商用汽車驅(qū)動橋傳動扭矩探討分析

王曉磊，王敏，劉喜生，劉杏莉

商用汽車驅(qū)動橋傳動扭矩探討分析

王曉磊1，王敏2，劉喜生2，劉杏莉3

（1.陜西漢德車橋有限公司產(chǎn)品開發(fā)部，陜西 西安 710200；2.陜西漢德車橋有限公司研究所，陜西 西安 710200；3.陜西漢德車橋質(zhì)量部，陜西 西安 710200）

驅(qū)動橋作為整車傳動系的三大總成之一，起著減速增扭及差速作用。合理的傳動系統(tǒng)動力匹配對車橋傳動系統(tǒng)的可靠性有重大影響，文章主要探討傳統(tǒng)驅(qū)動橋輸出扭矩的不同校核方法、并提出與整車匹配建議。

驅(qū)動橋；輸出扭矩；匹配

1 前言

驅(qū)動橋位于傳動系的末端，其基本作用是增大傳動軸或直接由變速器傳來的扭矩，將轉(zhuǎn)矩分配給左右驅(qū)動車輪，驅(qū)動整車前進(jìn)；同時其起著改變傳動方向和差速作用；隨著商用車匹配大馬力發(fā)動機(jī)的趨勢，其功率及扭矩不斷增大，按照從發(fā)動機(jī)最大輸出扭矩、變速箱一檔速比核算的整橋輸入扭矩，遠(yuǎn)大于整橋設(shè)定的額定扭矩；目前傳統(tǒng)的按照發(fā)動機(jī)端核算動力系扭矩?zé)o法滿足車橋額定輸出扭矩要求，基于此問題，本文探討車橋不同輸出扭矩與整車的合理匹配方法。

2 商用車驅(qū)動橋輸出扭矩分類

目前驅(qū)動橋輸出扭矩一般分為額定輸出扭矩和最大輸出扭矩。

額定輸出扭矩一般為車橋廠家整橋設(shè)計扭矩值，并按照汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T 533-1999《汽車驅(qū)動橋臺架試驗(yàn)方法》進(jìn)行齒輪疲勞臺架試驗(yàn)，達(dá)到QC/T 534-1999《汽車驅(qū)動橋臺架試驗(yàn)評價指標(biāo)》齒輪疲勞壽命評價指標(biāo)，中值壽命不低于50萬次，最低壽命不低于30萬次要求；QC/T533-1999和QC/T 534-1999適用于載貨量8t以下（不包括8t）的載貨汽車及相應(yīng)的越野車和大客車驅(qū)動橋；由于目前國內(nèi)商用車車橋涉及范圍遠(yuǎn)大于此標(biāo)準(zhǔn)范圍要求，同時行業(yè)暫無其余相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際各車橋企業(yè)和主機(jī)廠均按照此兩標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行臺架驗(yàn)證和評價。

最大輸出扭矩為在汽車猛接離合器起步時和緊急制動時產(chǎn)生到驅(qū)動橋產(chǎn)生的最大動載荷；根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況來看，在壞路上利用司機(jī)踩下離合器踏板及油門踏板后突然結(jié)合猛接離合器起步的做法會使變速箱的一軸扭打大大超過發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩3-3.5倍，超過離合器的靜摩擦力矩1.5-2倍；而在驅(qū)動橋上產(chǎn)生的力矩，由于傳動系的彈性和損失等因素的影響，其動載荷相對發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩所對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩倍數(shù)要小些，但遠(yuǎn)大于整橋的額定輸出扭矩值；汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T533-1999《汽車驅(qū)動橋臺架試驗(yàn)方法》中對驅(qū)動橋總成靜扭臺架試驗(yàn)和驅(qū)動橋總成齒輪疲勞試驗(yàn)均按照發(fā)動機(jī)最大扭矩核算和最大附著力中的最小值進(jìn)行臺架試驗(yàn)；德國約森?賴姆佩爾編著的《懸架元件及底盤力學(xué)》在校核轎車傳動軸和驅(qū)動橋半軸扭矩時，按照發(fā)動機(jī)最大扭矩，應(yīng)用變速箱1檔速比校核其最大扭矩，應(yīng)用3檔速比（備注：變速箱為4檔手動變速箱）校核其疲勞壽命；QC/T533試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)將驅(qū)動橋靜扭力矩值和齒輪疲勞試驗(yàn)扭矩均按照同一扭矩試驗(yàn)，顯然與實(shí)際應(yīng)用差異很大；對國外某著名品牌的驅(qū)動橋最大輸出扭矩進(jìn)行研究，其按照地面附著力進(jìn)行核算，同時進(jìn)行主減扭轉(zhuǎn)沖擊試驗(yàn)，從而確定整橋最大輸出扭矩值；因此，合理的界定驅(qū)動橋最大輸出扭矩對指導(dǎo)驅(qū)動橋的整車匹配有很重大意義。

