CN113340593A - 驱动桥减速器的低摩擦损失的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种驱动桥减速器的低摩擦损失的测试方法。该方法包括如下测试步骤：首先，将驱动桥测试样件安装在试验台上，并将驱动桥测试样件与试验台之间连接传动轴，使驱动桥测试样件桥壳前端的减速器轴线、试验台动力轴线以及传动轴轴线，三轴线同轴且水平布置；另外确保驱动桥测试样件输出端悬空，试验台对驱动桥测试样件输出端不加载；试验台通过传动轴使驱动桥测试样件桥壳前端的减速器按照不同输入转速进行旋转，当润滑油油温超过80℃时，开启降温装置，将测试油温控制在80℃±2℃之内，并记录每个车速下同一时刻的驱动桥测试样件的输入转速和对应的衍生扭矩。该测试方法得到的低摩擦损失数值比masta计算及CAE仿真更加准确。
Description
技术领域
本发明涉及轻型、中型、重型常规动力卡车所使用的驱动桥技术领域，具体地指一种驱动桥减速器的低摩擦损失的测试方法。
背景技术
针对目前卡车节油性能越来越高的要求，驱动桥作为卡车动力总成关键分总成，其动力传动过程中扭矩损失情况越来越受到关注。轻型、中型、重型常规动力卡车所使用的驱动桥由减速器、桥壳、制动器、轮毂、半轴组成。驱动桥扭矩损失主要来源于两方面：一方面是减速器内的低摩擦损失，包括：轴承及油封的摩擦带来的低摩擦损失以及齿轮油搅拌阻力带来的低摩擦损失，另一方面是驱动桥负载状态下减速器内的齿轮传递带来的扭矩损失。
目前，驱动桥的传动效率台架试验仅能够综合测定上述减速器内的低摩擦损失和减速器内的齿轮传递带来的扭矩损失，但是对减速器内的低摩擦损失没有单独的台架测试方法。
发明内容
本发明的目的就是要解决在不同油量状态下，单独测定减速器内的低摩擦损失，提供一种驱动桥减速器的低摩擦损失的测试方法。
为实现上述目的，本发明研制出了一种驱动桥减速器的低摩擦损失的测试方法，其特别之处在于，包括如下测试步骤：
a.首先，将驱动桥测试样件安装在试验台上，并将驱动桥测试样件与试验台之间连接传动轴，使驱动桥测试样件桥壳前端的减速器轴线、试验台动力轴线以及传动轴轴线，三轴线同轴且水平布置；另外确保驱动桥测试样件输出端悬空，试验台对驱动桥测试样件输出端不加载；
b.试验台通过传动轴使驱动桥测试样件桥壳前端的减速器按照不同输入转速进行旋转，当润滑油油温超过80℃时，开启降温装置，将测试油温控制在80℃±2℃之内；
c.减速器壳体内不加注润滑油，试验台的输入转速按照整车车速从10km/h至100km/h范围内，均匀选取若干个车速进行测试，待润滑油温度、试验台的输入转速稳定下来后，分别记录每个车速下同一时刻的驱动桥测试样件的输入转速和对应的衍生扭矩；
d.减速器壳体内加注额定润滑油，试验台的输入转速按照整车车速从10km/h至100km/h范围内，均匀选取若干个车速进行测试，待润滑油温度、试验台的输入转速稳定下来后，分别记录每个车速下同一时刻的驱动桥测试样件的输入转速和对应的衍生扭矩；
e.减速器壳体内加注120％额定润滑油，试验台的输入转速按照整车车速从10km/h至100km/h范围内，均匀选取若干个车速进行测试，待润滑油温度、试验台的输入转速稳定下来后，分别记录每个车速下同一时刻的驱动桥测试样件的输入转速和对应的衍生扭矩。
进一步地，所述试验台包括提供转速和扭矩的驱动电机，所述驱动电机与离合器之间通过连接用传动轴连接，所述离合器与试验台减速箱之间通过传送带连接，所述试验台减速箱尾部设有试验台转速传感器，所述试验台减速箱头部通过输出法兰与所述传动轴连接。
进一步地，步骤b中，所述润滑油油温通过安设在驱动桥测试样件(1)桥壳内的温度传感器进行检测。
进一步地，所述温度传感器的采样精度为0～±0.6℃。
进一步地，步骤b中，所述降温装置为设置在所述驱动桥测试样件桥壳外侧的风冷或水冷装置。
进一步地，步骤c中，所述输入转速和对应的衍生扭矩、步骤d中所述输入转速和对应的衍生扭矩以及步骤e中所述输入转速和对应的衍生扭矩均通过安设在驱动桥测试样件与传动轴之间的扭矩传感器进行检测。
进一步地，所述扭矩传感器的量程与最大所需测量值的比值为1.5～2，所述扭矩传感器的测量误差为0～±0.2％，所述扭矩传感器的采样频率大于或等于800Hz。
