汽车驱动车桥的实验室试验

汽车驱动车桥的某些试验只有在实验室的控制条件下才能满意地进行。绞验指出， 下列试验对车桥设计和解决保养问题可有较大的帮助：（a )变形试验（包括齿面接触&点 检査）；（b)润滑试验；（c)耐久试验（疲劳和磨损）。文中简要介绍了每项试验的设备。可 供有关方面的同志参考。
油流试验
在驅动车桥的結构中，几乎都是依靠桥中央部分土传动齿輪的运轉使油循环向其他齿輪和 軸承潤滑。但这还不够，因为这些零件只是部分地浸在靜止的油平面下。在工作轉速时，汕 往往向挢壳內流散；而当汽車傾斜时，挢壳內某些部分的汕位就降低了。
.油流試驗的目的是覌察幷測量对桥売中央部分需要潤滑的各零件的汕的循环情况，用变 更試驗的方法来确定如何去改进油的循环。
試驗的布置，只需将驅动车桥連接到可变轉速的驅动装置，并改变油流，使能从外部进行 測量。图1是传統的悬臂式小齿輪的正常試驗方法。暫时阻塞小齿輪前軸承和大齿輪腔之間 的回油槽，代以連接油泵的油槽，使油流回大齿輪腔內。将某一短时期內的油收集在量器
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內，就能准确測定油流率。
在小齿輪工作速度范围內，对每 种速度，以两种溫度和小齿輪中心綫 处在不同状况时作反复試驗。小齿輪后面的空間不足，往往妨 碍将同样的方法应用于小齿輪后軸 承，但如前軸承潤滑适当而不阻止后 軸承的油，則試驗就可以滿意地完 成。
图2表示載重車桥的小齿輪軸承 油流試驗的結果。車挢起初当油还冷 的时候而速度低于1000轉/分，則无 油流通过小齿輪前軸承。当油轉热 时，情况稍稍有点改进。
检査车桥挢売之后，認为将小齿輪軸 承上面的油槽更改一下設計就会更有效地将大齿輪甩出来的油聚存起来。 图1小齿轮轴承油流试验装置 :
因此，用热固性树脂瑱料将鑄件集油槽的进口形状作了修改。 \图2中所示的第二个結果，表明經簡单 \的改变后，在所有工况下油流都得到了改进，因此生产的鑄件也就更改了設計。 ,
有些設計中想要用一个滿意的方法来測」 量油流可能有問題。但是，潤滑的效果完全 可以从測量油位来估計，或者就用肉眼覌察 >
有关軸承和齿輪附近的油流来評定。 ：
变形试验
变形試驗的主要目的是检驗在增加扭矩 負荷情况下齿輪輪齿接触斑点的形成过程， 1
并确定车桥桥壳、軸承和齿輪本身的变形輪齿接 触的影响。 ：
由于某些实际原因，試驗通常在很低的 1,
速度运轉（小齿輪約10轉/分)，所以即使在 最大的扭矩負荷时，传递的能量可由簡单的 ，
摩擦制动器完全吸收而不发生过热現象。 ：：
图3表示独立悬挂的小客車驅动桥变形 、
試驗的典型装置。这里采用盘式车桥制动器，并由杠杆加載的液力装置加压測量机构。力臂加載 ：：
时，制动扭矩的反作用力用校正的试验环来測量。两制动器之間的扭矩分布被校正得很平 衡，以防止运轉时的差速。 ；
图4是貫通式驱动的載重车桥中挢变形试验的装置。所示的附加摩擦制动器用来模拟后桥 的扭矩負荷。 \
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试验机的其他装置可用来模拟 牵引力和除了所传递的扭矩以外的 车辆負荷。这种装置的实例之一示 于图5,表明整体式后桥的試驗。 这里，輸出軸凸緣由外部的平衡架 軸承支承，而附加的指示器則用以 測量在負荷下车桥轴承的不同心 度。
齿轮轮齿的接触检查必須从干 的轮齿上得到，齿轮的潤滑全靠示 印剂。当总成还是干淨而且限定軸 承上只有少量积油时，用示印剂作 潤滑是方便的。在变形試驗时間延长較久时可向总成加儿滴尚輪油作 为潤滑。
