重卡傳動軸支撐角板載荷譜研究

陳 創

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

重卡傳動軸支撐角板載荷譜研究

陳 創

（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軸支撐角板的承載能力，基于傳動軸支撐角板載荷試驗，對不同載荷、不同路面條件下的傳動軸支撐角板各向受力情況進行了研究分析。結果表明，傳動軸支撐角板各向受力與路面類型、車速等有關，與車輛載荷關系不大。此外，文章還提出了提升支撐角板承載能力的相關改進意見和措施。

支撐角板；載荷；重卡車輛；改進措施

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

前言

多支點傳動軸目前廣泛應用于重型卡車、船舶等動力傳輸距離較長的傳動系統中[1-2]。受制造工藝、材料等多方面條件的限制，傳動軸不能做到完全的動平衡[3]。傳動軸在高速轉動時，會產生橫向彎曲振動、縱向振動和扭轉振動，工作條件復雜多變[4-5]。傳動軸支撐角板固定于車架上，起支撐和固定傳動軸的作用，同時還承受著傳動軸傳遞來的力、力矩和振動，失效事故常有發生。然而，目前的研究主要集中于對傳動軸受振強度的研究上，對其支撐角板的受振強度研究則相對較少。因此，進行傳動軸支撐角板載荷研究，具有重要的意義。

本文通過對某重卡品牌車型傳動軸前、后支撐角板進行道路載荷譜試驗，測量其在不同工況下的各向載荷譜，分析其受力強度，為后續的CAE相關研究提供輸入。

1、標定

標定，是指將被測結構件通過應變片改造成一個傳感器，建立力和應變的關系。針對本次試驗內容，需對傳動軸角板的X、Y、Z三個方向進行標定，其坐標系選擇與車輛坐標系相同，即當車輛在水平路面上處于靜止狀態，X軸平行于地面指向前方，Y軸指向駕駛員前進方向左側, Z軸通過汽車質心指向上方。

1.1 各向標定

本次研究采用電阻應變片和應變儀分別測定傳動軸長支撐角板和短支撐角板的表面應變，然后通過測得的應變片應變與應力的關系式，確定構件表面的應力狀態。

由于X向和Z向的載荷對筋板產生的作用都是拉伸和壓縮，所以這兩個方向無法避免耦合，只能通過靈敏度系數矩陣的方法進行解耦，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，四個應變片組成全橋形式。當Z和X向加載時，4個應變片同時受拉，同時受壓，橋路輸出為零，說明此種橋路形式只對Y向載荷有反應，避免了X和Z向耦合。

1.2 標定結果

基于試驗采集數據，得到長、短支撐角板各向標定結果如表1所示。

表1 傳動軸長、短支撐角板各向標定結果

2、試驗

本次試驗的內容主要是測試在不同載荷及不同車速（傳動軸不同轉速）條件下，傳動軸偏心作用和路面激勵對傳動軸支撐角板的影響程度，分析和確定傳動軸支撐角板開裂的原因。試驗內容主要包括綜合路載荷試驗和平路緊急制動載荷試驗。

2.1 試驗要求

(1)樣車：采用某品牌四軸重卡車型，其發動機型號為WP12NG380E40，發動機額定功率為280KW，整車整備質量為15050kg。該試驗樣車的技術狀況滿足整車道路試驗的條件要求。

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

(3)車速：本次試驗中不同試驗路面條件下的車速分配見表3。

(4)自然環境：本次試驗在晴天條件下進行，試驗時溫度在20℃左右，風速小于5m/s。2.2 試驗結果

表2 試驗樣車各軸軸荷分配

表3 車速分配表(km/h)

根據試驗項目，采集到的試驗結果如下：

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、結果分析

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

（2）無論長支撐角板或者是短支撐角板，在綜合路面行駛時，在比利時路所受的各向載荷普遍大于其余路面。其中，尤以垂向為甚；

（3）無論長、短支撐角板，車輛載荷狀態對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（即傳動軸轉速）有關，傳動軸轉速越高，受力越大。此外，當短支撐角板橫向載荷在車速40km/h時突然增大，這是由于在此車速下傳動軸的轉速與短支撐角板橫向固有頻率發生共振。

4、改進意見

（1）由試驗結果可知，長支撐角板的垂向載荷要遠大于橫向載荷和縱向載荷，結合長支撐角板的自身結構和制造工藝，適當增加支撐角板的鋼板厚度，增加垂向橫截面積，從而達到減小單位面積垂向應力的目的。

（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，增大傳動軸輸出的阻尼比，進而達到減小或消除傳動軸振動的突變性，從而有效減小傳動軸、傳動軸支撐和傳動軸支撐角板的振動，降低傳動軸傳給支撐角板的載荷。

（3）可適當調整傳動軸的輸入軸與輸出軸的當量夾角，減小萬向節的不等速性，從而減小振動源的振動輸入。

5、結論

本文針對我國重卡車型傳動軸支撐角板斷裂事故時有發生的現狀，進行了相關試驗對其原因進行分析探究，對長、短傳動軸支撐角板在不同載荷、不同路面上的各向載荷情況進行了分析研究，結果表明長支撐角板的垂向載荷相對較大、縱向載荷相對較小，且支撐角板的各向受力與車速正相關。基于以上研究結論，文中還提出了提升傳動軸支撐角板承載能力的相應改進意見。

[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. 多支點傳動軸動力學研究[D].南京:南京航天航空大學, 2006.

[3] 何兵.汽車雙聯傳動軸動平衡測試系統研究[D].重慶:重慶大學,2005.

[4] 姜濤,劉高遠,張衛方.某傳動裝置主傳動軸斷裂原因分析[J].機械強度,2004,26(s):142-145.

[5] 李明喜.考慮振動的傳動軸模糊可靠性優化設計[J].黃石高等專科學校學報,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，就職于陜西重型汽車有限公司。