韋文儒

（方盛車橋（柳州）公司，廣西 柳州 545007）

80000 N·m靜扭試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)

韋文儒

（方盛車橋（柳州）公司，廣西 柳州 545007）

靜扭試驗(yàn)臺(tái)是軸類和驅(qū)動(dòng)橋總成考核靜態(tài)扭矩必不可少的設(shè)備。根據(jù)公司產(chǎn)品型譜要求，設(shè)計(jì)并制造了一臺(tái)靜扭試驗(yàn)臺(tái)，滿足產(chǎn)品考核指標(biāo)的需要。

靜扭；試驗(yàn)臺(tái)；設(shè)計(jì)

我公司從事汽車車橋的設(shè)計(jì)、制造和銷售，根據(jù)QC/T294-1999《汽車半軸技術(shù)條件》和QC/T533-1999《驅(qū)動(dòng)橋臺(tái)架試驗(yàn)方法》要求，驅(qū)動(dòng)橋總成的軸類部件和橋總成自身均須檢定靜態(tài)扭矩，要求測(cè)試件的靜態(tài)扭矩后備系數(shù)≥1.8.隨著產(chǎn)品開發(fā)種類增加以及主機(jī)廠強(qiáng)制性指標(biāo)要求，設(shè)計(jì)制造一臺(tái)靜扭試驗(yàn)臺(tái)，顯得十分必要。

1 試驗(yàn)臺(tái)參數(shù)設(shè)計(jì)

一般來(lái)說(shuō)，靜扭試驗(yàn)臺(tái)由電機(jī)、減速器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器（含扭矩儀）、聯(lián)軸器、支撐架、安裝平臺(tái)、控制系統(tǒng)（含工業(yè)計(jì)算機(jī)）組成，如圖1所示。

圖1 靜扭試驗(yàn)臺(tái)組成示意圖

設(shè)計(jì)試驗(yàn)臺(tái)的參數(shù)非常重要，試驗(yàn)臺(tái)的扭矩容量、扭矩及轉(zhuǎn)角精度在設(shè)計(jì)階段必須定下來(lái)，下面以某中橋輸入軸扭矩計(jì)算來(lái)核算試驗(yàn)臺(tái)的扭矩范圍。

1.1 試驗(yàn)臺(tái)扭矩容量計(jì)算

（1）按某車型配375hp發(fā)動(dòng)機(jī)、12JS160T變速箱、6×4雙后橋計(jì)算，發(fā)動(dòng)機(jī)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(shù)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(jì)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(shù)為29 376×1.8=52 876 N·m.

（3）目前驅(qū)動(dòng)橋最大輸出扭矩為43 000 N·m，乘以后備系數(shù)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(jí)減速器（含電機(jī)）可滿足公司內(nèi)產(chǎn)品最大靜態(tài)扭矩要求。其技術(shù)參數(shù)如下表1所示。

表1 減速器技術(shù)參數(shù)

1.2 扭矩、轉(zhuǎn)角傳感器及測(cè)控系統(tǒng)

測(cè)試臺(tái)要測(cè)試的結(jié)果是靜扭后備系數(shù)。根據(jù)QC/T533-1999《驅(qū)動(dòng)橋臺(tái)架試驗(yàn)方法》中第2.3，3.2，靜扭后備系數(shù)按如下公式計(jì)算：

式中，MP為設(shè)計(jì)扭矩；MK為破壞扭矩，是試驗(yàn)臺(tái)加扭量的最大值；KK為后備系數(shù)（或者安全系數(shù)）。

系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)扭矩最大值與額定的扭矩值相除，計(jì)算出后備安全系數(shù)。

角度計(jì)算公式：φ =T × P × 360°（0～ 720°）

式中，T為旋轉(zhuǎn)時(shí)間；P為轉(zhuǎn)速；φ為旋轉(zhuǎn)角度。

因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)扭矩與轉(zhuǎn)角實(shí)時(shí)顯示，即實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)角度累計(jì)、最大扭矩記錄、后備系數(shù)自動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)使用的電機(jī)為6級(jí)三相異步交流電機(jī)，其理論轉(zhuǎn)速為1 000 r/min，實(shí)際額定轉(zhuǎn)速為960～980 r/min.該轉(zhuǎn)速的變化量主要取決于工頻50 Hz.經(jīng)測(cè)試，我國(guó)工頻50 Hz的精度已達(dá)到±0.1%，誤差可以忽略不計(jì)。因此φ角測(cè)試可以直接采用減速器的輸出轉(zhuǎn)速。減速器傳動(dòng)部分采用聯(lián)軸器和齒輪，沒有傳動(dòng)誤差，這樣，測(cè)控系統(tǒng)可直接采用簡(jiǎn)單的計(jì)算實(shí)時(shí)記錄轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。

