（机械制造及其自动化专业论文）驱动桥的疲劳试验技术与试验系统软件开发.pdf

浙江人学坝j 论义 本 的分析， 摘要 论文对驱动桥的疲劳试验技术的研究与试验系统软件的 同时疽芥；吾了堑不讦孬霸百酥0 系统和机械系统的构成 丌发进行了深入 为软件工作和疲 劳检测的展开打下了基础。 论文共分为七章，各章内容如下： 第一章为绪论，介绍了本论文的背景、汽车检测技术的国内外发展现状、 汽车试验台的发展现状、本人在课题组中的任务以及h c q 一3 0 驱动桥试验台功 能、本论文的工作。 第二章介绍了塑至墅动插圭越速置的基本结构及其常见疲劳失效形式与原 因、用弹流润滑基本理论对主减速器疲劳失效进行研究分析、驱动桥疲劳失效试 验技术和软件的实现。 第三章h c q 一3 o 试验台的设计包括：h c q 一3 0 滚筒试验台检测的性能参数 及其软件实现、h c q 一3 0 试验台的总体设计和对软件的要求、机械系统结构和软 件控制。 第四章论述了计算机控制系统基本原理和软件的任务，提出了h c q 一3 0 自 动轴荷加载系统的软件实现方法。 第五章阐述了试验系统的软件设计、系统软件的核心技术及其实现、系统 软件的主要模块介绍。 第六章举例说明了估计母体中值的最少试件个数判据在h c q 一3 0 疲劳失效 试验中成组试验法的实际应用、h c q 一3 o 制动性能试验的模拟实现，并显示其参 数和曲线、h c q 一3 0 控制系统软件部分界面。 第七章对本人工作的总结和展望。 浙江人学坝i 论义 a b s t r a c t t h ed i s s e r t a t i o nm a i n l yi n t r o d u c e st h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tw o r k o ft h eh c q 一3 0t e s t i n gs y s t e mf o ra u t o m o b i l e sr e a r a x l e s o m er e s e a r c h w o r ki sd o n eo nf a t i g u et e s t i n gb a s e do nt h et h e o r yo ff a t i g u ee x p e r i m e n t s a n da n a l y s i so fr e s u l t s a 1 s ot h ed is s e r t a t i o na n a l y z e dh o wt h es y s t e m i sd e s i g n e df r o mt h ea s p e c t so fh a r d w a r ea n ds o f t w a r e i n t r o d u c e dt h e r e a l i z a t i o no ft h et e s t i n gs y s t e ma n dv a t i o u sm o d u l eo fi t t h ed i s s e r t a t i o ni sd i v i d e di n t os e v e np a r t s ，a n dt h em a i nc o n t e n t o fe v e r yp a r ti s p r e s e n t e da sf o l l o w ： i nc h a p t e ro n e ，t h eb a c k g r o u n do ft h ed i s s e r t a t i o na n do fh c q 一3 0 t e s t i n gs y s t e mi sd i s c u s s e d ，a l o n gw i t ht h ep u r p o s eo fa u t ot e s t i n ga n d t h et e s t i n gm e t h o do fi t i ta l s od i s c u s s e dt h ed e v e l o p m e n to fa u t ot e s t i n g t e c h n o l o g ya n dt h ea p p li c a t i o no fn e wt e c h n 0 1 0 9 yi na u t ot e s t i n g a tl a s t i tm e n t i o n e dm ya s s i g n m e n ta n dt h ef u n c t i o n so fh c q 一3 0 t e s t i n gs y s t e m i nc h a p t e rt w o ，i ti n t r o d u c e dt h eb a s i cs t r u c t u r eo fr e t a r d e ra n d d i f f e r e n tf o r m so ff a t i g u ef a i l u r e ，t h e ni tu s e de h lt h e o r yt oa n a l y