CN104634588B - 一种驱动桥支撑刚度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种驱动桥支撑刚度测量方法，包括试验台和测控系统；测量步骤和方法如下：1)将驱动桥安装于试验台上，2)将驱动桥壳体的主减速器后盖打开；3)确定待测点，然后布置位移传感器以检测各个待测点的位移；4)采用游标卡尺测量以下各测点之间的距离，5)控制试验台在转速≤10rpm和满载情况下运转，并对3)中各测点的位移进行测试，6)在测控系统中建立驱动桥支撑刚度输出模型。本发明能够实现汽车驱动桥支撑刚度的自动化测量，并建立模型计算出由支撑刚度引起的锥齿轮关键安装参数的变化，能够有效提高汽车驱动桥支撑刚度的测量精度和重复性，从而更好地对驱动桥的支撑刚度进行评价。

Description

一种驱动桥支撑刚度测量方法

技术领域

本发明涉及一种汽车驱动桥检测方法，尤其涉及一种驱动桥支撑刚度测量方法。

背景技术

驱动桥的支撑刚度对驱动桥及整车的性能都具有很大的影响，尤其是对驱动桥和整车NVH性能具有非常大的影响，因此驱动桥支撑刚度测量是驱动桥非常重要的一个环节。目前，驱动桥支撑刚度测量往往采用简易的千分尺测量，读数和记录很不方便，而且测量精度不高，测点位置重复性不高，仅仅凭方便测量的几个测点位移对支撑刚度进行判断，难以准确描述和评价驱动桥的支撑刚性。

驱动桥的支撑刚度实际上最终导致主减速器输入齿轮(小轮)和输出齿轮(大轮)安装位置参数的变化，从而使得齿轮啮合情况变差，产生振动和噪声，因此，实际上最终是希望通过对支撑刚度的测量了解锥齿轮安装参数的变化，从而对其进行改进。

因此，本发明通过布置位移传感器对相应测点位移进行测量，建立数学模型计算出小轮相对于大轮中点的相对轴向位移、大轮相对于小轮中点的相对轴向位移、小轮相对于大轮相错点的相对垂直(偏置)位移和小轮和大轮轴线间的相对角位移等关键安装参数，并结合传动误差对支撑刚度进行综合评价，从而大大提高测量的自动化程度、准确性和重复性，对提升驱动桥和整车的NVH性能具有很强的指导作用。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于怎样解决现有驱动桥支撑刚度测量麻烦，测量精确度低的问题，提供一种驱动桥支撑刚度测量方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种驱动桥支撑刚度测量方法，其特征在于：包括试验台和测控系统；所述试验台包括一动力输出系统、两加载系统；所述动力输出系统包括变频电机、减速箱、第一扭矩传感器以及第一角度编码器；所述变频电机的输出轴通过第一联轴器与减速箱的输入轴相连，减速箱的输出轴与第一扭矩传感器相连后通过第二联轴器与第一角度编码器相连；所述加载系统包括加载电机、升速箱、第二扭矩传感器以及第二角度编码器，第二角度编码器通过第三联轴器与第二扭矩传感器相连，第二扭矩传感器经升速箱后通过第四联轴器与加载电机相连；

测量步骤和方法如下：

1)将驱动桥安装于试验台上，其中，驱动桥的输入端通过输入法兰与传动轴相连后与动力输出系统的第一角度编码器相连；驱动桥的两输出端分别通过法兰盘与一加载系统的第二角度编码器相连；

2)将驱动桥壳体的主减速器后盖打开；

3)建立三维坐标系，确定待测点，然后布置位移传感器以检测各个待测点的位移；其中，X轴为驱动桥主减速器小轮轴线方向，沿车辆前进方向为正，Y轴为驱动桥主减速器大轮轴线方向，向左为正，Z轴垂直于X、Y轴，向上为正，以小轮轴线和大轮轴线在X、Y轴所在平面的交点为原点；所述待测点包括：

