发生在弹簧座内侧，可能由于胎压或其他一些因素的影响，导致两边受力不均匀，此次试验应变峰值发生在右侧弹簧座内侧。

(3)经过MATLAB分析，可以知道在该路面下，动态应力峰值与静态应力之比大约为1.54，则在这种路面上，驱动桥壳的强度远远超过要求，可以对驱动桥进行优化。

【1】 余志生.汽车理论[M].4 版.北京:机械工业出版社,2006.

【2】 高伟,宋萌.汽车驱动桥壳静动态有限元分析[J].农业装备与车辆工程，2011(9)：42-46.

【3】 楼益强,赵文礼,孟庆华.动态载荷下的汽车驱动桥壳有限元分析[J].机电工程，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，硕士研究生，专业方向为车辆工程。E-mail：540268993@qq.com。