z e f a t i g u ef a i l u r e a tl a s tt h ed e s i g no ft e c h n o l o g yo ff a t i g u et e s t i n ga n d s o f t w a r ep r o g r a m m i n ga r ep r e s e n t d i nc h a p t e rt h r e e ，f i s ti tl i s t e dt h ep a r a m e t e r sw en e e d t om e a s u r e t h e ni n t r o d c e dh o wt op r o g r a mt h es o f t w a r ef o rt h e m a i s o itd i s c u s s e d t h ec o n t r o ls y s t e ma n dm e c h a n i c a l s y s t e m a tl a s ti ti n t r o d u c e su st h e s t r u c t u r eo ft h e s es y s t e m sa n dt h es o f t w a r e i nc h a p t e rf o u r ，t h eb a s i c t h e o r yo fc o m p u t e rc o n t r o l s y s t e ma n d t h ed e s i g no fs o f t w a r ef o rt h e ma r ed i s c u s s e d a l s oh o wa d dl o a dt o t h e s y s t e ma u t o m a t i c a l l y i s p r e s e n t e d ，t h e1 0 a d s y s t e m i sd i s c u s s e d p a r t i c u l a r l yb e c a u s e o fi t si m p o r t a n c ef o rt h ew h o l es y s t e m i nc h a p t e rf i v et h ea u t h o rs h o w e du sh o wt op r o g r a mw i t h t h es y s t e m a n dh o wt h ec o r e t e c h n o l o g y o ft h es o f t w a r e i s d e s i g n e d ，t h e c o r e t e c h n o l o g ya r ed l l 、d a t a b a s ea n dd a t ap r o c e s s i n ga n ds oo n a t1 a s ts o m e e x a m p l e so ft e s t i n gm o d u l e sa r ep r e s e n t e d ，w ew i l ls e es o m ei n t e r f a c e s a n ds o m ef l o wc h a r t s i nc h a p t e rs i x ，i ti n t r o d u c e sh o wt ou s et h em i n i m u mr e a r a x l e s t o g e tt h er e s u lto fm o s ta x l e sa n dt h es i m u l a t e db r a k i n gs y s t e mt e s t i n gi s p r e s e n t e d a 1 s ot h ea u t h o rs h o w su ss o m ei n t e r f a c e so ft h es o f t w a r e ，a n d s o m es i m u l a t e dd a t ai s1 i s t e d i nc h a p t e rs e v e n ，t h ew o r ko ft h ed i s s e r t a t i o ni ss u m m a r i z e da n dt h e f u r t h e rr e s e a r c hw o r kisl o o k e da h e a d 塑兰盔堂堡主堂笪笙苎 第一章绪论 内容提要：本章介绍了本论文的背景、汽车检测技术的国内外发展现状、汽车试 验台的发展现状、本人在课题组中的任务以及h c q 一3 0 驱动桥试验台功能、本 论文的工作 1 1 论文背景 1 2 】【3 随着中国汽车市场不断壮大，政府政策逐渐放宽，经济的快速增长，特别 是加入w t o 以后，进1 ：3 汽车关税将从2 0 0 2 2 0 0 6 年逐年下调，并且将逐步增加进 口汽车配额量，直至取消进口配额许可证。这一系列的原因和措施使中国的汽车 消费市场进入了一个蓬勃发展的阶段。