80000 N·m静扭试验台设计

韦文儒

（方盛车桥（柳州）公司，广西 柳州 545007）

80000 N·m静扭试验台设计

韦文儒

（方盛车桥（柳州）公司，广西 柳州 545007）

静扭试验台是轴类和驱动桥总成考核静态扭矩必不可少的设备。根据公司产品型谱要求，设计并制造了一台静扭试验台，满足产品考核指标的需要。

静扭；试验台；设计

我公司从事汽车车桥的设计、制造和销售，根据QC/T294-1999《汽车半轴技术条件》和QC/T533-1999《驱动桥台架试验方法》要求，驱动桥总成的轴类部件和桥总成自身均须检定静态扭矩，要求测试件的静态扭矩后备系数≥1.8.随着产品开发种类增加以及主机厂强制性指标要求，设计制造一台静扭试验台，显得十分必要。

1 试验台参数设计

一般来说，静扭试验台由电机、减速器、转矩转速传感器（含扭矩仪）、联轴器、支撑架、安装平台、控制系统（含工业计算机）组成，如图1所示。

图1 静扭试验台组成示意图

设计试验台的参数非常重要，试验台的扭矩容量、扭矩及转角精度在设计阶段必须定下来，下面以某中桥输入轴扭矩计算来核算试验台的扭矩范围。

1.1 试验台扭矩容量计算

（1）按某车型配375hp发动机、12JS160T变速箱、6×4双后桥计算，发动机最大扭矩1 630 N·m、变速箱一档速比12.1，则传到中桥输入轴最大扭矩为1 630×12.1=19 723 N·m；乘以1.8后备系数19 723×1.8=35501.4 N·m；

（2）按某车型配440hp、12JS180T变速箱、6× 4双后桥计算，传到中桥输入轴最大扭矩为1 920×15.3=29 376 N·m；乘以1.8后备系数为29 376×1.8=52 876 N·m.

（3）目前驱动桥最大输出扭矩为43 000 N·m，乘以后备系数1.8，则桥总成的静扭矩为40 000×1.8=77 400 N·m.

采用一款行星轮式5级减速器（含电机）可满足公司内产品最大静态扭矩要求。其技术参数如下表1所示。

表1 减速器技术参数

1.2 扭矩、转角传感器及测控系统

测试台要测试的结果是静扭后备系数。根据QC/T533-1999《驱动桥台架试验方法》中第2.3，3.2，静扭后备系数按如下公式计算：

式中，MP为设计扭矩；MK为破坏扭矩，是试验台加扭量的最大值；KK为后备系数（或者安全系数）。

系统自动根据扭矩最大值与额定的扭矩值相除，计算出后备安全系数。

角度计算公式：φ =T × P × 360°（0～ 720°）

式中，T为旋转时间；P为转速；φ为旋转角度。

因为要实现扭矩与转角实时显示，即实现转动角度累计、最大扭矩记录、后备系数自动试验台使用的电机为6级三相异步交流电机，其理论转速为1 000 r/min，实际额定转速为960～980 r/min.该转速的变化量主要取决于工频50 Hz.经测试，我国工频50 Hz的精度已达到±0.1%，误差可以忽略不计。因此φ角测试可以直接采用减速器的输出转速。减速器传动部分采用联轴器和齿轮，没有传动误差，这样，测控系统可直接采用简单的计算实时记录转动的角度。

当被测工件断裂后，测控系统记忆其最大扭力值，这时减速器自动停机。

经市场调研，选择一款测试范围100 kN·m、转角0°～720°的扭矩-转角传感器及测控系统。

综上，静扭试验台设计参数如表2所列。

表2 静扭试验台设计参数

2 工作原理

测控系统包含硬件：扭矩传感器1只、传感器电源放大仪（与液压、液压控制放大器兼容）、计算机采集器以及打印机（见图2）.当加载系统对试件加载后，装在试件尾部的扭力传感器检测出信号，经过放大、A/D转换后，进入计算机，电脑实时显示扭矩、角度加载曲线，将计算机检测的信号进行记录处理、保存、并打印出检测结果。

图2 静扭试验台示意图

3 静扭试验过程

根据QC/T294-1999《汽车半轴技术条件》和QC/T533-1999《驱动桥台架试验方法》要求，设计制造了静扭试验台，现对试验过程简述如下。

（1）校准试验台扭矩传感器的读数是否准确。

如图3为一个1 000 mm的标定梁，一端装在减速器的输出端，一端装上压头并与一个经过检定的压力传感器显示表连接，显示的扭矩值与测控系统的扭矩值之差在误差范围内方可开展测试。

图3 扭矩传感器标定示意图

（2）将半轴等试样的一端与减速器输出端相连接，另一端与固定架相连，如图4所示。

图4 样件安装示意图

安装时，要求保证半轴等部件的轴线与扭力机轴线同轴，这样试件不受附加弯矩和扭矩。

（3）开动机器，缓慢连续旋转加载至试件断裂，同时记录并绘制出半轴等样件转角随扭矩变化的关系曲线。拍照记录断裂状况，如图5所示。

图5 样件扭断状态

（4）出检测报告。报告样式如图6所示。由测试报告可看出，断裂扭矩为31 039 N·m、断裂时旋转角度98.737°，该试件的设计扭矩15 000 N·m，那么静扭后备系数K=31 039/15 000=2.069＞1.8，所以判定该试件静扭强度合格。报告表现了旋转转角随扭矩变化的关系曲线。

图6 试验报告样式

4 结束语

本试验台满足了测试轴类和驱动桥总成静扭强度的需要。作为车桥厂家，充分利用自己的技术力量而设计并制造出来的试验台，除了减速机和扭矩转角传感器外购，其余均利用厂内资源加工制造及组装。试验台测试的结果符合行业标准要求，既降低公司的设备采购成本，也使公司的技术力量得到了一次锻炼。

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

韦文儒（1966-），男，壮族，广西巴马人，本科，工学士，高级工程师，主要从事汽车车桥产品研发、产品质量分析测试。