80000 N·m靜扭試驗臺設計

韋文儒

（方盛車橋（柳州）公司，廣西 柳州 545007）

80000 N·m靜扭試驗臺設計

韋文儒

（方盛車橋（柳州）公司，廣西 柳州 545007）

靜扭試驗臺是軸類和驅動橋總成考核靜態扭矩必不可少的設備。根據公司產品型譜要求，設計并制造了一臺靜扭試驗臺，滿足產品考核指標的需要。

靜扭；試驗臺；設計

我公司從事汽車車橋的設計、制造和銷售，根據QC/T294-1999《汽車半軸技術條件》和QC/T533-1999《驅動橋臺架試驗方法》要求，驅動橋總成的軸類部件和橋總成自身均須檢定靜態扭矩，要求測試件的靜態扭矩后備系數≥1.8.隨著產品開發種類增加以及主機廠強制性指標要求，設計制造一臺靜扭試驗臺，顯得十分必要。

1 試驗臺參數設計

一般來說，靜扭試驗臺由電機、減速器、轉矩轉速傳感器（含扭矩儀）、聯軸器、支撐架、安裝平臺、控制系統（含工業計算機）組成，如圖1所示。

圖1 靜扭試驗臺組成示意圖

設計試驗臺的參數非常重要，試驗臺的扭矩容量、扭矩及轉角精度在設計階段必須定下來，下面以某中橋輸入軸扭矩計算來核算試驗臺的扭矩范圍。

1.1 試驗臺扭矩容量計算

（1）按某車型配375hp發動機、12JS160T變速箱、6×4雙后橋計算，發動機最大扭矩1 630 N·m、變速箱一檔速比12.1，則傳到中橋輸入軸最大扭矩為1 630×12.1=19 723 N·m；乘以1.8后備系數19 723×1.8=35501.4 N·m；

（2）按某車型配440hp、12JS180T變速箱、6× 4雙后橋計算，傳到中橋輸入軸最大扭矩為1 920×15.3=29 376 N·m；乘以1.8后備系數為29 376×1.8=52 876 N·m.

（3）目前驅動橋最大輸出扭矩為43 000 N·m，乘以后備系數1.8，則橋總成的靜扭矩為40 000×1.8=77 400 N·m.

采用一款行星輪式5級減速器（含電機）可滿足公司內產品最大靜態扭矩要求。其技術參數如下表1所示。

表1 減速器技術參數

1.2 扭矩、轉角傳感器及測控系統

測試臺要測試的結果是靜扭后備系數。根據QC/T533-1999《驅動橋臺架試驗方法》中第2.3，3.2，靜扭后備系數按如下公式計算：

式中，MP為設計扭矩；MK為破壞扭矩，是試驗臺加扭量的最大值；KK為后備系數（或者安全系數）。

系統自動根據扭矩最大值與額定的扭矩值相除，計算出后備安全系數。

角度計算公式：φ =T × P × 360°（0～ 720°）

式中，T為旋轉時間；P為轉速；φ為旋轉角度。

因為要實現扭矩與轉角實時顯示，即實現轉動角度累計、最大扭矩記錄、后備系數自動試驗臺使用的電機為6級三相異步交流電機，其理論轉速為1 000 r/min，實際額定轉速為960～980 r/min.該轉速的變化量主要取決于工頻50 Hz.經測試，我國工頻50 Hz的精度已達到±0.1%，誤差可以忽略不計。因此φ角測試可以直接采用減速器的輸出轉速。減速器傳動部分采用聯軸器和齒輪，沒有傳動誤差，這樣，測控系統可直接采用簡單的計算實時記錄轉動的角度。

當被測工件斷裂后，測控系統記憶其最大扭力值，這時減速器自動停機。

經市場調研，選擇一款測試范圍100 kN·m、轉角0°～720°的扭矩-轉角傳感器及測控系統。

綜上，靜扭試驗臺設計參數如表2所列。

表2 靜扭試驗臺設計參數

2 工作原理

測控系統包含硬件：扭矩傳感器1只、傳感器電源放大儀（與液壓、液壓控制放大器兼容）、計算機采集器以及打印機（見圖2）.當加載系統對試件加載后，裝在試件尾部的扭力傳感器檢測出信號，經過放大、A/D轉換后，進入計算機，電腦實時顯示扭矩、角度加載曲線，將計算機檢測的信號進行記錄處理、保存、并打印出檢測結果。

圖2 靜扭試驗臺示意圖

3 靜扭試驗過程

根據QC/T294-1999《汽車半軸技術條件》和QC/T533-1999《驅動橋臺架試驗方法》要求，設計制造了靜扭試驗臺，現對試驗過程簡述如下。

（1）校準試驗臺扭矩傳感器的讀數是否準確。

如圖3為一個1 000 mm的標定梁，一端裝在減速器的輸出端，一端裝上壓頭并與一個經過檢定的壓力傳感器顯示表連接，顯示的扭矩值與測控系統的扭矩值之差在誤差范圍內方可開展測試。

圖3 扭矩傳感器標定示意圖

（2）將半軸等試樣的一端與減速器輸出端相連接，另一端與固定架相連，如圖4所示。

圖4 樣件安裝示意圖

安裝時，要求保證半軸等部件的軸線與扭力機軸線同軸，這樣試件不受附加彎矩和扭矩。

（3）開動機器，緩慢連續旋轉加載至試件斷裂，同時記錄并繪制出半軸等樣件轉角隨扭矩變化的關系曲線。拍照記錄斷裂狀況，如圖5所示。

圖5 樣件扭斷狀態

（4）出檢測報告。報告樣式如圖6所示。由測試報告可看出，斷裂扭矩為31 039 N·m、斷裂時旋轉角度98.737°，該試件的設計扭矩15 000 N·m，那么靜扭后備系數K=31 039/15 000=2.069＞1.8，所以判定該試件靜扭強度合格。報告表現了旋轉轉角隨扭矩變化的關系曲線。

圖6 試驗報告樣式

4 結束語

本試驗臺滿足了測試軸類和驅動橋總成靜扭強度的需要。作為車橋廠家，充分利用自己的技術力量而設計并制造出來的試驗臺，除了減速機和扭矩轉角傳感器外購，其余均利用廠內資源加工制造及組裝。試驗臺測試的結果符合行業標準要求，既降低公司的設備采購成本，也使公司的技術力量得到了一次鍛煉。

Design of 80000N·m Static Torque Test Stand

WEI Wen-ru
（Fangsheng Axle（Liuzhou）Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China）

The static torque test stand is an indispensable equipment for testing static torque of axle and drive axle assembly.According to the product spectrum requirements of the company，a static torsion test stand is designed and manufactured to meet the requirements of product evaluation index.

static torque；test stand；design

U467.52

A

1672-545X（2017）09-0011-03

2017-06-08

韋文儒（1966-），男，壯族，廣西巴馬人，本科，工學士，高級工程師，主要從事汽車車橋產品研發、產品質量分析測試。