最新数据表明，2 0 0 0 年中国的汽车拥有 量为1 6 0 0 0 0 0 0 辆，其中轿车数量为3 4 5 0 0 0 0 辆，客车的数量为3 8 0 0 0 0 0 辆，货 车的数量为7 6 6 0 0 0 0 辆。2 0 0 1 年中国国民对汽车的需求量增加了将近3 0 。据 最近一项权威调查显示，中国有7 0 0 0 0 0 0 0 万个家庭具有购买汽车的经济能力， 其中3 3 的家庭加在最近3 年内购买。同时由于政府比以i j 更加重视公路建设， 高速公路的建设也有了飞跃性的发展。现在中国的高速公路总长达1 3 2 0 0 0 0 公 罩。 在现代社会，汽车已经成为人们工作、生活中不可缺少的一种交通工具。 汽车在为人类造福的同时，也带来了大气污染。噪声和交通安全等一系列问题。 汽车本身又是一个复杂的系统，随着行驶里程的增加和使用时间的延续，其技术 状况将不断恶化。因此，一方面要不断研制性能优良的汽车，在车辆出厂前就做 好把关技术：另一方面要借助维护和修理，恢复其技术状况。 汽车生产过程的检测技术，作为现代制造技术的重要组成部分，它是监督 控制生产过程和产品质量的眼睛和手段。一辆汽车有上千万个品种、上万个零部 件组成。在大批量连续生产过程中，要保证整车的技术性能和使用要求，产品设 计和工艺设计部门，要对每一种零部件，从原材料进厂、铸锻冲过程，机械加工 和热处理，直至总成和整车的装配试验过程的各个生产环节，制订出质量标准指 标和工艺技术参数，并加以有效的控制。 生产过程的检测技术，不但能够准确地判断这些质量性能指标和工艺技术 参数，是否已经达到设计的要求，即产品是否合格。而且重要的是，通过对检测 数据的分析处理，能够正确判断这些性能指标和技术参数失控的状况和产生的原 因。这一方面可以通过检测设备的信息反馈，对工艺设备及时地调整来消除失控 现象；另一方面也为产品设计和工艺设计部门采取有效地改进措施消除失控现 象，提供可靠的科学依据，从而达到保证产品质量和稳定生产过程的目的。这就 是通常所说的，检测技术对产品质量和稳定生产所起的“能动的反作用”。 尽管产品的高质量是制造过程实现的，而不是通过检验获得的。但是，从 某种意义上讲，我们仍可以这样说：“没有检测，就没有产品的质量”。因此，一 个国家( 或一个企业) 的检测技术水平，实际上是这个国家( 或这个企业) 生产 技术水平的集中体现和反映。此外，先进的检测技术和工艺技术的结合，将有力 地促进和提高生产过程的机械化。自动化水平，有效地减轻工人的劳动强度，提 高劳动生产率，降低原材料的消耗，从而为企业带来丰厚的经济利益。 随着生产的发展和技术的进步，尤其是进入以竞争为主要特征的商品经济 2 塑坚盔堂堡堂堡监塞 时代，提高自身产品的质量，降低产品的成本，占有更多的市场份额，获得更高 的经济效益，将是企业追求的永恒主题，这就使得检测技术在汽车制造中的作用 和地位愈显重要。 由于汽车工业的总体水平相对于工业发达国家落后，我国的汽车检测技术 及装备水平同样处于较为落后的地位。大部分生产厂家及汽车维修站的汽车性能 及故障检测仍然停留在“手摸、眼看、耳听”及简单道路测试的原始水平。我国 从8 0 年代起从日本和欧洲( 主要是r 本) 引进( 改造) 了一些检测技术设备， 这些设备除部分采用自动控制外大多采用单机人工操作，存在着自动化程度低， 检测项目单一，检测精度及可靠性差，效率不高等缺点，如今已大大落后于世界 先进水平，难以满足汽车生产及维修的需要。随着民族汽车工业的发展，对先进 汽车产品检测技术及设备的需求越来越迫切。在积极引进、消化吸收国外先进检 测设备的同时，也必须提高同类设备的自主设计开发水平，努力研制适合我国国 情的先进检测设备，为保障汽车产品的高质量，加强产品的竞争力，促进我国汽 车工业的发展提供必要条件。检测设备的研制生产得到了快速发展，缩小了与先 进国家的差距。如今汽车检测中通用的制动试验台、侧滑试验台和底盘测功机等， 国内已自给有余，而且结构形式多样。我们虽然已经取得了很大的进步，但与世 界先进水平相比，还有一定距离。我国汽车检测技术要赶超世界先进水平，应该 从汽车检测技术基础、汽车检测设备智能化和汽车检测管理网络化等方面进行研 究和发展。 1 2 汽车检测技术的国内外发展现状【4 j 【5 】【6 l 1 2 1 汽车检测技术概述 汽车制造技术包含了从原材料进厂开始到汽车整车出厂为止的整个过程。 因此，汽车制造检测技术的涉及的面很宽，范围也很广。它的分类方法和要求也 各不相同。按被检参数的属性分可以分为：物理化学性质的检测、几何量的检测、 性能参数的检测。汽车检测参数是反映汽车技术状况直接或间接的参数。检测参 数可以是上述任何参数。 汽车检测技术的榆测参数 物理化学性质的检测儿何厦的检测 能参数的检测 jj上jjjjjj上 金金 零齿 箱 旋 发 灯 属属 零件轮体 转 动 光 材材 件的形误 零 机 生 照 料料 的表尺状差完 件 输辆 射 的的 温面寸位 咖 和 性类 的 出制 性 化金 度 和 公置 粗 + i l动 能 学相 和内差公 糙 参脆内 不 鲥!悱 成组 硬部差 度 数舯 甲的 的的 衡 和 能 榆 度缺测常 韪 坦 测分织 功 陷最埘 图1 。