CN107664547A - 车辆主减速器隔套载荷的测试装置及方法 - Google Patents

车辆主减速器隔套载荷的测试装置及方法 Download PDF

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于志超
王文龙
尹红光
许修国
乔君辉
管艳艳
陈欢欢
高利
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    • G01L1/2262—Measuring circuits therefor involving simple electrical bridges

Abstract

本发明提供了一种车辆主减速器隔套载荷的测试装置及方法。所述测试装置包括：应变检测单元，形成于所述隔套和所述轮轴之间；所述应变检测单元被构造成由应变片组成的全桥回路；数据采集单元，与所述应变检测单元无线通讯连接，以接收所述应变检测单元的应变信号，并生成应变值；主控单元，与所述数据采集单元相连，以根据所述数据采集单元生成的应变值，生成所述隔套承受的载荷力P。通过应变检测单元设置于车辆上，可以对车辆实际形式状态下所承受的载荷进行检测，其检测结果较为精确。

Description

车辆主减速器隔套载荷的测试装置及方法
技术领域
本发明涉及汽车构件性能检测技术领域，特别涉及一种车辆主减速器隔套载荷的测试装置；同时，本发明还涉及一种基于该测试装置下的测试方法。
背景技术
隔套在汽车驱动桥主减速器装配过程中，起至关重要的作用，其可直接影响减速器轴承的预紧度和主动锥齿轮的支撑刚性。主动锥齿轮的轮轴所承受的预紧力必须要保证合适的适度，否则，预紧力过大，会导致轴承位置发热，影响轴承寿命，甚至烧蚀；过小会降低主动锥齿轮的轴轴的支撑刚性，造成主动锥齿轮的轴承轴向窜动，影响主、被齿轮啮合，造成打齿。因此，需要对隔套的受力情况进行测试。目前隔套受力情况都是通过整车参数进行理论计算得出，台架试验的加载力也均为理论计算值。优化设计时也只能通过理论数据进行分析，存在盲目性，整个分析过程中无法真实模拟各路况的受力情况。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种车辆主减速器隔套载荷的测试装置，以确保隔套所承受载荷测量的精确性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种车辆主减速器隔套载荷的测试装置，对套装于主动锥齿轮轮轴上的隔套所承受的载荷进行检测，所述主动锥齿轮收容于主减速器的壳体内，以承接传动轴输送的动力，其包括：
应变检测单元，形成于所述隔套和所述轮轴之间；所述应变检测单元被构造成由应变片组成的全桥回路；
数据采集单元，与所述应变检测单元无线通讯连接，以接收所述应变检测单元的应变信号，并生成应变值；
主控单元，与所述数据采集单元相连，以根据所述数据采集单元生成的应变值，生成所述隔套承受的载荷力P。
进一步的，所述应变检测单元包括于所述隔套的径向相对设置的两个应变片组，各所述应变片组由两个应变片组成。
进一步的，各所述应变片组中的两个所述应变片，分别沿所述隔套的轴向和径向设置。
进一步的，于所述传动轴上固定连接有与所述应变检测单元通过线缆相连的无线发射器，于所述数据采集单元上连接有与所述无线发射器适配的无线接收器。
进一步的，于所述轮轴的内部，设有将所述线缆引导至所述传动轴外表面上的通孔。
进一步的，所述通孔包括沿所述轮轴的径向设置的第一通孔，以及连通所述第一通孔的、沿所述轮轴的轴向设置的第二通孔，所述线缆途经所述第一通孔和所述第二通孔后，固定于所述传动轴的外表面上。
进一步的，所述数据采集单元为e-DAQ设备。
进一步的，所述主控单元以如下关系式生成载荷力P：
其中，E为弹性模量，单位帕(Pa)；εD为数据采集单元显示的应变值；μ为泊松比，对于钢材，通常取μ＝0.285；A为横截面积，单位平方米(m2)。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明所述的车辆主减速器隔套载荷的测试装置，通过应变检测单元设置于车辆上，可以对车辆实际形式状态下所承受的载荷进行检测，其检测结果较为精确。
本发明同时提供了一种车辆主减速器隔套载荷的测试方法，该方法包括以下步骤：
车辆运行时，由应变检测单元产生应变信号；
数据采集单元无线接收所述应变检测单元的应变信号，并生成应变值；
主控单元根据所述数据采集单元生成的应变值，生成隔套承受的载荷力P。
进一步的，所述主控单元以如下关系式生成载荷力P：
其中，E为弹性模量，单位帕(Pa)；εD为数据采集单元显示的应变值；μ为泊松比，对于钢材，通常取μ＝0.285；A为横截面积，单位平方米(m2)。
本发明同所述的车辆主减速器隔套载荷的测试方法，与如上的车辆主减速器隔套载荷的测试装置，具有相同的效果，在此不再赘述。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例的测试装置与发动机系统连接下的结构框图；