测点1，大轮大端轴颈位置，通过传感器1测量大轮大端轴颈在Z轴正方向的位移d₁；

测点1R，大轮轴右端位置，通过传感器2测量大轮右端在Z轴正方向的位移d_1R；

测点3，小轮小端轴颈位置，通过传感器3测量小轮小端轴颈在Z轴负方向上的位移d₃；

测点3A，小轮大端轴承内圈位置，通过传感器3a测量小轮大端轴承内圈在Z轴负方向上的位移d₄；

测点5，大轮齿冠与小轮啮合位置，通过传感器4测量大轮齿冠与小轮啮合位置在Y轴负方向上的位移d₅；

测点7，小轮小端轴颈位置，通过传感器5测量小轮小端轴颈在Y轴正方向上的位移d₇；

测点7A，小轮大端轴承内圈近端位置，通过传感器6测量小轮大端轴承内圈近端在Y轴正方向上的位移d_7A；

测点7B，小轮大端轴承内圈远端位置，通过传感器7测量小轮大端轴承内圈远端在Y轴正方向上的位移d_7B；

测点9，大轮齿冠与小轮啮合位置转动180°位置，通过传感器8测量该位置在Y轴负方向上的位移d₉；

测点10，大轮大端轴颈位置，通过传感器9测量大轮大端轴颈在X轴正方向上的位移d₁₀；

测点10R，大轮轴右侧位置，通过传感器10测量大轮轴右侧在X轴正方向上的位移d_10R；

测点15，输入法兰盘左侧位置，通过传感器11测量输入法兰盘左侧在X轴正方向上的位移d₁₅；

测点16，输入法兰盘右侧位置，通过传感器12测量输入法兰盘右侧在X轴正方向上的位移d₁₆；

4)采用游标卡尺测量以下各测点之间的距离：

测点3和3A在XOZ平面内的距离A；

测点7和7A在XOZ平面内的距离B；

测点7到大轮轴线在XOZ平面内的距离C；

测点1和1R在YOZ平面内的距离D；

测点1到小轮轴线在YOZ平面内的距离G；

测点9到大轮轴线在XOY平面内的距离L；

测点10和10R在XOY平面内的距离P；

测点10到相错点在XOY平面内的距离Q；

测点5到大轮轴线在XOY平面内的距离Z；

5)控制试验台在转速≤10rpm和满载情况下运转，并对3)中各测点的位移进行测试，同时根据角度编码器测量系统传递误差TE：

TE＝i*θ_i-θ_u；

式中：i——驱动桥传动比，θ_i——第一角度编码器测得的角位移，θ_u——第二角度编码器测得的角位移；

6)在测控系统中建立驱动桥支撑刚度输出模型，通过测控系统计算小轮相对于大轮中点的相对轴向位移、大轮相对于小轮中点的相对轴向位移、小轮相对于大轮相错点的相对偏置位移以及小轮和大轮轴线间的相对角位移；

其中，大轮中点锥距A_G，大轮节锥角β，大轮节锥顶超过相错点距离Z¹，小轮偏置距E，轴交角φ为已知设计参数；

其具体步骤如下：

根据测试到的相关参数，得到小轮回转平面内的偏置角α：

则，大小轮回转平面内的偏置角之和的正弦为：

其中，ε是大轮回转平面内的偏置角，所以

由此，可以得出小轮节锥角γ的正弦值为：

小轮节锥角γ的余弦值为：

所以：

小轮中点半径：

小轮中点锥距：

小轮节锥点超过相错点：

小轮中点至相错点：G_p＝A_p cosγ-G'；

大轮中点至相错点：Z_p＝A_G cosβ-Z¹；

小轮轴角位移：

主减速器壳Y轴角位移：

大轮轴角位移：

小轮轴向位移：

大轮轴向位移：ΔX_GG＝(d₅)-(R-G_p)ΔΣ_G；

大轮中点在小轮轴线方向的侧向位移：

小轮中点在大轮轴线方向的侧向位移：

小轮相对于相错点的垂直位移：

大轮相对于相错点的垂直位移：

小轮相对于大轮中点的相对轴向位移：ΔX_P＝ΔX_PP+ΔX_PG；

大轮相对于小轮中点的相对轴向位移：ΔX_G＝ΔX_GG+ΔX_Gy；

小轮相对于大轮相错点的相对偏置位移：ΔE＝ΔE_P+ΔE_G；

小轮和大轮轴线间的相对角位移：

与现有技术相比，本发明具有如下优点：能够实现汽车驱动桥支撑刚度的自动化测量，并建立模型计算出由支撑刚度引起的锥齿轮关键安装参数的变化，能够有效提高汽车驱动桥支撑刚度的测量精度和重复性，从而更好地对驱动桥的支撑刚度进行评价，对NVH性能的提升具有重要指导作用；根据测量计算出的驱动桥锥齿轮安装参数在运转时的变化量和传动误差，能够判断驱动桥支撑刚性的好坏，原则上这些参数值越小，支撑刚性越好。