l 汽车检测参数 塑坚查堂堕主芏生丝苎 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 检测参数可以是稳定的值，也可以是动态信号，为提高检测精度，应根据 不同的对象选择相应的检测参数。在选择检测参数时应根据参数的敏感性、单调 性、稳定性和信息性的原则。除了这些原则外，测量的方便性和经济性也是必须 考虑的。图卜1 列举了几大类汽车检测参数。 汽车检测技术是汽车技术的发展而发展的，在汽车发展的早期，人们主要 通过有经验的维修人员发现汽车的故障并作有针对性的修理。既过去人们常讲的 “望”( 眼看) 、“闻”( 耳听) 、“切”( 手摸) 方式。随着现代科学技术的进步， 特别是计算机技术的进步，汽车检测技术也飞速发展。目前人们已能依靠各种仪 器设备，对汽车进行检测，而且安全、迅速、准确。 根据以上所述，检验汽车技术状况的方法分三种： l 、人工凭经验诊断法：这种方法具有不需要专门仪器或设备，投资少 等优点。缺点是诊断速度慢、准确性差，不能进行定量分析，且需 要较高的技术水平。人工凭经验诊断法多使用于中小维修企业和汽 车队的故障诊断。虽然该法缺点较多，但在相当长的时期内仍有其 独特的使用价值。 2 、仪器设备检测法：这种方法是在人工凭经验诊断法基础上发展起来 的现代检验方法。该法可在汽车不解体情况下，借助简单工具，用 仪器或设备检测汽车性能和故障的参数，曲线或波形，甚至能自动 分析，判断汽车的技术状况。其优点是检测速度快，准确性高，能 定量分析和易掌握等。缺点是需要的仪器和设备多，操作人员多， 占用厂房大，因而投资也大。仪器设备检测法多适用于大型维修企 业和汽车检测站，它是现代汽车检测技术的发展方向。 3 、 系统检测方法：这是要计算机辅助检测基础上的多功能自动化检测 方法。在检测系统早采用先进的计算机，传感器及电子设备，能同 时获得多个检测参数和进行多项测试功能。实现了状态信号采集， 特征提取，状态识别的自动化，并能以显示，打印，绘图等多种方 式自动输出检测分析结果。检测精确，可靠，效率高，已有一大批 先进的自动检测系统投入使用。 1 2 2 国外汽车检测技术发展概况 国外汽车检测设备发展较快，特别是工业发达国家、随着其汽车的发展速 度和汽车保有量的迅猛增长、推动了汽车检测设备的发展进程；如今国外汽车检 测维修设备已普遍应用高新技术，是机电一体化、智能化的综合体，产品质量高、 工艺性好、使用方便可靠。如日本、美国、意大利等国家汽车检测诊断设备的种 类、制造工艺、产品水平均处于世界领先地位，其产品己形成系列化、标准化和 规范化。 发达国家对汽车的检测维修是十分重视的，同本早在1 9 4 7 年就举办了第一 届“东京国际汽车机械工县博览会”、甚至还把检测维修列入法规范围。目前， 日本拥有世界上最先进的电子调漆系统，过去各国的电子调漆设备都是通过汽车 车架编号查找汽车油漆颜色和配方，而r 本研制的新型调漆设备，则是应用扫描 仪在汽车车身上扫描、扫描仪与计算机联网、通过计算机快速显示出结果。此外， 日本还推出了综合检验台，测试的项目非常多，可以测定底盘输出功率、发动机 功率、汽车行驶状态模拟、四轮定位、振动及悬挂以及制动和速度等，具有一机 多能的测试功能。这些先进的检测维修设备都是当今世界名牌产品，而又有些设 4 塑坚盔堂堡主堂生丝苎一 各已开始进入中国市场，对推动我国汽车检测维修行业的发展，填补当前国内设 备空白，起到了积极的作用。 以下为国外汽车检测技术的发展特点： l 、向标准化方向发展 工业发达国家的汽车检测有一整套的标准。判断受检汽车技术状况是 否良好，是以标准中规定的数据为准则，检查结果是以数字显示，有量化 指标，以避免主观上的误差。除对检测结果有严格完整的标准以外，国外 对检测设备也有标准规定，由于检测技术的标准化，不仅提高了检测效 率，也保证了检测质量。 2 、大量采用高新技术 现代汽车高安全度、低排放污染和低燃油消耗的要求与高度成熟的电 子技术的结合使汽车技术发展迅猛：现代汽车己开始采用发动机电子管理 系统( e l e c t r o n i ee n g i n em a n a g e m e n ts y s t e m ) 、防抱死制动系统( a b s ) 及牵引力控制系统( t r a c t i o nc o n t r o ls y s t e m ) 等，这些新技术的应用， 使汽车结构发生了巨大变化，这无疑给汽车检测带来影响，促进检测设备 的进一步发展新型汽车要新型设备来检修，国外汽车维修检测设备已普遍 使用计算机技术、电子控制技术及数字显示技术等高科技。 3 、检测方法由传统手段转向仪表化、微机化 随着各种新技术的出现，以及对检测技术要求的提高。传统的仅凭维 修人员感官检测的方式已不能适应维修新形势的需要。为此，日、美、德 等国开发了许多检测新仪表和微机化检测仪器，例如r 本公司就开发了一 些新型检测仪器和仪表。联式测压盒就是其中一种，盒中装有压力表，通 过盒的软缆头可使驾驶员在驾驶室一次同时测得六缸柴油机的每个缸的 高压油泵油压和涡轮增压器增加的压力。 4 、检测诊断设备具有快速、准确、方便的特点 汽车诊断技术不仅可以减少检测汽车所花费的劳动量、劳动强度，提 高汽车检测的经济效益，而且能对汽车的产品质量做出客观的评价，对汽 车技术的合理改进提供可靠的基础数据。