进一步地，步骤c、步骤d以及步骤e中，所述试验台的输入转速均为200～2500r/min，输入转速控制误差均为0～±4r/min，输入转速测量误差均为0～±1r/min，输入转速采样频率均大于或等于180Hz。
本发明的优点在于：
1.首创驱动桥低摩擦损失的测试方法，通过对驱动桥测试样件输入端提供输入转速，驱动桥测试样件输出端不施加转速及扭矩，利用驱动桥测试样件与传动轴之间的扭矩传感器检测不同油量状态下，不同驱动桥输入转速下的驱动桥的低摩擦损失。
2.由额定油量及120％额定油量状态下的驱动桥的低摩擦损失数值可分析出：润滑油油量增加20％，齿轮油搅拌阻力带来的低摩擦损失增加10％左右，所以在后续的驱动桥零件设计中，应尽量减小储油空间，从而减少齿轮油搅拌阻力带来的低摩擦损失。
3.将无油状态下的驱动桥的低摩擦损失数值对比其他两种状态(额定油量及120％额定油量状态)下的驱动桥的低摩擦损失数值可分析出：在车速50km/h以下时，齿轮油搅拌阻力带来的低摩擦损失为轴承及油封的摩擦带来的低摩擦损失的50％左右；在车速50km/h以上时，无油状态比有油状态低摩擦损失更大，说明齿轮油的润滑作用可减少轴承及油封的摩擦带来的低摩擦损失；有油状态相比无油状态可以降低20％左右的低摩擦损失。
本发明驱动桥减速器的低摩擦损失的测试方法，该测试方法得到的低摩擦损失数值比masta计算及CAE仿真更加准确。
附图说明
附图1为本发明所提出的驱动桥减速器的低摩擦损失的测试方法中试验装置的平面布置结构示意图；
附图2为本发明所提出的驱动桥减速器的低摩擦损失的测试方法中试验装置的左视结构示意图；
附图3为本发明所提出的驱动桥减速器的低摩擦损失的测试方法中试验台的平面布置结构示意图；
附图4为本发明所提出的驱动桥减速器的低摩擦损失的测试方法中不同油量状态下的衍生扭矩随输入转速R的变化曲线；
图中：驱动桥测试样件1、减速器11、扭矩传感器2、传动轴3、试验台4、温度传感器5、降温装置6、输入转速R、衍生扭矩M1、衍生扭矩M2、衍生扭矩M3，
其中试验台4包括：驱动电机4-1、连接用传动轴4-2、离合器4-3、传送带4-4、试验台转速传感器4-5、试验台减速箱4-6、输出法兰4-7。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
如图所示，选取6x4牵引车(GVW49T)，使用469驱动桥和自制试验台4，进行本发明的驱动桥减速器的低摩擦损失的测试方法，具体的测试步骤如下：
a.首先，将驱动桥测试样件1安装在试验台4上，并将驱动桥测试样件1与试验台4之间连接传动轴3，使驱动桥测试样件1桥壳前端的减速器11轴线、试验台4动力轴线以及传动轴3轴线，三轴线同轴且水平布置。同时确保驱动桥测试样件1输出端悬空，试验台4对驱动桥测试样件1输出端不加载。
b.试验台4通过传动轴3使驱动桥测试样件1桥壳前端的减速器11按照不同输入转速R进行旋转。测试过程中，低摩擦损失受温度影响较大，当润滑油油温超过80℃时，开启安设在所述驱动桥测试样件1桥壳外侧的风冷装置6，将测试油温控制在80℃±2℃之内。不建议使用油冷，润滑油冷却应不影响驱动桥传动效率测试结果。所述润滑油油温通过安设在驱动桥测试样件1桥壳内的温度传感器5进行检测，所述温度传感器5的采样精度为0～±0.6℃。
e.然后按照减速器11壳体内不加注润滑油、加注额定润滑油、加注120％额定润滑油三种油量状态下，进行测试：
第一种油量状态：减速器11壳体内不加注润滑油，此种状态下测试的是轴承及油封的摩擦带来的低摩擦损失，不包含齿轮油搅拌阻力带来的低摩擦损失。
驱动桥测试样件1的输入转速R按照整车车速V从10km/h至100km/h范围内，均匀选取11组输入转速R进行测试。所述输入转速R取值200～2500r/min，输入转速R和车速V的对应关系见下表1。
待润滑油温度、试验台4的输入转速R稳定下来后，分别记录11组转速R下同一时刻的驱动桥测试样件1的输入转速R和对应的衍生扭矩M1。输入转速R和衍生扭矩M1的对应关系见下表2。
第二种油量状态：减速器11壳体内加注额定润滑油，此种状态下测试的是轴承及油封的摩擦带来的低摩擦损失和齿轮油搅拌阻力带来的低摩擦损失。
驱动桥测试样件1的输入转速R按照整车车速V从10km/h至100km/h范围内，均匀选取11组转速R进行测试。所述输入转速R取值200～2500r/min，输入转速R和车速V的对应关系见下表1。
