檢測驅動橋輪邊鎖死半軸承扭的方法

何其猛　楊志日

摘要：當汽車一個驅動輪打滑時，差速器與半軸鎖緊成一體，使差速器失去了差速作用，發動機輸出的轉矩全部轉移到另一側驅動輪上。現模擬整車單側車輪陷住，左右半軸粘貼應變片，鎖止差速器總成脫困的工況下，一側輪邊鎖死，另一側輪邊自由狀態，在驅動后橋主減速器凸緣處，輸入一定設計的轉矩，通過臺架試驗和應變測試系統，能準確知道左右半軸受到轉矩的大小。

關鍵詞：驅動橋；半軸；鎖止差速器；應變片

驅動橋主要由減速器、差速器、半軸和橋殼等組成。減速器的作用是減速和增加轉矩；差速器的作用是將動力傳遞給兩側半軸，同時允許兩側半軸以不同的速度轉動，使兩側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。比如汽車轉彎時，車輪的軌跡是一條弧線。如果汽車向左轉，弧線的中心在左側。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驅動輪打滑，差速器殼和半軸鎖緊成一體，使差速器失去差速作用，可以把所有的轉矩轉移到另一側的驅動輪上。鎖止差速器很好地解決了汽車在一側車輪打滑時出現動力傳輸的問題。

測試背景

在驗證某款越野車后驅動橋最大轉矩后備系數試驗中，工裝鎖住左后輪，利用鎖止差速器脫困的工況，發動機轉速加到1500～1800r/min時，左后半軸斷裂，此時輸入后驅動橋的轉矩為2249N·m。理論分析：驅動橋速比為4.1，若轉矩全部分配給左半軸，此時左后半軸轉矩2249N·m×4.1=9221N·m。

理論計算分析

根據汽車行業標準《汽車半軸技術條件和臺架試驗方法（QC/T293—2019）》，計算出半軸額定轉矩。某款越野整車的后驅動橋為半浮式結構，按汽車動力源最大轉矩計算和按最大附著力計算，取兩者計算結果的較小值為半軸額定轉矩。整車參數見表1。

1.半軸粘貼應變片

應變片是由敏感柵等構成用于測量應變的元件，使用時將其牢固地粘貼在構件的測點上，構件受力后由于測點發生應變，敏感柵也隨之變形而使其電阻發生變化，再由專用儀器測得其電阻變化大小，并轉換為測點的應變值。

左右半軸粘貼應變片要求較高，首先檢查應變片柵線有無斷絲，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.半軸轉矩標定

該標定的主要作用是確定測量系統的輸入-輸出關系，賦予測量系統分度值。在微機控制扭轉試驗臺上，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。微機控制扭轉試驗臺加載轉矩，采集得到對應應變值，見表2。通過擬合得到應變—轉矩關系，X為應變（uE），Y為轉矩，如圖3所示。

3.臺架檢測

為了方便應變片線束連接，驅動橋殼上開幾個窗口，開窗口不影響測試結果。利用設備工裝，鎖住驅動橋的右輪邊，即鎖住右半軸。驅動橋的左輪邊自由狀態，即左半軸自由，再鎖死差速器。通過微機控制扭轉試驗臺設備對驅動橋的主減凸緣處，施加輸入轉矩1000N·m，通過兩個應變片采集左右半軸應變數據（見圖4）。

4.檢測結果

當驅動橋的主減凸緣處輸入轉矩為1000N·m時，通過標定得到的應變函數，測得左右半軸應變數據結果，左半軸應變轉矩大小為131.2N·m，右半軸應變轉矩大小為4186N·m。如圖6所示，X軸為加載時間（s），Y為應變轉矩（N·m）。按理論計算，當主減凸緣處輸入轉矩為1000N·m時，驅動橋速比為4.1，即轉矩放大系數4.1。當鎖死右輪邊和差速器，那么理論上輸出轉矩全部在右半軸，計算1000×4.1=4100 N·m。右半軸的測得轉矩4186N·m與理論計算轉矩4100 N·m基本接近，左半軸測得轉矩131.2N·m為驅動橋內部機械阻力產生。

結語

通過臺架試驗和應變測試系統，能準確知道左右半軸受到轉矩的大小。并且得知，汽車在一側車輪打滑時，鎖止差速器能把所有的轉矩轉移到另一側的驅動輪上，保證汽車安全可靠行駛。