发达国家十分重视汽车诊断技术 的发展，不论是随车诊断系统还是车外诊断系统，大都引进了先进的计算 机、c r t 终端、打印输出和中央控制等一系列先进技术，甚至丌发出以声 响和振动及其它一些介质进行诊断的技术。在汽车运行状态下不直接接 触，不拆开汽车发动机部件，就可以掌握被诊断的系统内部的变化，十分 方便。 5 、开发与专用、特种车辆配套的检测设备 由于一些特殊工作和运输任务的需要，许多国家研制生产了完成特殊 任务的专用车辆，例如修理工程车、救援车等，他们针对修理车的用途研 制与之配套的检测设备。另外，为了修理大型、超大型工程车或运输车等， 他们还开发了专用检测设备和机具。 1 2 3 国内汽车检测技术发展概况 自2 0 世纪6 0 年代后期，由于政府部门的重视，我国开始研制一些结构简单 的维修设备，但由于种种原因，检测技术一直发展缓慢。到了2 0 世纪7 0 年代， 特别是2 0 世纪8 0 年代以后，随着汽车数量的迅速增长，特别是随着汽车制造业 和公路交通运输业的发展，我国的机动车保有量迅速增加。我国十分重视汽车检 塑些叁堂堡堂堡堕壅 测维修设备的研制、生产和装备一生产能力也从仅能生产简单的维修工具，发展 到利用新技术、新工艺和新材料研究开发具有一定水平的检测诊断设备和维修设 备。从近几年在北京举办的中国国际汽车维修检测设备及汽车用品展览会上不难 看出，目前我国汽车检测维修设备行业的从业队伍正在不断发展壮大，检测维修 设备的档次和技术含量越来越高，种类也同臻全面逐步形成了类别和系列。 与发达国家相比，我国的汽车检测维修设备还存在许多急需解决的问题。 主要表现为以下几点： l 、产品可靠性低 国外同类产品的使用寿命长，一般3 5 年不更换易损件，而国内产品 性能不够稳定，故障率多，外观质量差。 2 、自动化程度低、性能落后 直至上个世纪未，国内的检测维修设备虽然有了很大的发展，但仍 有许多设备辽处于机械式或半机械式状态而国外大都采用微机控制、 数字显示或彩色屏幕显示，精度高、检测效果好。 3 、品种不全，更新慢 与发达国家相比，我国部分检测维修设备还属空白，有的修理厂甚 至还在使用2 0 世纪5 0 、6 0 年代的产品。使用这些设备开展工作，工作 效率低、劳动强度大、修理质量差。 4 、技术含量低 尤其是在汽车检测诊断技术方面，美国、同本、德国等工业发达国 家，汽车诊断技术已具有相当水平，2 0 世纪9 0 年代初就已研制成功了 汽车诊断专家系统等高技术产品。而我园由于受大规模集成电路及传感 器等技术的制约，汽车检测诊断设备的技术水平仍有一定的差距。 5 、检测设备的加工能力有待提高 目前存在这样的情况，有些项目虽然设计原理较先进，但在加工制 造中，受材料、设备的限制，工艺上难以实现，精度、强度等指标都有 所放宽，在一定程度上降低了工具、设备的可靠性，进而影响了检测质 量。 1 3 汽车试验台的发展现状 2 4 7 8 1 3 1 常见试验台检测方案概述 汽车试验台常见的分类方法有多种：按测试原理不同，可分为反力式和惯 性式两类；按试验台支承车轮形式不同，可分为滚筒式和平板式两种；按检测参 数不同，可分为测制动力式、测制动距离式和综合式三类；按实验台的测量、指 示装置传递信号不同，可分为机械式、液压力和电气式三类：按实验台同时能测 车轴数不同，可分为单轴式、双轴式和多轴式三类。 在上述类型中，反力式滚筒制动试验台( 测制动力式) 和惯性式滚筒制动 试验台( 测制动距离式) 获得了广泛应用。其中，特别是单轴反力式滚筒制动试 验台应用最为普遍，国外车辆检测站所用制动检验设备多为这种型式。例如，苏 联9 0 的制动检验设备为反力式滚筒制动试验台。在同本，反力式滚筒试验台 是被运输大臣批准的制动检验设备。 惯性式跑板制动试验台有一定应用，但不普遍。 6 塑些叁堂堡堂堡笙苎 多功能综合试验台不仅能检测车辆的制动性能，还能检测加速性能、滑行 性能、燃料经济性和车速表指示误差等，有的甚至还能进行底盘测功等多项试验。 1 3 2 滚筒试验台检测方案 惯性式滚筒试验台的特点： 1 、利用旋转飞轮的动能来模拟车辆在道路上驶时的平移动能，使车辆在试验 台上再现道路行驶的实际状况。 2 、试验台可由电动机或车辆的驱动轮来驱动，并能进行高速试验，因而测试 结果与实际工况更为接近。 3 、该种试验台的主要检测参数是各轮的制动距离，同时还可测得制动时间或 减速度等其他参数。 反力式试验台的特点： l 、采用低速试验，测试条件稳定，所需电机功率小，结构简单，占地拍i 少， 并且适应多种车型检测。 2 、不少反力式制动试验台除了能测得各车轮的制动力外，还可测出制动系统 的协调时间、制动全过程时间和制动完全释放时间。如配备笔录仪和光线示波器， 甚至可以描绘出制动全过程的曲线，从而为判断整个制动系的技术状况提供了依 据。 惯性式滚筒制动试验台，由于采用高速模拟试验，比较接近道路行驶条件， 因而试验方法更为先进些。而且，这种试验台可发展为能进行加速、滑行、测功 等试验的多功能台架。本试验台系统不仅要能够检测制动性能参数，而且还应该 具有检测驱动桥疲劳特性的功能，因此要求试验台具有良好的模拟路面的重要性 质，惯性式试验台刚好满足这些要求。本系统是惯性式试验台。 