待润滑油温度、试验台4的输入转速R稳定下来后，分别记录11组转速R下同一时刻的驱动桥测试样件1的输入转速R和对应的衍生扭矩M2。输入转速R和衍生扭矩M2的对应关系见下表2。
第三种油量状态：减速器11壳体内加注120％额定润滑油，此种状态下测试的是轴承及油封的摩擦带来的低摩擦损失和齿轮油搅拌阻力带来的低摩擦损失。
驱动桥测试样件1的输入转速R按照整车车速V从10km/h至100km/h范围内，均匀选取11组转速R进行测试。所述输入转速R取值200～2500r/min，输入转速R和车速V的对应关系见下表1。
待润滑油温度、试验台4的输入转速R稳定下来后，分别记录11组转速R下同一时刻的驱动桥测试样件1的输入转速R和对应的衍生扭矩M3。输入转速R和衍生扭矩M3的对应关系见下表2。
上述输入转速R和对应的衍生扭矩M1、M2、M3均通过安设在驱动桥测试样件1与传动轴3之间的HBM扭矩传感器2进行检测。所述扭矩传感器2的量程与最大所需测量值的比值为1.5～2，所述扭矩传感器2的测量误差为0～±0.2％，所述扭矩传感器2的采样频率大于或等于800Hz。所述输入转速R控制误差均为0～±4r/min，输入转速R测量误差均为0～±1r/min，输入转速R采样频率均大于或等于180Hz。该测试方法得到的衍生扭矩M1、M2、M3数值比masta计算及CAE仿真更加准确。
分析下表2中的数据：
衍生扭矩M1表示不加注润滑油状态下，检测到的轴承及油封的摩擦带来的低摩擦损失；
衍生扭矩M2表示加注额定润滑油状态下，检测到的总低摩擦损失，即轴承及油封的摩擦带来的低摩擦损失和齿轮油搅拌阻力带来的低摩擦损失；
衍生扭矩M3表示加注120％额定润滑油状态下，检测到的总低摩擦损失，即轴承及油封的摩擦带来的低摩擦损失和齿轮油搅拌阻力带来的低摩擦损失。
由(M3-M2)/M2可以看出，润滑油加入量增加20％，齿轮油搅拌阻力带来的低摩擦损失增加10％左右，所以在后续的驱动桥零件设计中，应尽量减小储油空间，从而减少齿轮油搅拌阻力带来的低摩擦损失。
在车速50km/h(对应驱动桥输入转速1200r/min)以下时，由(M3-M1)/M1和(M2-M1)/M1可以看出，齿轮油搅拌阻力带来的低摩擦损失为轴承及油封的摩擦带来的低摩擦损失的50％左右。
在车速50km/h(对应驱动桥输入转速1200r/min)以上时，由M1、M2、M3数值可以看出，无油状态比有油状态低摩擦损失更大，说明齿轮油的润滑作用可减少轴承及油封的摩擦带来的低摩擦损失；由(M3-M1)/M1和(M2-M1)/M1可以看出，有油状态相比无油状态可以降低20％左右的低摩擦损失。
分别绘制上述三种油量状态下，衍生扭矩M1、M2、M3随输入转速R的变化曲线，见附图4。由附图4可以看出，无油状态曲线对比其他两条状态曲线，在车速50km/h(对应驱动桥输入转速1200r/min)以上时，无油状态比有油状态低摩擦损失更大。
为实施本次试验，自制的试验台4包括：驱动电机4-1、连接用传动轴4-2、离合器4-3、传送带4-4、试验台转速传感器4-5、试验台减速箱4-6、输出法兰4-7。
自制试验台4工作原理如下：驱动电机4-1提供转速和扭矩，通过连接用传动轴4-2传送至离合器4-3，离合器4-3可快速将试验台4的转速降速为零；离合器4-3和试验台减速箱4-6之间通过传送带4-4连接，试验台减速箱4-6的尾部增加试验台转速传感器4-5，保证试验台4输出转速准确；试验台减速箱4-6头部通过输出法兰4-7和所述传动轴3连接，试验台减速箱4-6增加齿轮组，用来满足驱动桥测试样件1的测试转速，例如测试时驱动桥输入端要达到2400r/min，试验台减速箱4-6要增加小速比齿轮组。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等等，均应包含在本发明的保护范围之内。
表1：驱动桥输入转速R与对应车速V的对应关系
表2：驱动桥输入转速R与对应衍生扭矩M1的对应关系
Claims (8)
1.一种驱动桥减速器的低摩擦损失的测试方法，其特征在于，包括如下测试步骤：
a.首先，将驱动桥测试样件(1)安装在试验台(4)上，并将驱动桥测试样件(1)与试验台(4)之间连接传动轴(3)，使驱动桥测试样件(1)桥壳前端的减速器(11)轴线、试验台(4)动力轴线以及传动轴(3)轴线，三轴线同轴且水平布置；另外确保驱动桥测试样件(1)输出端悬空，试验台(4)对驱动桥测试样件(1)输出端不加载；
