一種汽車驅(qū)動橋總成試驗臺的設(shè)計

呂棟騰

摘要： 驅(qū)動橋總成是汽車的重要組成部件，驅(qū)動橋總成實驗系統(tǒng)是汽車生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)。分析力汽車驅(qū)動橋總成的性能要求，設(shè)計了一種汽車驅(qū)動橋總成試驗臺。主要介紹了試驗裝置的組成結(jié)構(gòu)，機(jī)電系統(tǒng)的具體配置。該試驗臺線下運(yùn)行穩(wěn)定，對現(xiàn)階段汽車驅(qū)動橋總成試驗裝置的設(shè)計具有一定借鑒意義。

Abstract： The drive axle assembly is an important component of the automobile， and the drive axle assembly experimental system is an important link in the automobile production process. The performance requirements of automobile drive axle assembly are analyzed， and an automobile drive axle assembly test bench is designed. This paper mainly introduces the composition and structure of the test device and the specific configuration of the electromechanical system. The off-line operation of the test bench is stable， which has certain reference significance for the design of automobile drive axle assembly test device at the present stage.

關(guān)鍵詞： 驅(qū)動橋總成;試驗臺;機(jī)電系統(tǒng)

Key words： drive axle assembly;test bench;electromechanical system

中圖分類號：TP273? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）23-0084-02

0? 引言

驅(qū)動橋總成是汽車的重要組成部件，在以發(fā)動機(jī)為動力的汽車機(jī)械式傳動系中，驅(qū)動橋被用來將發(fā)動機(jī)發(fā)出的扭矩傳遞到驅(qū)動輪，驅(qū)動橋使用頻繁，常見的故障有齒輪副早期磨損，齒輪斷裂，主齒輪軸承早期磨損，驅(qū)動橋發(fā)響，驅(qū)動橋發(fā)熱，驅(qū)動橋漏油等。這些故障產(chǎn)生的原因和形成并不孤立而有一定的相互聯(lián)系。在汽車安全性受收到日益關(guān)注的今天，對汽車性能的檢測技術(shù)要求也越來越高。驅(qū)動橋總成實驗系統(tǒng)作為汽車生產(chǎn)過程中的重要一環(huán)，只有通過測試的車橋才能用于車輛總裝，通過驅(qū)動橋總成檢測有利于提高整車質(zhì)量，減少車輛硬件控制系統(tǒng)的的調(diào)整工作，通過檢測結(jié)果的分析，可以顯示驅(qū)動橋總成在設(shè)計、加工裝配中存在的問題并加以改進(jìn)。

1? 驅(qū)動橋總成試驗臺的結(jié)構(gòu)

本次設(shè)計的驅(qū)動橋總成實驗臺主要包括由工控機(jī)、PLC系統(tǒng)、試驗臺驅(qū)動機(jī)械設(shè)備和傳感器。上位工控機(jī)負(fù)責(zé)在線實時數(shù)據(jù)的監(jiān)控和顯示，PLC采集現(xiàn)場信息，并接收執(zhí)行上位機(jī)的控制指令，并通過接觸器、繼電器等低壓控制電器驅(qū)動實驗臺的機(jī)械設(shè)備。傳感器實時檢測被測量（如主減速器軸承的溫度，制動氣壓等），并將它們轉(zhuǎn)換成一定的電壓或電流信號反饋給工控機(jī)，進(jìn)行實時監(jiān)控。驅(qū)動橋總成試驗臺組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。本系統(tǒng)上位機(jī)選用研華工控機(jī)，15寸TFT高清晰真彩平板顯示器，預(yù)留3個USB接口，一個網(wǎng)絡(luò)接口，一個并行接口，配備操作鍵盤。使用隔離變壓器、濾波器、屏蔽、多點(diǎn)接地等抗干擾措施。上位機(jī)主要處理來自下位機(jī)的各種采樣數(shù)據(jù)，判斷監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，在試驗結(jié)束后對試驗數(shù)據(jù)記錄打印。選擇西門子小型PLC作為下位機(jī)，帶1個EM223擴(kuò)展模塊。

2? 驅(qū)動橋總成試驗臺的機(jī)械系統(tǒng)