當(dāng)被測(cè)工件斷裂后，測(cè)控系統(tǒng)記憶其最大扭力值，這時(shí)減速器自動(dòng)停機(jī)。

經(jīng)市場(chǎng)調(diào)研，選擇一款測(cè)試范圍100 kN·m、轉(zhuǎn)角0°～720°的扭矩-轉(zhuǎn)角傳感器及測(cè)控系統(tǒng)。

綜上，靜扭試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所列。

表2 靜扭試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)參數(shù)

2 工作原理

測(cè)控系統(tǒng)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(jì)算機(jī)采集器以及打印機(jī)（見圖2）.當(dāng)加載系統(tǒng)對(duì)試件加載后，裝在試件尾部的扭力傳感器檢測(cè)出信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大、A/D轉(zhuǎn)換后，進(jìn)入計(jì)算機(jī)，電腦實(shí)時(shí)顯示扭矩、角度加載曲線，將計(jì)算機(jī)檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行記錄處理、保存、并打印出檢測(cè)結(jié)果。

圖2 靜扭試驗(yàn)臺(tái)示意圖

3 靜扭試驗(yàn)過(guò)程

根據(jù)QC/T294-1999《汽車半軸技術(shù)條件》和QC/T533-1999《驅(qū)動(dòng)橋臺(tái)架試驗(yàn)方法》要求，設(shè)計(jì)制造了靜扭試驗(yàn)臺(tái)，現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)述如下。

（1）校準(zhǔn)試驗(yàn)臺(tái)扭矩傳感器的讀數(shù)是否準(zhǔn)確。

如圖3為一個(gè)1 000 mm的標(biāo)定梁，一端裝在減速器的輸出端，一端裝上壓頭并與一個(gè)經(jīng)過(guò)檢定的壓力傳感器顯示表連接，顯示的扭矩值與測(cè)控系統(tǒng)的扭矩值之差在誤差范圍內(nèi)方可開展測(cè)試。

圖3 扭矩傳感器標(biāo)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(shí)，要求保證半軸等部件的軸線與扭力機(jī)軸線同軸，這樣試件不受附加彎矩和扭矩。

（3）開動(dòng)機(jī)器，緩慢連續(xù)旋轉(zhuǎn)加載至試件斷裂，同時(shí)記錄并繪制出半軸等樣件轉(zhuǎn)角隨扭矩變化的關(guān)系曲線。拍照記錄斷裂狀況，如圖5所示。

圖5 樣件扭斷狀態(tài)

（4）出檢測(cè)報(bào)告。報(bào)告樣式如圖6所示。由測(cè)試報(bào)告可看出，斷裂扭矩為31 039 N·m、斷裂時(shí)旋轉(zhuǎn)角度98.737°，該試件的設(shè)計(jì)扭矩15 000 N·m，那么靜扭后備系數(shù)K=31 039/15 000=2.069＞1.8，所以判定該試件靜扭強(qiáng)度合格。報(bào)告表現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角隨扭矩變化的關(guān)系曲線。

圖6 試驗(yàn)報(bào)告樣式

4 結(jié)束語(yǔ)

本試驗(yàn)臺(tái)滿足了測(cè)試軸類和驅(qū)動(dòng)橋總成靜扭強(qiáng)度的需要。作為車橋廠家，充分利用自己的技術(shù)力量而設(shè)計(jì)并制造出來(lái)的試驗(yàn)臺(tái)，除了減速機(jī)和扭矩轉(zhuǎn)角傳感器外購(gòu)，其余均利用廠內(nèi)資源加工制造及組裝。試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試的結(jié)果符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，既降低公司的設(shè)備采購(gòu)成本，也使公司的技術(shù)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(xué)士，高級(jí)工程師，主要從事汽車車橋產(chǎn)品研發(fā)、產(chǎn)品質(zhì)量分析測(cè)試。