1 3 3 惯性式试验台简介 惯性式试验台能较反力式试验台更好的模拟路面是因为其滚筒相当于一个 移动的路面，试验台上各滚筒分别带有飞轮，其惯性质量与受检汽车的惯性质量 相当，h c q 3 o 驱动桥试验台系统带有四组飞轮，因此可以检测多种型号的汽车， 滚筒传动系统相当于汽车在道路上行驶的惯性。制动时，轮胎对滚筒产生阻力， 虽然这时驱动滚筒传动系统的动力( 本系统为汽车发动机的动力) 已被切断。但 由于滚筒传动系统具有一定的惯性，因而滚筒表面相对于车轮移过一定距离。由 此可见，在惯性式制动试验台上可以模拟道路制动试验台的主要检测参数是各轮 的制动距离，同时还可测得制动时间或减速度。 惯性式滚筒试验台按同时检测的轴数不同可分为单轴式和双轴式，按滚筒 数量不同分为单滚筒式和多滚筒式。下面先说明双轴惯性式滚筒试验台的结构， 如图卜2 所示。 试验开始后，被检车驶上试验台，前、后滚筒组之间的距离可用油缸调节， 调节后用油缸锁紧。由汽车发动机的动力经驱动轮驱动后滚筒组旋转，左右主动 滚筒用半轴与传动器2 箱连，并经变速器3 、力向节1 3 、电磁离合器1 2 、传动 轴ll 、变速器6 、传动器随之带动前滚筒及汽车前轮一起旋转。此时按被检车辆 行驶时的惯性等效质量配置的飞轮也一起旋转。当达到试验转速时，断开连接各 滚筒的电磁离合器，同时作紧急制动。车轮制动后，滚筒飞轮依靠惯性继续转动， 滚筒转动的圈数相当于车轮的制动距离，在规定试验车速下，滚筒继续转动圈数 取决于车轮制动器和整个制动系的技术状况。滚筒转动圈数由装在滚筒端部的光 塑鲨查堂堡主堂堡堡墨 电传感器5 转变为电脉冲送入计数器记录，在滚筒的端部还装有测速发电机4 测定试验车速，为防止汽车制动时向后窜出，在后滚筒组后装有第三滚筒1 9 。 这种动念检验制动性能的试验方法的试验条件接近汽车实际行驶条件，具 有在任何车速下进行汽车制动测试的优点。 l _ 飞轮2 传动器3 ，6 变速器4 测速发电机5 ，9 ：光电传感器7 可移 导轨8 ，1 2 电磁离合器1 0 移动架1 1 传动轴1 3 万向节1 4 后滚筒 1 5 前滚筒1 6 举升托板1 7 移动架驱动油缸1 8 夹紧油缸1 9 第三滚筒 2 0 第三滚筒调节油缸 图卜2 双轴惯性式滚筒试验台简图 1 3 4 惯性式平板试验台简介 惯性式平板试验台是一种低速动态惯性式试验台，由四块表面轧花的平板、 传感器和指示装置组成，这种试验台具有测试方便、不需模拟转动惯量和更接近 实际路试的优点。 从原理上来看，平板式制动试验台是主动的，只要保证力传感器能准确无 误地把测试平板上受到的水平制动力与垂直力测量下来，平板式制动试验台就完 全可以如实地把汽车制动过程检测出来。测试过程与实际路试条件较接近，能反 映车辆的实际制动性能，即能反映制动时轴荷转移带来的影响，以及汽车其他系 统( 如悬架结构、刚度等) 对汽车制动性能的影响。该试验台不需要模拟汽车转 动惯量，较容易将制动试验台与轮重仪、侧滑仪组合在一起，使车辆测试方便且 效率高。平板式制动试验台在理论上的优势得到一致公认，是机动车制动性能检 验方法之一。目前平板式摩托车检测线己出现。并且这种试验台结构简单、运动 件少、用电量少、日常维护工作量小，提高了工作可靠性。但这种试验台存在测 试重复性差、占地面积大、需要助跑车道和不安全等缺点，目前国内尚未广泛采 用。 检测时，车辆以一定的速度开到试验台四块可移动的活动板上，置变速器 于空档并紧急制动。汽车在惯性作用下，通过车轮在平板上附加与制动力大小相 等方向相反的作用力，活动板在车辆惯性的作用下发生位移，经传感器测出各车 轮的制动力，并由指示装置显示检测结果。 塑坚盔堂堡主堂生堡苎 1 控制柜2 侧滑测试平板3 ，5 ，制动一轮荷 测试平板4 空板6 拉力传感器7 ，l o 压 力传感器8 面板9 钢球1 1 底板 图1 - 3 惯性平板式试验台 1 4 本人在课题组中的任务h c q 3 0 驱动桥试验台功能 h c q - 3 0 驱动桥试验台课题组所需要做的研究工作包括硬件和软件两个方 面，其中硬件又可以分为机械系统、过程输入输出系统和计算机系统。可以将过 程输入输出系统和计算机系统通称为控制系统，所以课题组工作分为机械系统、 控制系统和软件系统的设计和开发。我所承担的工作主要是试验系统软件部分的 开发，疲劳试验技术研究。应用软件是针对驱动桥检测过程而编制的控制和管理 程序，如本系统中的输入程序、输出程序、控制程序、人机接口程序、打印显示 程序等等。应用软件的优劣，将给控制系统的功能、精度和效率带来很大的影响。 h c q 一3 0 驱动桥试验台是为多种类型的驱动桥的自动化检测而设计的。为保 证车桥的质量及生产效率，对检测设备也提出了比较高的要求，根据相关资料， 这些要求可以总结为以下几方面： 1 、人工装夹被试驱动桥，自动按路谱试验规范的要求进行加载控制与显示。 2 、实现键动半自动两种运行方式。要求半自动能脱离检测人员的干预。键 动工作方式根据操作人员的按键状态确定检测系统下一步所要执行的动 作。 3 、检测过程高度自动化。为减轻检测人员的劳动强度、降低操作复杂性以及 减少检测结果的人为影响，提高检测可靠性，检测过程实现高度自动化。 