本次設(shè)計的驅(qū)動橋總成試驗臺工作時試件用專用夾具定位，油缸實現(xiàn)夾緊并加載。代用車輪在油缸的推動下與兩邊制動鼓對接。IPC向PLC發(fā)信，主傳動電機(jī)啟動，電磁調(diào)速電機(jī)通過兩個電磁離合器將動力傳給兩個飛輪和摩擦輪，通過代用車輪將動力傳給制動鼓和主減速器。制動磨合時離合器自動脫開，否則報警。飛輪的旋轉(zhuǎn)動模擬汽車行駛平移動能。扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器測取摩擦輪的扭矩、轉(zhuǎn)速信號，壓力傳感器測取輸入制動氣室的氣壓及制動力的大小信號，噪聲傳感器測量工作運(yùn)行時的噪聲聲壓信號，溫度傳感器測取制動鼓、主減速器軸承和油封部位的溫度信號。試驗過程中，IPC對采集到的有關(guān)數(shù)據(jù)處理、判斷、顯示并儲存，超標(biāo)和不正常發(fā)出聲光報警。再將所輸入的數(shù)據(jù)發(fā)信給PLC，由PLC來控制各個部件的動作情況。

3? 驅(qū)動橋試驗臺的電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)由主傳動系統(tǒng)，液壓控制系統(tǒng)，氣壓控制系統(tǒng)，潤滑系統(tǒng)和通風(fēng)冷卻系統(tǒng)五部分組成。2臺主傳動電動機(jī)，1臺液壓泵電動機(jī)，1臺氣泵電動機(jī)，1臺為潤滑泵電動機(jī)，1臺鼓風(fēng)機(jī)電動機(jī)。其中主傳動電動機(jī)均為10kW以上的三相籠型異步電動機(jī)，應(yīng)采用降壓起動，起動時降低加在電動機(jī)定子繞組上的電壓，待電動機(jī)起動來后再將電壓恢復(fù)到額定值，使之運(yùn)行在額定電壓下，限制起動電流，減小起動時對負(fù)載電壓的影響。其余電動機(jī)均為10kW以下容量的三相籠型異步電動機(jī)，起動時采用直接起動工作方式。

三相交流電源由低壓斷路器控制，主傳動電動機(jī)可實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，星三角降壓起動，急?？刂?。電磁離合器和測速發(fā)電機(jī)由相應(yīng)的控制器實現(xiàn)通斷等功能。液壓泵電動機(jī)通過接觸器的控制來實現(xiàn)單向連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，其功能是用來控制工件的夾緊與放松，工作臺的前進(jìn)與后退，往差速鎖電磁閥、左右制動氣室電磁閥以及進(jìn)氣電磁閥。氣壓泵電動機(jī)通過接觸器控制來實現(xiàn)單向連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，用來給制動氣室供氣，和中橋差速鎖供氣。為制動磨合試驗做準(zhǔn)備。潤滑泵電動機(jī)由中間繼電器控制單向旋轉(zhuǎn)，試驗前要先往中、后橋主減速器及輪邊減速器注入定量的潤滑油。目的是防止主減速器及其軸承過早磨損，提高驅(qū)動橋的壽命。潤滑系統(tǒng)要有回流裝置，以免造成潤滑油的浪費(fèi)。鼓風(fēng)機(jī)電動機(jī)由接觸器控制單向旋轉(zhuǎn)，在制動試驗過程中，由于制動磨合，使主減速器、輪邊減速器軸承部位產(chǎn)生很高的溫度。確保開始試驗之前就啟動通風(fēng)冷卻系統(tǒng)，在試驗結(jié)束后在停止其工作。這樣就保證了主減速器、輪邊減速器軸承部位不會因為溫度的問題而影響整個試驗結(jié)果。

驅(qū)動橋總成試驗臺設(shè)計中，采用了U、V、W三相分相供電方案，IPC、PLC采用了隔離變壓器和UPS不間斷電源供電，并提供斷電保護(hù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的功能，傳感器、PLC模塊也采用了隔離變壓器供電，強(qiáng)電控制與弱電控制分開安裝，強(qiáng)電線與弱電線分開走線，減少了相互串?dāng)_?？刂齐娐凡捎昧朔€(wěn)壓電源單獨(dú)供電的措施，對減少電器故障非常有效。

