驱动桥轮边漏油问题的分析与改进

棉花糖

驱动桥在运行过程中，润滑油的作用非常重要。如果因为驱动桥轮边漏油而使得驱动桥的润滑油量减少，会造成其润滑不良，甚至导致轮毂发热和打齿，直接影响整机使用 [1]。同时驱动桥轮边的密封圈包含在制动鼓内部，因此轮边的润滑油泄露会流入制动鼓内部，影响制动器的制动效果，甚至导致制动失效，引发严重的交通事故。本文以某重型驱动桥轮边减速器出现漏油问题为例 ，从驱动桥的运行工况进行分析，确定驱动桥工作时的具体参数，并重新设计驱动桥试验台架，用以模拟实车出现漏油时的工况，查找出现漏油的部位，并分析出现漏油的原因。
1 驱动桥试验工况分析
驱动桥在总成疲劳寿命台架试验过程中，轮边没有出现漏油的情况；而在实车运行中出现润滑油从轮毂端流出的情况，在轮毂上可见到明显的润滑油痕迹，见图1，但是无法判断润滑油流出的具体位置。现在对两种工况进行分析，针对两种工况的区别，重新设计台架试验，查找可能的漏油原因。
1.1 疲劳寿命台架试验工况分析
目前进行驱动桥疲劳寿命台架试验时，通常将驱动桥的板簧座位置安装在支座上，并用压板压紧来固定驱动桥（见图2）。安照这种方式安装，驱动桥壳体没有明显的受力，基本不会发生弯曲变形。
1.2 实车工况分析
在实车工况时，驱动桥通过轮胎支撑在地面上，并通过钢板弹簧固定在整车车架上。
驱动桥壳在实际使用中的载荷工况比较复杂，行驶过程中承受的力有垂直力、水平力和侧向力，静力分析中主要的载荷工况有：
1） 垂直载荷工况；[2]
2） 汽车满载轴荷[3]下的最大牵引力工况；
3） 汽车满载轴荷下的最大制动力工况；
4） 汽车满载轴荷下的最大侧向力工况。
这几种工况中，对驱动桥受力影响最大的应该是第一种工况。因此，我们重点考核在第一种载荷工况，即垂直载荷工况下的运行情况。垂直载荷工况下驱动桥的受力情况见图3：
现有试验台架传统的三电机驱动桥试验台架，没有垂直加载机构，无法实现垂直加载，因此，需要重新设计，在现有基础上对台架进行改进，以达到模拟驱动桥在垂直载荷下的运行工况。
2 试验台架构成
2.1 台架结构
试验台要能实现对驱动桥的驱动和加载功能，该功能要求和疲劳试验的台架结构是相同的，试验台采用了开式试验台的结构和电封闭的能量回馈方式，主要由驱动装置、测试装置[4]、加载装置等组成。台架结构布置见图4：
同时，试验台还要实现在垂直方向上对桥壳加载的功能，这一点和之前的台架试验不同。按照之前台架试验驱动桥样品的装夹方式，无法满足在桥壳上加载功能的要求，因此，需要重新设计试验台结构，改变驱动桥的装夹方式，使试验台能够在垂直方向上对样品桥壳加载，并能够采集桥壳上垂直载荷的信号。具体的安装方式见图5：
试验台所使用的传感器主要包括扭矩传感器、振动加速度传感器、温度传感器和力传感器。扭矩传感器用以监测样品输入和输出扭矩；加速度传感器安装在桥壳上用以监测样品运行过程中的振动情况；温度传感器安装在样品润滑油面以下，用以监测样品运行过程中的温度，转速测量来源于电机自身的编码器。试验台所选传感器参数见表2：
2.2 测控系统
为实现试验台的自动控制，主要的试验设备均配备了电控单元[5]，对上述电机和传感器示值进行监控。试验台控制系统根据试验需要并结合实时数据来控制驱动电机转速、加载电机的加载量和垂直加载装置的加载量。系统通讯结构见图6：
3 试验参数的确定
模拟进行驱动桥在垂直载荷工况下的试验，需要确定样品及台架试验的相关参数。根据厂家提供的整车工况，车辆主要在高速公路行驶，因此，台架试验应重点考核在发动机的额定工况，变速箱处于最高档时的工况。试验只是考核轮边的漏油情况，而不是进行桥壳的弯曲疲劳强度试验，所以可以不用考虑垂直方向的动载荷，重点考核驱动桥满载轴荷工况。台架试验时，驱动桥输入端和输出端参数也需根据发动机额定工况即变速箱档位为最高档来计算，整车中没有分动器和取力器，因此不用考虑分动器和取力器对转速和扭矩的影响。
因此，台架试验输入转速选取1200r/min，输入扭矩选取800N·m，单边板簧座位置施加垂直载荷63.7kN。
4 试验过程及结果分析
试验台搭建完成后，将齿轮箱调到合适档位，参考QCT 533-1999《汽车驱动桥台架试验方法》[7]，按照设计好的试验台架和上面计算的参数进行试验。先在板簧座位置施加规定的垂直载荷，即在样品单边各施加63.7kN的垂直向下的载荷；启动驱动电机和加载电机，给定样品输入端转速1200r/min，通过加载电机对样品输出端施加扭矩直至使样品输入端扭矩为800N·m，该试验状态运行240h。
在试验过程中，轮边的密封圈座圈和轴管的结合处一直有润滑油缓慢流出，密封圈位置没有润滑油流出（见图7和图8），运行240小时之后，仍然是相同的情况，其他地方未出现润滑油流出的现象，这说明密封圈配合没有问题，密封圈座圈和轴管之间的配合出现了问题。
驱动桥在装车之前，已经按照QCT 533-1999《汽车驱动桥台架试验方法》的第4条和第6条进行了驱动桥桥壳垂直弯曲疲劳试验和驱动桥总成齿轮疲劳试验，并且检测结果达到了QCT 534-1999《汽车驱动桥台架试验评价指标》[8]的标准要求。因此，样品的疲劳强度是没有问题的。从轮边剖视图（见图9）来看，密封圈座圈与轴管之间有两处配合：座圈的内圆面与轴管的外圆面，此处为过盈配合；座圈和桥壳的端面，此处为面与面的贴合，在面上涂有密封胶。
密封圈座圈和轴管结合处在不受垂直载荷时，没有出现漏油现象，而施加垂直载荷后出现了轻微的漏油现象，说明在垂直载荷下，座圈和轴管之间的两个配合面都出现了问题，轴管出现了轻微变形，致使座圈和轴管之间的配合发生了变化，导致缓慢漏油现象的出现。
5 改进方案及改进后的效果
考虑到驱动桥已经通过了齿轮疲劳和桥壳垂直弯曲疲劳的台架试验，座圈和轴管之间为相对静止的，而且漏油现象很轻微，所以在改进过程中设计在座圈和轴管之间加入一个O型圈，以弥补驱动桥在承受垂直载荷状态下使座圈和轴管之间配合量产生变化的缺陷，进而以达到防止漏油的目的。
改进后，按照上述试验条件重新进行了一轮试验，在密封圈座圈和轴管之间及附近区域没有出现漏油现象。
6 结语
本文通过设计改进试验台架，达到满足模拟实车垂直载荷下的工况的要求，发现了驱动桥装车之后出现的轻微漏油现象，并予以分析和改进，解决了漏油的问题。
改进后的试验台架除了可以进行驱动桥轮边密封性试验外，还可以进行垂直载荷下的齿轮疲劳试验等需要考虑垂直影响的试验。