附图说明

图1为本发明中试验台的结构示意图。

图2为本发明中个测量点的布置示意图。

图中：1—底板，21—变频电机，22—减速箱，23—第一扭矩传感器，24—第一角度编码器，31—加载电机，32—升速箱，33—第二扭矩传感器，34—第二角度编码器。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例：参见图1、图2，一种驱动桥支撑刚度测量方法，包括试验台和测控系统；所述试验台包括一动力输出系统、两加载系统；该动力输出系统和两加载系统安装于一T型底板1上。所述动力输出系统包括变频电机21、减速箱22、第一扭矩传感器23以及第一角度编码器24；所述变频电机21的输出轴通过第一联轴器与减速箱22的输入轴相连，减速箱22的输出轴与第一扭矩传感器23相连后通过第二联轴器与第一角度编码器24相连；所述加载系统包括加载电机31、升速箱32、第二扭矩传感器33以及第二角度编码器34，第二角度编码器34通过第三联轴器与第二扭矩传感器33相连，第二扭矩传感器33经升速箱32后通过第四联轴器与加载电机31相连。

测量步骤和方法如下：

1)将驱动桥安装于试验台上，其中，驱动桥的输入端通过输入法兰与传动轴相连后与动力输出系统的第一角度编码器相连；驱动桥的两输出端分别通过法兰盘与一加载系统的第二角度编码器相连。

2)将驱动桥壳体的主减速器后盖打开。

3)建立三维坐标系，确定待测点，然后布置位移传感器以检测各个待测点的位移；其中，X轴为驱动桥主减速器小轮轴线方向，沿车辆前进方向为正，Y轴为驱动桥主减速器大轮轴线方向，向左为正，Z轴垂直于X、Y轴，向上为正，以小轮轴线和大轮轴线在X、Y轴所在平面的交点为原点；如图2所示，所述待测点包括：

测点1，大轮大端轴颈位置，通过传感器1测量大轮大端轴颈在Z轴正方向的位移d₁；

测点1R，大轮轴右端位置，通过传感器2测量大轮右端在Z轴正方向的位移d_1R；

测点3，小轮小端轴颈位置，通过传感器3测量小轮小端轴颈在Z轴负方向上的位移d₃；

测点3A，小轮大端轴承内圈位置，通过传感器3a测量小轮大端轴承内圈在Z轴负方向上的位移d₄；

测点5，大轮齿冠与小轮啮合位置，通过传感器4测量大轮齿冠与小轮啮合位置在Y轴负方向上的位移d₅；

测点7，小轮小端轴颈位置，通过传感器5测量小轮小端轴颈在Y轴正方向上的位移d₇；

测点7A，小轮大端轴承内圈近端位置，通过传感器6测量小轮大端轴承内圈近端在Y轴正方向上的位移d_7A；

测点7B，小轮大端轴承内圈远端位置，通过传感器7测量小轮大端轴承内圈远端在Y轴正方向上的位移d_7B；

测点9，大轮齿冠与小轮啮合位置转动180°位置，通过传感器8测量该位置在Y轴负方向上的位移d₉；

测点10，大轮大端轴颈位置，通过传感器9测量大轮大端轴颈在X轴正方向上的位移d₁₀；

测点10R，大轮轴右侧位置，通过传感器10测量大轮轴右侧在X轴正方向上的位移d_10R；

测点15，输入法兰盘左侧位置，通过传感器11测量输入法兰盘左侧在X轴正方向上的位移d₁₅；

测点16，输入法兰盘右侧位置，通过传感器12测量输入法兰盘右侧在X轴正方向上的位移d₁₆；

具体布置位移测量测点，各测点的具体描述和方向如表1所示：

表1测点位置及描述

4)采用游标卡尺测量以下各测点之间的距离：

测点3和3A在XOZ平面内的距离A；

测点7和7A在XOZ平面内的距离B；

测点7到大轮轴线在XOZ平面内的距离C；

测点1和1R在YOZ平面内的距离D；

测点1到小轮轴线在YOZ平面内的距离G；

测点9到大轮轴线在XOY平面内的距离L；

测点10和10R在XOY平面内的距离P；

测点10到相错点在XOY平面内的距离Q；

测点5到大轮轴线在XOY平面内的距离Z。

具体测点及测量面如表2所示：

表2被测量车桥的相关参数

5)控制试验台在转速≤10rpm和满载情况下运转，并对3)中各测点的位移进行测试，同时根据角度编码器测量系统传递误差TE：

TE＝i*θ_i-θ_u；

式中：i——驱动桥传动比，θ_i——第一角度编码器测得的角位移，θ_u——第二角度编码器测得的角位移。

6)在测控系统中建立驱动桥支撑刚度输出模型，通过测控系统计算小轮相对于大轮中点的相对轴向位移、大轮相对于小轮中点的相对轴向位移、小轮相对于大轮相错点的相对偏置(垂直)位移以及小轮和大轮轴线间的相对角位移；