图2为图1中无线发射器安装下的结构示意图；
图3为图2中应变检测单元与隔套的连接关系示意图；
图4为图3的A-A向结构示意图；
图5为图3中应变检测单元形成的全桥回路下的连接关系示意图；
附图标记说明：
1-发动机，2-离合器，3-变速器，4-传动轴，5-主控单元，6-主减速器，601-壳体，602-主动锥齿轮，603-轮轴，604-轴承，605-隔套，606-应变片组，6061-第一应变片，6062-第二应变片，6063-第三应变片，6064-第四应变片，607-线缆，701-第一通孔，702-第二通孔，8-无线发射器，9-无线接收器，10-数据采 集单元。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明涉及一种车辆主减速器隔套载荷的测试装置，其用于对套装于主动锥齿轮轮轴上的隔套所承受的载荷进行检测，其主要包括应变检测单元，数据采集单元以及主控单元。其中，应变检测单元形成于所述隔套和所述轮轴之间；所述应变检测单元被构造成由应变片组成的全桥回路；数据采集单元与所述应变检测单元无线通讯连接，以接收所述应变检测单元的应变信号，并生成应变值；主控单元与所述数据采集单元相连，以根据所述数据采集单元生成的应变值，生成所述隔套承受的载荷力P。由于本发明的测试装置装设于实际的车辆上，可以在整车实际道路行驶过程中，进行数据采集，并生成载荷力，其检测结果较为精确。
基于如上整体结构的描述，由图1所示，本实施例的车辆主减速器隔套载荷的测试装置装设于车辆的主减速器6中，主减速器6通过传动轴4连接在变速器3上，变速器3通过离合器2与发动机1形成驱动连接。发动机1输出的驱动力，通过离合器2传递到变速器3，变速器3通过改变传动比，从而改变传递到驱动轮上的转速和扭矩，将动力通过传动轴4传递到主减速器6的凸缘。图2示出了主减速器的部分结构，由图2所示，主减速器6包括壳体601，收容于壳体601内的主动锥齿轮602，主动锥齿轮602的轮轴603通过两个轴承604而转动的设置在壳体601内，且轮轴603的轴线与传动轴4共中心线设置，传动轴4与凸缘603固连设置，以在转动时，凸缘603能够带动轮轴603转动，进而实现主动锥齿轮602的转动。在两个轴承604之间的轮轴603上，套装有隔套605，隔套605与轮轴603过盈配合，以能够随着轮轴603同步转动。
本实施例的应变检测单元则设置在隔套605和轮轴603之间，由图3结合图4所示，应变检测单元包括两个应变片组606，两个应变片组606于隔套605 的径向相对设置，各所述应变片组分别由两个应变片组成，为了便于表述，以图3所示状态下的，位于隔套605内壁上方的两个应变片分别为第一应变片6061和第二应变片6062；位于隔套605内壁下方的应变片组中的两个应变片，分别为第三应变片6063和第四应变片6064，各个应变片的阻值均为350欧姆。
为了进一步提高检测精度，本实施例中，每个应变片组606中的两个应变片，分别沿隔套605的轴向和径向设置。具体来讲，以图3所示状态的位于上方的应变片组中的第一应变片6061，沿隔套605的径向设置，第二应变片6062沿隔套605的轴向设置；位于下方的应变片组中的第三应变片6063沿隔套605的径向设置，第四应变片6064沿隔套605的轴向设置。各个应变片粘结在隔套605的内壁上，且每个应变片均连接有两根线缆607，以将各个应变片连接组成全桥回路，因线缆的连接，使得各个应变片接入到全桥回路中时，第一应变片6061对应电阻R1，第二应变片6062对应电阻R2，第三应变片6063对应电阻R3，第四应变片6064对应电阻R4。各个应变片位于隔套倒角下方3mm处，并组成的全桥回路如图5所示。
为了将线缆引出，以将信号无线发送给数据采集单元，于轮轴603的内部，设有将全桥回路的输出线缆607引导至传动轴4外表面上的通孔，本实施例的通孔，由图2所示，本实施例的通孔包括沿轮轴603的径向设置的第一通孔701，以及连通第一通孔701的、沿轮轴603的轴向设置的第二通孔702，第一通孔701的中心线和第二通孔702的中心线垂直设置，第二通孔702的中心线与轮轴603的轴线重合设置，以使线缆607由第一通孔701进入，并经由第二通孔702，以图2所示状态，由轮轴603的右端，即轮轴的花键端的中心处伸出，并延伸至传动轴4的外表面，以便和固连在传动轴4外表面的无线发射器8连接。
将线缆引出后，可以在应变片的表面涂抹胶水，以保证应变片不受油污、杂质的影响，在将隔套套装于轮轴上后，应变片被固定在隔套和轮轴之间。为了确保线缆与通孔内不受损伤，在第一通孔701和第二通孔702的贯联处，形成圆角，以保护线缆。为了进一步提高线缆被固定后的稳定性，于传动轴4外表面上的线缆段通过粘结的形式固连在传动轴4上。如上的结构，使得应变片、 线缆以及无线发射器8能够随传动轴4同步转动，避免了汽车行驶过程中将线缆甩断。