4? 驅(qū)動橋試驗臺傳感器的選型

傳感器作為試驗臺的檢測裝置，用來檢測制動氣室的氣壓及制動力的大小（壓力傳感器）;制動鼓、主減速器軸承和油封部位的溫度（溫度傳感器）;驅(qū)動橋總成工作運(yùn)行時的噪聲生壓（噪聲傳感器）;摩擦輪的扭矩-轉(zhuǎn)速（鈕矩-轉(zhuǎn)速傳感器）并將這些數(shù)據(jù)以反饋給工控機(jī)，由工控機(jī)來對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控、判斷、處理。由于傳感器的精度高低、性能好壞直接影響到整個自動測試系統(tǒng)的品質(zhì)和運(yùn)行狀態(tài)。對于傳感器的選擇主要考慮其技術(shù)指標(biāo)、使用環(huán)境、電源、可靠性、維修和管理等要求。

本次設(shè)計選用PT100熱敏電阻式溫度傳感器來檢測制動鼓、主減速器軸承及輪邊溫度，當(dāng)溫度超高限報警。在溫度傳感器中，熱敏電阻式溫度傳感器靈敏度高、溫度系數(shù)大、響應(yīng)快，易于實現(xiàn)遠(yuǎn)距離測量，在汽車得到廣泛應(yīng)用。選用PM10系列壓力變送器檢測控制輸入制動氣室的氣壓及制動力的大小。PM10型壓力傳感器是一種固態(tài)壓力變送器，采用先進(jìn)的微機(jī)刻鎖加工工藝制成的硅膜片上擴(kuò)散四個電阻形成四臂式惠斯登電橋組成壓阻式力敏器件，可將被測壓力作用在硅膜上形成的應(yīng)力轉(zhuǎn)換成被測壓力成正比的電壓輸出信號。選用JN338數(shù)字式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，檢測摩擦輪的扭矩和轉(zhuǎn)速。JN338轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器采用了兩組特殊環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器以實現(xiàn)電源的輸入及轉(zhuǎn)矩信號的輸出。該傳感器同時還可實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的測量，從而可方便的根據(jù)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測量值計算出軸輸出功率。選用AWA6218A型噪聲統(tǒng)計分析儀來檢測橋總成運(yùn)行噪聲，作為一種高智能化袖珍式噪聲測量儀器，集積分聲級計、噪聲統(tǒng)計分析儀、數(shù)據(jù)采集器，數(shù)字式記錄儀和噪聲劑量計等幾種儀器功能于一體。綜上所選用的溫度、壓力、噪聲、鈕矩-轉(zhuǎn)速傳感器都具有與計算機(jī)通信的功能。選用的傳感器都是電流型的，模擬量與數(shù)字量嚴(yán)格分開，以保證計算機(jī)系統(tǒng)工作可靠，防止串?dāng)_。對一些頻繁吸合的接觸器等電磁部位都安裝了RC滅弧裝置。操作面板上的開關(guān)及計算機(jī)上的一些觸發(fā)轉(zhuǎn)換電路加裝了RC濾波電路，可有效提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

5? 結(jié)束語

我國國產(chǎn)車輛生產(chǎn)隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷提高，有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，在生產(chǎn)技術(shù)上有了很大的進(jìn)步，隨之相應(yīng)的檢測試驗設(shè)備也有很大發(fā)展，但現(xiàn)階段國內(nèi)關(guān)于驅(qū)動橋總成試驗的設(shè)備自動化程度不高。本次設(shè)計的驅(qū)動橋總成試驗臺能夠模擬好壞路面兩種工作環(huán)境，可進(jìn)行驅(qū)動橋總成綜合，驅(qū)動橋總成疲勞壽命等試驗。涉及的技術(shù)領(lǐng)域包括驅(qū)動橋總成性能研究，機(jī)械設(shè)計技術(shù)，傳感器技術(shù)，PLC及其通訊技等，主要偏重系統(tǒng)硬件的配置和選型。經(jīng)過線下綜合調(diào)試，該試驗臺運(yùn)行穩(wěn)定，對現(xiàn)階段車輛驅(qū)動橋總成試驗裝置的設(shè)計具有一定的借鑒意義。

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