其中，大轮中点锥距A_G，大轮节锥角β，大轮节锥顶超过相错点距离Z¹，小轮偏置距E，轴交角φ为已知设计参数；

其具体步骤如下：

根据测试到的相关参数，得到小轮回转平面内的偏置角α：

则，大小轮回转平面内的偏置角之和的正弦为：

其中，ε是大轮回转平面内的偏置角，所以

由此，可以得出小轮节锥角γ的正弦值为：

小轮节锥角γ的余弦值为：

所以：

小轮中点半径：

小轮中点锥距：

小轮节锥点超过相错点：

小轮中点至相错点：G_p＝A_p cosγ-G'；

大轮中点至相错点：Z_p＝A_G cosβ-Z¹；

小轮轴角位移：

主减速器壳Y轴角位移：

大轮轴角位移：

小轮轴向位移：

大轮轴向位移：ΔX_GG＝(d₅)-(R-G_p)ΔΣ_G；

大轮中点在小轮轴线方向的侧向位移：

小轮中点在大轮轴线方向的侧向位移：

小轮相对于相错点的垂直位移：

大轮相对于相错点的垂直位移：小轮相对于大轮中点的相对轴向位移：ΔX_P＝ΔX_PP+ΔX_PG；

大轮相对于小轮中点的相对轴向位移：ΔX_G＝ΔX_GG+ΔX_Gy；

小轮相对于大轮相错点的相对偏置(垂直)位移：ΔE＝ΔE_P+ΔE_G；

小轮和大轮轴线间的相对角位移：

最后，根据测量计算出的驱动桥锥齿轮安装参数在运转时的变化量小轮相对于大轮中点的相对轴向位移、大轮相对于小轮中点的相对轴向位移、小轮相对于大轮相错点的相对偏置(垂直)位移、小轮和大轮轴线间的相对角位移和传动误差，判断驱动桥支撑刚性的好坏，原则上这些参数值越小，支撑刚性越好。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种驱动桥支撑刚度测量方法，其特征在于：包括试验台和测控系统；所述试验台包括一动力输出系统、两加载系统；所述动力输出系统包括变频电机、减速箱、第一扭矩传感器以及第一角度编码器；所述变频电机的输出轴通过第一联轴器与减速箱的输入轴相连，减速箱的输出轴与第一扭矩传感器相连后通过第二联轴器与第一角度编码器相连；所述加载系统包括加载电机、升速箱、第二扭矩传感器以及第二角度编码器，第二角度编码器通过第三联轴器与第二扭矩传感器相连，第二扭矩传感器经升速箱后通过第四联轴器与加载电机相连；

测量步骤和方法如下：

1)将驱动桥安装于试验台上，其中，驱动桥的输入端通过输入法兰与传动轴相连后与动力输出系统的第一角度编码器相连；驱动桥的两输出端分别通过法兰盘与一加载系统的第二角度编码器相连；

2)将驱动桥壳体的主减速器后盖打开；

3)建立三维坐标系，确定待测点，然后布置位移传感器以检测各个待测点的位移；其中，X轴为驱动桥主减速器小轮轴线方向，沿车辆前进方向为正，Y轴为驱动桥主减速器大轮轴线方向，向左为正，Z轴垂直于X、Y轴，向上为正，以小轮轴线和大轮轴线在X、Y轴所在平面的交点为原点；所述待测点包括：

