重卡传动轴支撑角板载荷谱研究

陈 创

（陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，陕西 西安 710200）

重卡传动轴支撑角板载荷谱研究

陈 创

（陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，陕西 西安 710200）

为了提升重卡车型传动轴支撑角板的承载能力，基于传动轴支撑角板载荷试验，对不同载荷、不同路面条件下的传动轴支撑角板各向受力情况进行了研究分析。结果表明，传动轴支撑角板各向受力与路面类型、车速等有关，与车辆载荷关系不大。此外，文章还提出了提升支撑角板承载能力的相关改进意见和措施。

支撑角板；载荷；重卡车辆；改进措施

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

前言

多支点传动轴目前广泛应用于重型卡车、船舶等动力传输距离较长的传动系统中[1-2]。受制造工艺、材料等多方面条件的限制，传动轴不能做到完全的动平衡[3]。传动轴在高速转动时，会产生横向弯曲振动、纵向振动和扭转振动，工作条件复杂多变[4-5]。传动轴支撑角板固定于车架上，起支撑和固定传动轴的作用，同时还承受着传动轴传递来的力、力矩和振动，失效事故常有发生。然而，目前的研究主要集中于对传动轴受振强度的研究上，对其支撑角板的受振强度研究则相对较少。因此，进行传动轴支撑角板载荷研究，具有重要的意义。

本文通过对某重卡品牌车型传动轴前、后支撑角板进行道路载荷谱试验，测量其在不同工况下的各向载荷谱，分析其受力强度，为后续的CAE相关研究提供输入。

1、标定

标定，是指将被测结构件通过应变片改造成一个传感器，建立力和应变的关系。针对本次试验内容，需对传动轴角板的X、Y、Z三个方向进行标定，其坐标系选择与车辆坐标系相同，即当车辆在水平路面上处于静止状态，X轴平行于地面指向前方，Y轴指向驾驶员前进方向左侧, Z轴通过汽车质心指向上方。

1.1 各向标定

本次研究采用电阻应变片和应变仪分别测定传动轴长支撑角板和短支撑角板的表面应变，然后通过测得的应变片应变与应力的关系式，确定构件表面的应力状态。

由于X向和Z向的载荷对筋板产生的作用都是拉伸和压缩，所以这两个方向无法避免耦合，只能通过灵敏度系数矩阵的方法进行解耦，分解出X和Z向的载荷，其贴片方案如图1(a)所示；Y向贴片方案如图a(b)所示，四个应变片组成全桥形式。当Z和X向加载时，4个应变片同时受拉，同时受压，桥路输出为零，说明此种桥路形式只对Y向载荷有反应，避免了X和Z向耦合。

1.2 标定结果

基于试验采集数据，得到长、短支撑角板各向标定结果如表1所示。

表1 传动轴长、短支撑角板各向标定结果

2、试验

本次试验的内容主要是测试在不同载荷及不同车速（传动轴不同转速）条件下，传动轴偏心作用和路面激励对传动轴支撑角板的影响程度，分析和确定传动轴支撑角板开裂的原因。试验内容主要包括综合路载荷试验和平路紧急制动载荷试验。

2.1 试验要求

(1)样车：采用某品牌四轴重卡车型，其发动机型号为WP12NG380E40，发动机额定功率为280KW，整车整备质量为15050kg。该试验样车的技术状况满足整车道路试验的条件要求。

(2)配载：本次试验中配载物为干燥细沙，在空载和满载条件下的各轴轴荷分布见表2。

(3)车速：本次试验中不同试验路面条件下的车速分配见表3。

(4)自然环境：本次试验在晴天条件下进行，试验时温度在20℃左右，风速小于5m/s。2.2 试验结果

表2 试验样车各轴轴荷分配

表3 车速分配表(km/h)

根据试验项目，采集到的试验结果如下：

表4 综合路支撑角板各向最大载荷(kN)

表5 平路行驶不同车速支撑角板的载荷(kN)

3、结果分析

（1）在综合路面行驶时，长支撑角板的垂向载荷要远大于横向载荷和纵向载荷，而短支撑角板各项载荷差距则不是很明显；

（2）无论长支撑角板或者是短支撑角板，在综合路面行驶时，在比利时路所受的各向载荷普遍大于其余路面。其中，尤以垂向为甚；

（3）无论长、短支撑角板，车辆载荷状态对支撑角板各向受力的影响不大；

（4）支撑角板纵向受载很小，即使是在紧急制动情况下，其最大值也仅为0.4kN。

（5）支撑角板的受力与车速（即传动轴转速）有关，传动轴转速越高，受力越大。此外，当短支撑角板横向载荷在车速40km/h时突然增大，这是由于在此车速下传动轴的转速与短支撑角板横向固有频率发生共振。

4、改进意见

（1）由试验结果可知，长支撑角板的垂向载荷要远大于横向载荷和纵向载荷，结合长支撑角板的自身结构和制造工艺，适当增加支撑角板的钢板厚度，增加垂向横截面积，从而达到减小单位面积垂向应力的目的。

（2）选用阻尼比较大的弹性橡胶衬垫，安装于支撑角板和U型支撑板连接处，增大传动轴输出的阻尼比，进而达到减小或消除传动轴振动的突变性，从而有效减小传动轴、传动轴支撑和传动轴支撑角板的振动，降低传动轴传给支撑角板的载荷。

（3）可适当调整传动轴的输入轴与输出轴的当量夹角，减小万向节的不等速性，从而减小振动源的振动输入。

5、结论

本文针对我国重卡车型传动轴支撑角板断裂事故时有发生的现状，进行了相关试验对其原因进行分析探究，对长、短传动轴支撑角板在不同载荷、不同路面上的各向载荷情况进行了分析研究，结果表明长支撑角板的垂向载荷相对较大、纵向载荷相对较小，且支撑角板的各向受力与车速正相关。基于以上研究结论，文中还提出了提升传动轴支撑角板承载能力的相应改进意见。

[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] 许兆棠. 多支点传动轴动力学研究[D].南京:南京航天航空大学, 2006.

[3] 何兵.汽车双联传动轴动平衡测试系统研究[D].重庆:重庆大学,2005.

[4] 姜涛,刘高远,张卫方.某传动装置主传动轴断裂原因分析[J].机械强度,2004,26(s):142-145.

[5] 李明喜.考虑振动的传动轴模糊可靠性优化设计[J].黄石高等专科学校学报,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

陈创，就职于陕西重型汽车有限公司。