对检测的自动化要求还包括检测结果的自动分析、自动输出、保存等内容。 4 、在疲劳检测时，要求有破坏前警报，破坏后自动停机。对一些参数设定阀 值( 如噪声、温度) ，如数值的大小超过阀值，触发报警系统。 5 、检测数据、曲线图表与报表的自动管理，历史数据、曲线图表与报表的自 动管理。其中包含备份、分类检索、质量统计分析。 6 、检测系统具有较高的自我维护与自我诊断的能力。当检测系统发生故障 9 浙江人学硕士学位论文 时，检测系统能提出警告，并依据当前故障的严重性决定是否继续检测。 7 、检测设备因有良好的人机界面，操作简单方便。一般不能期望检测人员深 刻了解检测设备，它们在复杂的操作程序面前往往一筹莫展，而且不友好 的人机界面和复杂的操作降低了检测效率，增加了误操作的可能性。 在h c q 一3 0 试验系统的设计与实现中，以上要求作为指导原则。无论在检测 方案的设计、软件的编制，还是在系统所用产品的选型的制造、安装过程中，处 处体现了上述要求。 对于上述后桥试验机系统的设计要求，试验机应具有以下一些功能： 1 、检测功能：h c q 一3 0 作为个检测设备，这是其所具备的基本的最重要的 功能。h c q 一3 0 试验系统设计与实现中考虑了对于驱动桥制动性能和驱动 桥疲劳特性的检测和评价。 2 、检测辅助功能：包括检测参数设置、检测标准设置、动作控制工具、车速 的调节、试验载荷的调节、液压站的管理等。 3 、检测结果的输出。 4 、系统检查功能。 5 、安全保护功能。 6 、良好的人机操作界面。 针对系统需要实现上述功能，通过分析和研究，h c q 一3 o 驱动桥试验台系统 检测参数如图l 一4 所示： 图卜4h c q 一3 0 驱动桥试验台检测参数 1 0 塑坚盔堂堡主竺堡垒苎 1 5 本论文的工作 本论文的主要研究工作是结合h c q 一3 0 驱动桥试验台的研制而开展的。主 要用于对各种驱动桥进行检测。 本论文主要工作： 1 、介绍了该论文的背景、汽车检测技术的国内外发展现状、汽车试验台发展现 状、本人在课题组中的任务和h c q 一3 o 驱动桥试验台功能： 2 、h c q 一3 0 疲劳检测技术：介绍了汽车驱动桥主减速器的基本结构及其常见疲 劳失效形式与原因、用弹流润滑基本理论对主减速器疲劳失效进行研究分析、 驱动桥疲劳失效试验技术和软件的实现： 3 、h c q 一3 o 试验台的设计包括：h c q - 3 0 滚筒试验台检测的性能参数及其软件 实现、h c q 一3 0 试验台的总体设计和对软件的要求、机械系统结构和软件控 制； 4 、论述了计算机控制系统基本原理和软件的任务，提出了h c q 一3 0 自动轴荷加 载系统的软件实现方法； 5 、阐述了试验系统的软件设计、系统软件的核心技术及其实现、系统软件的主 要模块介绍； 6 、举例说明了估计母体中值的最少试件个数判据在h c q 一3 o 疲劳失效试验中成 组试验法的实际应用、h c o 一3 0 制动性能试验的模拟实现，并显示其参数和 曲线、h c q 一3 0 控制系统软件部分界面； 7 、对本人工作的总结和展望； 塑坚查堂堡堂堡笙苎一 第二章主减速器疲劳失效分析及驱动桥 疲劳失效试验技术研究 内容提要：本章介绍了汽车驱动桥主减速器的基本结构及其常见疲劳失效形式与 原因、用弹流润滑基本理论对主减速器疲劳失效进行研究分析、驱动桥疲劳失效 试验技术和软件的实现 2 1 驱动桥主减速器介绍及其常见失效形式与原因 2 1 1 驱动桥主减速器简介 1 3 驱动桥的主减速器齿轮、轴承、差速器壳、半轴及桥壳等在工作中承受交 变应力，都有疲劳寿命的问题，但通常以驱动桥总成的形式在台架上进行的疲劳 寿命试验，大都是考验主减速器齿轮、轴承及其他零件的疲劳寿命，而半轴、桥 壳等的疲劳寿命试验，则在专门的试验台上进行。 要知道主减速器的结构，首先必须要了解驱动桥，下面简单地介绍一下驱 动桥的结构。汽车的驱动桥处于传动系的术端，其基本功能是增大传动轴或直接 由变速器传来的扭矩，将扭矩分配给左、右驱动车轮，并使左、右驱动车轮具有 汽车行驶运动学所要求的差速功能，同时，驱动桥还要承受作用于路面和车架或 车厢之间的铅垂力、纵向力和横向力。 驱动桥一般由减速器、差速器、半轴和桥壳等组成，如图2 1 所示，其中： 主减速器：降低转速，增加转矩，并改变转矩的传递方向； 差速器：在传递转矩的同时可使汽车的两侧驱动车轮以不同的转速旋转： 半轴：将转矩由差速器传递到驱动车轮； 桥壳：用以支承汽车的部分质量，并承受由驱动车轮传来的路面反力和力 矩，并经悬架传给车架，同时也是主减速器、差速器等的外壳； l 、驱动桥壳2 、主减速器3 、差速器4 、半轴5 、轮毂 图2 - 1 非断开式驱动桥示意图 主减速器的结构型式，主要是根据其车轮类型、主动齿轮和从动齿轮的安置 方法以及减速型式的不同。 一、主减速器齿轮的类型 在现代汽车的驱动桥上，采用得最广泛的主减速器齿轮型式，是“格里森” 浙江人学硕十学位论文 ( g 1 e a s o n ) 制或“奥利康”( o e r l i k o n ) 制的螺旋锥齿轮和双曲面齿轮。在双级 主减速器中，通常还要加一对圆柱齿轮或一对行星齿轮。在轮边减速器中则常采 用普通平行轴式布置的斜齿圆柱齿轮传动或行星齿轮传动。