桥壳垂直弯曲疲劳台架试验分析 李毅 徐州２２１００４） （江苏徐州工程机械研究院，江苏［摘要］通过台架试验对不同桥壳垂直弯曲疲劳寿命进行验证比对，通过应变花采集各桥壳应力集 中点，为干式桥壳的结构有限元分析模型提供验证，为结构优化设计提供试验依据和改进方向。 ［关键词］驱动桥桥壳；疲劳寿命；应力分析 ［中图分类号］ＴＨ１３６ ［文献标识码］Ｂ ［文章编号］１００１—５５４Ｘ（２０１１）１２—０１２２—０３ Ｖｅｒｔｉｃａｌ ｂｅｎｄｉｎｇ ａｎｄ ｆａｔｉｇｕｅ ｓｔａｎｄ ｔｅｓｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａｘｌｅ ｂｏｘ ＬＩ Ｙｉ 工程车辆驱动桥壳的疲劳寿命值得重视，驱 ７９．６５ｋＮ，动载系数取２。本文中桥壳垂直压弯试验 动桥壳的作用主要是支承并保护传动、差速器 所用试验载荷分为２倍额定载荷的疲劳试验和３倍额 定载荷的强化试验，试验按ＱＣ／Ｔ５３４—１９９９《汽车 和左右半轴，固定左右驱动车轮的轴向相对位置； 车辆行驶时，承受由车轮传递的路面反作用力和力 矩，并经托架传给车架等。驱动桥壳应便于主减速 器的拆装和调整，其设计应满足应力和变形要求， 局部应力集中不能造成桥壳的断裂或塑性变形，因 此对驱动桥壳进行应力、变形分析，提高桥壳工作 可靠性具有重要意义。本文通过台架试验验证比对 ３种不同厂家的桥壳垂直弯曲疲劳寿命是否满足设 计要求，并为干式桥壳的结构有限元分析模型提 供验证，为其结构优化设计提供试验依据和改进方 向。 驱动桥壳台架试验评价指标》要求，最低疲劳寿命 不少于５．０×１０５次。试验中先进行２倍额定载荷疲 劳试验５．０×１０ 次，若桥壳未损坏，再进行３倍额 定载荷强化试验２．０×１０ 次。 ２驱动桥壳受力分析及强度计算 桥壳可简化为一空心横梁，两端由轮毂轴承 支承于车轮上，在静力状态下受力简图如图１。另 对３种桥壳进行了称重，其中Ａ桥壳为４０８ｋｇ；Ｂ桥 壳为３７２ｋｇ；Ｃ桥壳为４７４ｋｇ。 ｌ桥壳试验工况 车辆上大部分构件在变幅载荷下的疲劳破 坏，是不同频率和幅值的载荷所造成的损伤逐渐累 积的结果。所谓损伤，是指在疲劳过程中初期材料 内的细微结构变化和后期裂纹的形成和扩展。当材 料承受高于疲劳极限的应力时，每一个循环都使材 料产生一定的损伤，当累积损伤达到临界值时，就 会发生疲劳破坏。 按ＪＢ／Ｔ５９２８—９ １《工程机械驱动桥台架试 图１驱动桥壳静力受力简图 由平衡方程∑ ＝０和∑ ＝Ｏ，求出Ｆ ＝Ｆ２＝Ｆ， 在ａｂ、ｂｃ、ｃｄ段分别取横截面１、２、３，可得各横 ［收稿日期］２０１１－０８—１８ ［通讯地址］李毅，江苏省徐州市工程机械研究院 验方法》，驱动桥桥壳垂直弯曲疲劳试验负荷的 最大值Ｐ．