仔細注意輪尚的接触是很有价 値的，因为它比接着进行的变形测 量更能暴露問題。
当扭矩負荷达到所选取的高度 时，通过位K合适的孔将少量示印 剂擦在旋轉的齿輪輪齿上。試驗机 經儿个周轉后即停下，然后小心地 将接触斑点图形印到透明而有胶性 的狹长卷带上，这样取得的带以后 可裱在相应齿面上幷可扪摄下来。 图6表示在螺旋伞齿輪的抿茧车桥上试验取得的一組典型的齿輪輪齿 接触斑点。
在負荷下检驗接触斑点时应使 輪齿均勻而逐漸扩展地使所有可以 利用的輪齿面积都能接触，在此过 程中应不出税局部的高压集中。若能达到此目的，齿輪及其支 承的变形問題就成为次要的了。
图7所示是应該避免的压力集 中的一种接触型式。这个特殊例子 是由于不适当的小齿輪齿頂凸起所 引起的。在其他情况下，压力集中 可能是在負荷下齿輪位移过度或是 齿廓齿形不齐整所造成的。
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这种压力集中可能是由于磨損引起 的，将在“磨損試驗” 一节中加以討
論。
检驗齿轮轮齿接触后，将指示器座 架安置在桥壳合适的位置，以取得指示 器的全部讀数。将此变形读数与其他车桥的試驗結果作比較，有助于在所有的车桥上选用标准的基准位置，使得絕对 变形的測量可作相互比較，同样，相互 之間由变形而引起的齿輪位移也可作比 較。此外，只要指示器的式样不受过度 側向移动的影响，幷且指示器座不受桥 壳变形而歪扭，則指示器座不論安置在 哪里都可以。
传統的单級减速准双曲綫或伞齿輪 驅动，通常是将指示器夹紧在主减速器 壳上。有时，在較复杂的結构中，需要 用好几个指示器座架，例如大客車用的 降低式桥，它的三組齿輪占有較大的空 間位置。
偶尔，某些指示器必須插进桥 壳上的孔而深入总成內部。在这种 情况下，常常将指示器的齿条触头 接长若干吋。这种簡单的办法对于 指示器的触头面上沒有側向移动是 可以的，否則会由于高磨擦力影响 齿条支承而使指示器有卡死的可 能。所以建議在轉动零件的所有位 置上应使用专用的寬間隔齿条支承 的长管指示器，以达到所需的可及 度。图8所示为二种不同形式的指 示器。
指示器所放的位置是要从齿輪 測得其綫性位移和角位移，幷在选 定的各个位置上測量軸承和桥壳的变形。通常在单級减速的准双曲綫或螺旋伞齿輪驅动装置 至少要用24个指示器，对于双級减速驅动装置可能要用3倍以上的指示器数。
所用的最大扭矩負荷通常等于发动机最大扭矩乘以变速器头档速比。为要确定这一最大 負荷的大小对于輪齿接触和变形的影响，二者試驗可从負荷为零开始，每次增加25%，一直 到100%。
車桥的負荷循环按車輛前进和倒退的方向进行，后者模拟当在前进的变速器上施加制动
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負荷时呈現的受力情况。
图9是典型的負荷循环。选择 特殊的負荷序列，首先是滿足以前 所指的輪齿检驗的要求；还要覌察 負荷方向相反时总成內嚙合表面之 間发生的任何“停住”或滑动現 象。
分析变形的讀数可确定齿輪在 总成的三个主要平面內的嚙合位置 的相对的直綫位移和傾斜位移。然 后将所得数据加在放大比例的变形 曲綫布置图上。这样，例如由于輪 齿端部負荷引起的問題可以追縱到 一个齿輪支承軸的过度弯曲的原因。
车桥变形試驗結果的判断在很大程度上 借助于过去相似型式和尺寸的其他車桥的試 驗結果。利用数据貯存計算机程序依次簡 化，从此可以依据齿輪尺寸、减速比、扭矩 范围和桥壳型式（如琵琶式或支腿式）来規 定被試驗的車桥，从而复現預期的变形。
磨损试验
軸承和齿輪的磨損是引起噪音的因素之 一。为指出特殊车桥設計的磨損原因，有时 进行专門的磨損試驗是必要的。