在某些公共汽车、无 轨电车和超重型载重汽车的主减速器上，有时也采用蜗轮传动，这种传动型式主 要用在英国的汽车上。 。 螺旋锥齿轮传动如图2 2 所示：其主、从动齿轮轴线相交于一点。交角可 以是任意的。但在绝大多数的汽车驱动桥上主减速齿轮副都是采用9 0 。交角的布 置方案。由于轮齿端面重叠的影响，至少有两对以上的轮齿同时啮合，因此螺旋 锥齿轮能承受大的负荷。加之其锥齿不是在齿的全长上同时啮合，而是逐渐地由 一端连续而平稳地转向另一端，因此其工作平稳，即使在高速运转时，噪音和震 动也是很小的。 双曲面齿轮传动，如图2 3 所示：其特点是主、从动齿轮的轴线不相交而 成空间交叉。其空间交叉角( 即将一轴线平移，使与另一轴线相交的交角) 也都 是采用9 0 。夹角。主动齿轮轴相对于从动齿轮轴有向上或向下的偏移，称为上偏 置或下偏置。这个偏移量称为双曲面齿轮的偏移距，当偏移距大到一定程度时， 可使一个齿轮轴从另一个齿轮轴的上面通过。这样就能在每个齿轮的两边布置尺 寸紧凑的支承。这对于增强支承刚度，保证齿轮正确啮合从而提高齿轮寿命大有 好处。由于双曲面传动主齿轮螺旋角的增大，还导致其进入啮合的平均齿数要比 螺旋角齿轮相应的齿数多，因而双曲面齿轮传动比螺旋锥齿轮传动工作的更加平 稳、无噪声、强度也高。 图2 2 螺旋锥齿轮传动图2 3 双曲面齿轮传动 二、减速器主动锥齿轮的支承型式 在壳体结构及轴承型式已定的情况下，主减速器主动齿轮的支承型式及安置 方法，对其支承刚度影响很大，这是齿轮能否正确啮合并具有提高使用寿命的重 要因素之一。 现代汽车主减速器主动锥齿轮的支承型式有以下两种： 1 、臂式 齿轮以其轮齿大端- - n 的轴颈悬臂式地支承于一对轴承的外侧。 2 、马式 齿轮前后两端的轴颈均以轴承支承，故又称两端支承式。 三、主减速器的减速型式 主减速器的减速类型，可分为单级减速、双级减速、单级贯通、双级贯通、 单级或双级减速并配以轮边减速等。 单级减速器和双级减速器分别如下图所示： 塑些盔堂堡堂生堡苎 书摹 图2 - 4 单级主减速器图2 - 5 双级主减速器 2 1 2 主减速器常见疲劳失效形式及其原因 作者通过阅读各种资料，大体总结出了主减速器的常见疲劳失效形式。下面 主要列出了三种车型主减速器的常见疲劳失效形式： 一、e q l 0 6 03 吨汽车后桥主减速器采用单级双曲面齿轮传动，差速器为对 称式锥齿轮差速器，半轴为全浮式，桥壳为钢板冲压焊接式桥壳，润滑油为 1 8 w 9 0 双曲线齿轮油 1 8 。 通过对7 0 余套e q l 0 6 03 吨汽车后桥主减速器失效齿轮观察和分析，发现 失效形式主要是磨损，其中磨料磨损和粘着磨损失效的占5 0 ，有的齿轮磨损 相当严重，轮齿接近齿顶部分已磨损成尖刀状。表面接触疲劳失效的约占3 7 ， 以浅层剥落、硬化层剥落同时存在者居多c 此外，被动齿轮严重磨损的占多数， 主动齿轮磨损失效的占1 0 左右。 从磨损过程来看也是极不正常的，部分车齿轮使用寿命不足1 0 万k m ，个别 的在磨合期不久，甚至在磨合期即出现严重磨损，导致齿轮传动失效。 二、e q l 0 9 0 随着齿轮材料的选择、表面加工及表面处理工艺的进一步优化， 其制造质量得到明显提高，但许多用车单位却仍频频出现主减速器齿轮过早磨损 失效现象，经对e q l 0 9 0 汽车磨损实物进行拆检分析发现，这种现象主要是由于 对车辆的使用和调整不当，导致齿轮发生了磨粒磨损、粘着磨损或干涉磨损所致 1 9 。 三、l n l 4 3 e 汽车驱动桥主减速器中主、从锥齿轮的早期损坏已成为用户关 注的焦点。在宁城运输公司调查中有的新车仅行驶2 0 0 0 k p s ，甚至在磨合期就产 生了齿轮早期磨损现象，其损坏特点是：齿面脱落，磨损严重 2 0 。 据上所述，磨损成为主减速器的最常见疲劳失效形式，因此，在进行h c q 一3 0 驱动桥疲劳检测试验时，主减速器发生疲劳破坏之后，只需对主减速器按上述原 因进行分析，就可以得到主减速器需要改进的地方。因此找出磨损的主要原因， 并寻求其解决办法对延长汽车主减速器的使用寿命将具有及其重要的意义，引起 齿轮磨损的主要原因主要有以下几种： 1 、磨粒磨损 当轴承麻点剥落的微粒、齿面剥落碎片、桥壳内残留污物及表面脱落下来 的碳化物小颗粒混入润滑油中，未得到及时清理时，这些硬而尖锐的小颗粒随着 润滑油一起压入两齿面间，在两齿面相对滑动时，将齿面金属切削下来而引起了 磨粒磨损，切削下来的金属又混入润滑油中，成为新的磨粒。随着磨粒数量增加， 使磨损越来越严重，直至齿轮失效。磨粒磨损后齿面会有沿滑动方向的条纹，条 纹粗细与磨粒大小有关。 浙江大学硕十学位论文 2 、粘着磨损 双曲线圆锥齿轮传动时，两轴线彼此交错而不相交，由于主动小圆锥齿轮 轴线与大圆锥齿轮轴线偏转了一个距离，引起齿面间的纵向滑移，且齿面间压力 很大，使表面接触应力很高属于边界润滑范畴。因此对润滑油的极压性有很 高的要求。如其达不到要求，圆锥齿轮相啮合面间的油膜很容易被破坏，引起两 齿面的金属直接接触发生粘着，之后随两齿面的相对滑动，粘着处被撕裂，产生 两齿面材料转移现象，转移即意味着表面的破坏和磨损。粘附材料成为齿面上略 硬峰点，在相对滑移过程中，对另一表