＝ＫＧ，其中Ｇ为驱动桥壳的额定载荷， 为动载系数。对本文试验的桥壳，额定载荷为 １２２ 建荒札械 ■■匪越 ＴＥＳＴ畿 ＥＴＥＣＴｌ０ 观察桥壳断裂面，可以看到桥壳内部有气 泡、夹杂物等铸造缺陷，如图５ｂ所示。 （３）Ｃ桥壳试验结果及分析。 Ｃ桥壳进行２倍额定载荷、循环周期为３ｓ的垂 直压弯疲劳试验时，循环周期次数达到５Ｏ万次；在 进行３倍额定载荷、循环周期为３ｓ的垂直压弯强化 试验时，循环周期达￣ｇ１］２２．９万次后桥壳断裂。断裂 点位于测点２、３Ｚ．问，断裂情况如图６所示。 ａ桥壳断裂点 ｂ桥壳断裂面 图６ Ｃ桥壳断裂情况 观察桥壳断裂面，图６框中处材料组织疏松， 为铸造缺陷。 ５桥壳总体分析 （１）变形分析。 在Ｆ＝１５９．３ｋＮ的疲劳试验时，Ａ桥壳最大垂向 位移为２．９６ｍｍ；Ｂ桥壳最大垂向位移为３．５５ｍｍ； ｃ桥壳最大垂向位移为１．８７ｍｍ。Ａ桥壳两端与 ２４ 建筑札娥 的最大相对位移为１．２１５ｍｍ；Ｂ桥壳两端与的 最大相对位移为２．１５ｍｍ；Ｃ桥壳两端与的最 大相对位移为１．２９ｍｍ。在Ｆ＝２３８．９５ｋＮ的强化试验 时。Ａ桥壳最大垂向位移为４．５３ｒａｍ；Ｃ桥壳最大垂 向位移为２．２６ｍｍ。Ａ桥壳两端与的最大相对 位移为２．６３ｍｍ；Ｃ桥壳两端与的最大相对位移 为１．５ｍｍ。 （２）应力分析。 在Ｆ＝１ ５ ９．３ ｋＮ时，Ａ桥壳最大应力值为 １６９ＭＰａ，位置在桥包与右侧安装块之间；Ｂ桥壳 最大应力值为２９４ＭＰａ，位置在桥包与右侧安装块 之间；Ｃ桥壳最大应力值为９３ＭＰａ，位置在桥壳与 支撑轴连接处。Ａ桥壳和Ｂ桥壳的最大应力小于桥 壳材料的屈服强度２７０ＭＰａ，满足设计要求；Ｂ桥 壳的最大应力大于桥壳材料的屈服强度，不满足 设计要求。在Ｆ＝２３８．９５ｋＮ时，Ａ桥壳最大应力值为 ２６０ＭＰａ，位置在桥包与右侧安装块之间；Ｃ桥壳 最大应力值为９３ＭＰａ，位置在桥壳与支承轴连接 处，均小于桥壳材料的屈服强度，满足设计要求。 ６结束语 通过分析试验得到的数据可以看出，Ｃ桥壳在 垂直弯曲疲劳寿命和垂直弯曲静强度方面优于Ａ 桥壳和Ｂ桥壳。Ａ桥壳和ｃ桥壳满足设计要求，满 足ＱＣ／Ｔ５３４—１９９９的要求；Ｂ桥壳不满足ＱＣ／Ｔ５３４～ １９９９的要求。在３种桥壳中都存在明显的铸造缺 陷，应在生产中提高铸造工艺。Ｃ桥壳在优化设计 中应在不影响疲劳寿命的前提下对桥壳进行适当的 减重。通过试验结果，能够为干式桥壳的结构有限 元分析模型提供验证，为干式桥壳结构优化设计提 供试验依据，同时也为该类结构的疲劳试验提出了 一套行之有效的试验方法。 ［参考文献］ ［１］褚志刚等．汽车驱动桥壳结构破坏机理分析研究［Ｊ］． 汽车研究与开发，２００１，（６）． ［２］徐灏编著．疲劳强度设计［Ｍ］．北京：机械工业ｍ版 社．１９８１．