为了能够接收通过无线发射器8发送的信号，由图1所示，在数据采集单元10的信号输入端连接有与无线发射器8适配的无线接收器9，而数据采集单元10，于本实施例中采用e-DAQ设备，如美国HBM公司80通道数据采集器SoMat e-DAQ(350欧姆)，该设备主要是采集接收应变检测单元的应变信号。通过数据采集单元10，可以根据接受的应变信号，生成应变值εD，并将该应变值传送给主控单元5，主控单元5具有计算处理及控制能力，其可以采用PC机等，主控单元5根据接收的应变值εD，以如下关系式生成载荷力P：
其中，E为弹性模量，单位帕(Pa)；εD为数据采集单元显示的应变值；μ为泊松比，对于钢材，通常取μ＝0.285；A为横截面积，单位平方米(m2)。
如上关系式中，由于全桥回路测量以如下公式计算受力：
输出电压
桥臂系数
应力
载荷力P＝σ*A。
其中，U0为激励电压，为设备直接提供给应变片工作桥路的电压值；U为
输出电压，当惠斯通电桥处于均衡状态时，输出电压为0，随着应变片在测
试过程中变形，桥路电阻值发生变化后桥路失衡，输出电压不再为0。
故此，依据如上结构，得出载荷力
以横截面积为1cm2的杆件为例，在受力时，杆件上的应变片产生应变，仪器显示应变值为485με，弹性模量E＝206GPa,通过控制单元，计算载荷力大小
在实际使用过程中，仅需将杆件对应的横截面积适应性的替换为隔套的横截面积，即可得出隔套的载荷力大小。
如上的测试装置，应用于实际车辆中，其测量方法是在车辆运行时，由应变检测单元产生应变信号；数据采集单元无线接收所述应变检测单元的应变信号，并生成应变值；主控单元根据所述数据采集单元生成的应变值，生成隔套承受的载荷力P。其可以有效的获取车辆实际状态下的隔套载荷力，测量结果较为精确。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车辆主减速器隔套载荷的测试装置，对套装于主动锥齿轮(602)轮轴(603)上的隔套(605)所承受的载荷进行检测，所述主动锥齿轮(602)收容于主减速器(6)的壳体(601)内，以承接传动轴(4)输送的动力，其特征在于所述测试装置包括：
应变检测单元，形成于所述隔套(605)和所述轮轴(603)之间；所述应变检测单元被构造成由应变片组成的全桥回路；
数据采集单元(10)，与所述应变检测单元无线通讯连接，以接收所述应变检测单元的应变信号，并生成应变值；
主控单元(5)，与所述数据采集单元(10)相连，以根据所述数据采集单元(10)生成的应变值，生成所述隔套(605)承受的载荷力P。
2.根据权利要求1所述的车辆主减速器隔套载荷的测试装置，其特征在于：所述应变检测单元包括于所述隔套(605)的径向相对设置的两个应变片组(606)，各所述应变片组(606)由两个应变片组成。
3.根据权利要求2所述的车辆主减速器隔套载荷的测试装置，其特征在于：各所述应变片组(606)中的两个所述应变片，分别沿所述隔套(605)的轴向和径向设置。
4.根据权利要求1所述的车辆主减速器隔套载荷的测试装置，其特征在于：于所述传动轴(4)上固定连接有与所述应变检测单元通过线缆(607)相连的无线发射器(8)，于所述数据采集单元(10)上连接有与所述无线发射器(8)适配的无线接收器(9)。
5.根据权利要求4所述的车辆主减速器隔套载荷的测试装置，其特征在于：于所述轮轴(603)的内部，设有将所述线缆(607)引导至所述传动轴(4)外表面上的通孔。
6.根据权利要求4所述的车辆主减速器隔套载荷的测试装置，其特征在于：所述通孔包括沿所述轮轴(603)的径向设置的第一通孔(701)，以及连通所述第一通孔(701)的、沿所述轮轴(603)的轴向设置的第二通孔(702)，所述 线缆(607)途经所述第一通孔(701)和所述第二通孔(702)后，固定于所述传动轴(4)的外表面上。
7.根据权利要求1所述的车辆主减速器隔套载荷的测试装置，其特征在于：所述数据采集单元(10)为e-DAQ设备。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的车辆主减速器隔套载荷的测试装置，其特征在于，所述主控单元(5)以如下关系式生成载荷力P：
其中，E为弹性模量，单位帕(Pa)；εD为数据采集单元显示的应变值；μ为泊松比，对于钢材，通常取μ＝0.285；A为横截面积，单位平方米(m2)。
9.一种车辆主减速器隔套载荷的测试方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
车辆运行时，由应变检测单元产生应变信号；
数据采集单元(10)无线接收所述应变检测单元的应变信号，并生成应变值；
主控单元(5)根据所述数据采集单元(10)生成的应变值，生成隔套(605)承受的载荷力P。
10.根据权利要求9所述的车辆主减速器隔套载荷的测试方法，其特征在于：所述主控单元(5)以如下关系式生成载荷力P：
其中，E为弹性模量，单位帕(Pa)；εD为数据采集单元显示的应变值；μ为泊松比，对于钢材，通常取μ＝0.285；A为横截面积，单位平方米(m2)。
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