测点1，大轮大端轴颈位置，通过传感器1测量大轮大端轴颈在Z轴正方向的位移d₁；

测点1R，大轮轴右端位置，通过传感器2测量大轮右端在Z轴正方向的位移d_1R；

测点3，小轮小端轴颈位置，通过传感器3测量小轮小端轴颈在Z轴负方向上的位移d₃；

测点3A，小轮大端轴承内圈位置，通过传感器3a测量小轮大端轴承内圈在Z轴负方向上的位移d₄；

测点5，大轮齿冠与小轮啮合位置，通过传感器4测量大轮齿冠与小轮啮合位置在Y轴负方向上的位移d₅；

测点7，小轮小端轴颈位置，通过传感器5测量小轮小端轴颈在Y轴正方向上的位移d₇；

测点7A，小轮大端轴承内圈近端位置，通过传感器6测量小轮大端轴承内圈近端在Y轴正方向上的位移d_7A；

测点7B，小轮大端轴承内圈远端位置，通过传感器7测量小轮大端轴承内圈远端在Y轴正方向上的位移d_7B；

测点9，大轮齿冠与小轮啮合位置转动180°位置，通过传感器8测量该位置在Y轴负方向上的位移d₉；

测点10，大轮大端轴颈位置，通过传感器9测量大轮大端轴颈在X轴正方向上的位移d₁₀；

测点10R，大轮轴右侧位置，通过传感器10测量大轮轴右侧在X轴正方向上的位移d_10R；

测点15，输入法兰盘左侧位置，通过传感器11测量输入法兰盘左侧在X轴正方向上的位移d₁₅；

测点16，输入法兰盘右侧位置，通过传感器12测量输入法兰盘右侧在X轴正方向上的位移d₁₆；

4)采用游标卡尺测量以下各测点之间的距离：

测点3和3A在XOZ平面内的距离A；

测点7和7A在XOZ平面内的距离B；

测点7到大轮轴线在XOZ平面内的距离C；

测点1和1R在YOZ平面内的距离D；

测点1到小轮轴线在YOZ平面内的距离G；

测点9到大轮轴线在XOY平面内的距离L；

测点10和10R在XOY平面内的距离P；

测点10到相错点在XOY平面内的距离Q；

测点5到大轮轴线在XOY平面内的距离Z；

5)控制试验台在转速≤10rpm和满载情况下运转，并对3)中各测点的位移进行测试，同时根据角度编码器测量系统传递误差TE：

TE＝i*θ_i-θ_u；

式中：i——驱动桥传动比，θ_i——第一角度编码器测得的角位移，θ_u——第二角度编码器测得的角位移；

6)在测控系统中建立驱动桥支撑刚度输出模型，通过测控系统计算小轮相对于大轮中点的相对轴向位移、大轮相对于小轮中点的相对轴向位移、小轮相对于大轮相错点的相对偏置位移以及小轮和大轮轴线间的相对角位移；

其中，大轮中点锥距A_G，大轮节锥角β，大轮节锥顶超过相错点距离Z¹，小轮偏置距E，轴交角φ为已知设计参数；

其具体步骤如下：

根据测试到的相关参数，得到小轮回转平面内的偏置角α：

$\mathrm{\α}=\arctan \[\frac{Etan(\mathrm{\φ}-90)}{A_G\sec \mathrm{\β}-Z}\];$

则，大小轮回转平面内的偏置角之和的正弦为：

$\sin (\mathrm{\ϵ}+\mathrm{\α})=\frac{E\tan \mathrm{\β}\cos \mathrm{\α}}{A_G\sec \mathrm{\β}-Z};$

其中，ε是大轮回转平面内的偏置角，所以

$\mathrm{\ϵ}+\mathrm{\α}=\arcsin \[\frac{Etan\mathrm{\β}cos\mathrm{\α}}{A_G\sec \mathrm{\β}-Z}\];$

由此，可以得出小轮节锥角γ的正弦值为：

sinγ＝sinβsin(φ-90)+cosβcos(φ-90)cosε

小轮节锥角γ的余弦值为：

$\cos \mathrm{\γ}=\sqrt{1-{\sin }^2\mathrm{\γ}}$

所以：

小轮中点半径：

小轮中点锥距：

小轮节锥点超过相错点：

小轮中点至相错点：G_p＝A_pcosγ-G’；

大轮中点至相错点：Z_p＝A_Gcosβ-Z¹；

小轮轴角位移：

主减速器壳Y轴角位移：

大轮轴角位移：

小轮轴向位移：

大轮轴向位移：ΔX_GG＝(d₅)-(Z-G_p)ΔΣ_G；

大轮中点在小轮轴线方向的侧向位移：

小轮中点在大轮轴线方向的侧向位移：

${\mathrm{\ΔX}}_{G\mathrm{\γ}}=\[\left(d_{7A}\right)-(B+C-G_p){\mathrm{\Δ\Σ}}_P\]\sin \mathrm{\φ}-{\mathrm{\ΔX}}_{pp}\cos \mathrm{\φ};$

小轮相对于相错点的垂直位移：

大轮相对于相错点的垂直位移：

${\mathrm{\ΔE}}_G=\frac{D-G}{D}\[\left(d_1\right)-\left(d_{1R}\right)\]+\left(d_{1R}\right);$

小轮相对于大轮中点的相对轴向位移：ΔX_P＝ΔX_PP+ΔX_PG；

大轮相对于小轮中点的相对轴向位移：ΔX_G＝ΔX_GG+ΔX_Gγ；

小轮相对于大轮相错点的相对偏置位移：ΔE＝ΔE_P+ΔE_G；

小轮和大轮轴线间的相对角位移：