3 車橋傳動扭矩實(shí)例分析

3.1 車型基本信息

以某一成熟4×2載貨車為例，進(jìn)行匹配分析，整車匹配應(yīng)用計算輸入信息如下：

表1

3.2 按照發(fā)動機(jī)校核整橋輸出扭矩

取發(fā)動機(jī)最大扭矩及變速箱一檔速比校核：

3.3 按照地面附著力校核整橋輸出扭矩

3.4 按照最大爬坡度校核整橋輸出扭矩

由于在整車爬最大坡度時，其速度較小，基本勻速行駛，所以不考慮空氣阻力和加速阻力進(jìn)行校核，如下：

考慮到最大坡度時安全系數(shù)1.15，按此校核在最大坡度下的輸出扭矩值為20970×1.15=24115Nm，基本滿足整橋額定扭矩值24000Nm要求。

從上述3種計算方法分析來看，按照發(fā)動機(jī)最大輸出扭矩值和地面附著系數(shù)校核均遠(yuǎn)超整橋的額定扭矩值；而按照整車最大爬坡度校核整橋輸出扭矩值，基本滿足整橋額定扭矩值要求；同時由于整車在實(shí)際使用過程中，變速箱1檔使用時間占比很低（見表2），若整橋額定扭矩按照發(fā)動機(jī)及變速箱1檔速比校核，后橋傳動系統(tǒng)就會設(shè)計過于富裕，造成整車重量加重，車輛經(jīng)濟(jì)性變差。

表2 載貨汽車變速箱不同檔位使用占比

4 結(jié)論

通過上文的分析，按照QC/T 533-1999計算的驅(qū)動橋輸出扭矩可作為整橋的最大輸出扭矩，而不能作為齒輪疲勞臺架試驗(yàn)的扭矩；對現(xiàn)有載貨汽車傳動系進(jìn)行校核分析，按照地面附著和發(fā)動機(jī)核算車橋輸出扭矩，其均大于目前進(jìn)行臺架疲勞試驗(yàn)的額定扭矩值，其最大輸出扭矩值約為額定扭矩值1.5~1.6倍；同時，由于所分析載貨車型在市場批量銷售，未出現(xiàn)過齒輪打齒故障；因此，針對載貨車，驅(qū)動橋的最大輸出扭矩可取額定扭矩的1.6倍；載貨車在傳動系車橋匹配時，可按照發(fā)動機(jī)最大扭矩、變速箱一檔速比值和驅(qū)動橋速比核算的輸出扭矩值小于驅(qū)動橋此最大輸出扭矩進(jìn)行校核。

同時，建議針對車橋能夠產(chǎn)生的最大輸出扭矩值，進(jìn)行扭轉(zhuǎn)沖擊試驗(yàn)和進(jìn)行道路扭矩采集，以驗(yàn)證車橋?qū)嶋H能夠承受最大扭矩的次數(shù)和實(shí)際運(yùn)行里程，提高車橋匹配的可靠性。

[1] 《汽車工程手冊基礎(chǔ)篇》機(jī)械設(shè)計手冊編委會編著 3版.北京機(jī)械工業(yè)出版社,2004.8.

[2] 劉唯信.汽車設(shè)計.[M]清華大學(xué)出版社.第1版.

[3] 德國約森?賴姆佩爾.王瑄譯.懸架元件及底盤力學(xué).[M]吉林科學(xué)技術(shù)出版社.1992年6月第1版.

[4] QC/T533-1999汽車驅(qū)動橋.臺架試驗(yàn)方法.

[5] QC/T534-1999汽車驅(qū)動橋.臺架試驗(yàn)評價指標(biāo).

The Analysis On The Driving Axle Output Torque Of Commercial Vehicle

Wang Xiaolei1, Wang Min2, Liu Xisheng2, Liu Qingli3

（1.Shaanxi Handeaxle Co. Ltd The Product Development Department, Shaanxi Xi'an 710200;2.Shaanxi Handeaxle Co. Ltd The Design Department, Shaanxi Xi'an 710200;3.Shaanxi Handeaxle co. ltd. Quality Management Deparment, Shaanxi Xi'an 710200）

As one of the three assemblies in the vehicle driveline,the driving axle’s main functions is to deduce speed and make the left and right wheel speeds different.The rational driveline power matching has vital influence for the vehicle reliability.This article is to analysis different matching methods of driving axle with the engine and trasmisson.

Driving Axle; Output Torque; Commercial Vehicle

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1671-7988(2019)21-68-02

U467

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王曉磊（2008-），男，項(xiàng)目經(jīng)理/工程師，就職于陜西漢德車橋有限公司產(chǎn)品開發(fā)部，從事車橋研究開發(fā)工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.21.023

CLC NO.:U467