b.试验台(4)通过传动轴(3)使驱动桥测试样件(1)桥壳前端的减速器(11)按照不同输入转速(R)进行旋转，当润滑油油温超过80℃时，开启降温装置(6)，将测试油温控制在80℃±2℃之内；
c.减速器(11)壳体内不加注润滑油，试验台(4)的输入转速(R)按照整车车速从10km/h至100km/h范围内，均匀选取若干个车速进行测试，待润滑油温度、试验台(4)的输入转速(R)稳定下来后，分别记录每个车速下同一时刻的驱动桥测试样件(1)的输入转速(R)和对应的衍生扭矩(M1)；
d.减速器(11)壳体内加注额定润滑油，试验台(4)的输入转速(R)按照整车车速从10km/h至100km/h范围内，均匀选取若干个车速进行测试，待润滑油温度、试验台(4)的输入转速(R)稳定下来后，分别记录每个车速下同一时刻的驱动桥测试样件(1)的输入转速(R)和对应的衍生扭矩(M2)；
e.减速器(11)壳体内加注120％额定润滑油，试验台(4)的输入转速(R)按照整车车速从10km/h至100km/h范围内，均匀选取若干个车速进行测试，待润滑油温度、试验台(4)的输入转速(R)稳定下来后，分别记录每个车速下同一时刻的驱动桥测试样件(1)的输入转速(R)和对应的衍生扭矩(M3)。
2.根据权利要求1所述的驱动桥减速器的低摩擦损失的测试方法，其特征在于：所述试验台(4)包括提供转速和扭矩的驱动电机(4-1)，所述驱动电机(4-1)与离合器(4-3)之间通过连接用传动轴(4-2)连接，所述离合器(4-3)与试验台减速箱(4-6)之间通过传送带(4-4)连接，所述试验台减速箱(4-6)尾部设有试验台转速传感器(4-5)，所述试验台减速箱(4-6)头部通过输出法兰(4-7)与所述传动轴(3)连接。
3.根据权利要求1所述的驱动桥减速器的低摩擦损失的测试方法，其特征在于：步骤b中，所述润滑油油温通过安设在驱动桥测试样件(1)桥壳内的温度传感器(5)进行检测。
4.根据权利要求3所述的驱动桥减速器的低摩擦损失的测试方法，其特征在于：所述温度传感器(5)的采样精度为0～±0.6℃。
5.根据权利要求1所述的驱动桥减速器的低摩擦损失的测试方法，其特征在于：步骤b中，所述降温装置(6)为设置在所述驱动桥测试样件(1)桥壳外侧的风冷或水冷装置。
6.根据权利要求1所述的驱动桥减速器的低摩擦损失的测试方法，其特征在于：步骤c中，所述输入转速(R)和对应的衍生扭矩(M1)、步骤d中所述输入转速(R)和对应的衍生扭矩(M2)以及步骤e中所述输入转速(R)和对应的衍生扭矩(M3)均通过安设在驱动桥测试样件(1)与传动轴(3)之间的扭矩传感器(2)进行检测。
7.根据权利要求6所述的驱动桥减速器的低摩擦损失的测试方法，其特征在于：所述扭矩传感器(2)的量程与最大所需测量值的比值为1.5～2，所述扭矩传感器(2)的测量误差为0～±0.2％，所述扭矩传感器(2)的采样频率大于或等于800Hz。
8.根据权利要求1所述的驱动桥减速器的低摩擦损失的测试方法，其特征在于：步骤c、步骤d以及步骤e中，所述试验台(4)的输入转速(R)均为200～2500r/min，输入转速(R)控制误差均为0～±4r/min，输入转速(R)测量误差均为0～±1r/min，输入转速(R)采样频率均大于或等于180Hz。
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| 程明: "重型汽车驱动桥主减速器传动效率分析与试验研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)工程科技Ⅱ辑》 * |
| 韩悦: "载重车驱动桥主减速器传动效率优化分析", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)工程科技Ⅱ辑》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114762966A (zh) * | 2022-03-31 | 2022-07-19 | 上汽通用五菱汽车股份有限公司 | 一种汽车鼓式制动器台架试验用驱动桥夹具 |
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