因为軸承和齿輪得到共同的潤滑剂，所 以磨損試驗应該在同时包括齿輪和軸承的完 整的总成上进行。当然，这可以在車輛的全面道路試驗时完成。然而，在实驗室內适当的車 桥磨損試驗机上运轉往往更快更方便。而且，实驗室的試驗条件可以更好地加以控制，使重复試驗的一致性更大。
图10是适于进行小客車車桥磨損 試驗的設备。这台設备有一75馬力的 直流电动机和二台配合功_率的吸收 器，所有支架可进行扭矩反应測量。
在同一实驗室內•还有一台750馬 力的設备作諸如大客車、載重車和自 卸車等負荷較大的驅动桥的磨損試 驗。根据多年来这二台設备的使用經 驗，磨損試驗的技术已有发展，用重 量損失和尺寸变化来作为齿輪和軸承的磨耗依据。就齿輪来說，可从測量齿廓齿形得到尺寸的变化，对軸承則測量它的寬度变典型地，应在扭矩負荷相当于150%的发动机最大扭矩下，进行相当于車輛向前行駛 1000哩（1600公里）和倒行100哩（160公里.)的小客車车桥磨損試驗。当小齿輪轉速为 900轉/分时，試驗时問約需70小时c,
少最的全面道路試驗証实，以上的实驗室試驗結呆，相当于正常的車輛行駛約2000? 3000哩（3200?4800公里）时的同样的磨拟显。
在加速試驗的条件下，必須用喷水冷却車桥3試驗的油溫范围通常为90?10(TC。
齿輪本身常常由于磨料进入油液中而造成过度的磨損。
参考已經发現的事实，輪齿接触面上局部的高接触压力是車桥磨損的一个原因。显然， 从这样的面上落下的硬的齿輪磨損碎片連續在油內循环，使齿輪和軸承的磨損加剧。
表1是小客車桥在測功計上二次連續試驗的結果。第一次試驗，用新的齿輪、軸承和 油，依据称重和測量所得的軸承磨損量同第二次用同一齒輪付和新軸承与新加的油試驗所得 的結果相比，約为后者的4倍。从这二次試驗結果可以推断，在第一次試驗中齿輪磨合时有
表1用新、旧齿輪作驅动桥磨損試驗的結果
注：在每次试验中都是用的新轴承和新加的油。
齿輪的磨損顆粒进入油液中。輪齿表面因此在第一次試驗中有了改进，所以在第二次試驗中 磨祖小，而且碎片也少。这可由表1所列的齿輪重量損失結果和图11所示在每次試驗前后的
齿廓齿形来証实。
以上幷不是个別的例子。从許多不同厂牌和型式的車桥試驗得到了类似的結果。此外， 在硏究某些車桥結构的磨損时，已有可能用增加油封和为小齿輪軸承准备单独的油槽来使小 齿輪軸承同大齿輪所用的油隔开。
表2所列是上述試驗的簡要結果。在第一次試驗中，小齿輪軸承由大齿輪提供正常的油 流。在第二次試驗中，小齿輪軸承則有自己的潤滑系。前者小齿輪軸承的磨損量为后者的5 倍。但在二次試驗中同时都受大歯輪油潤滑的差速器軸承，其磨損量实际上相同。二次試驗 中都用了新的齿輪、軸承和新加的油。
表2 确定小齿輪軸承与大齿輪油流隔开影响的車桥磨損試驗
小齿轮轴承润滑系 总的轴承 宽度磨损 （;ii米）
小 齿 轮 轴 承 .益违器 轴 'K
从大齿轮来的正常油流 0.0T9 0.030
同大齿轮腔隔离的小齿轮轴承 0.015 0.028
在“变形試驗”一节中討論輪齿接触时提到，在輪齿接触时所不希望有的高压力还可能 是由于齿輪位移过度或不正确的齿廓形状引起的。这二个缺点，与車桥磨損試驗中齿輪和軸 承的过度磨損有关。
除了油液中由齿輪磨損碎片的直接汚染外，齿輪的磨損問題还有从齿輪的粗加工、精加 工和检驗所带来的外来的磨粒侵入油液的因素。同样，齿輪硬度不足、硏磨剂和甚至在装配 綫检查齿輪用的示印剂都会有所影响。
現在作磨損試驗，已采用潤滑油內加入少量不同型式的示印剂。表3指出，在选用示印 剂时，除其示印效能外还应考虑其磨蝕性能。发現两种二氧化鈦示印剂具有显著不同的磨損 率，但这两种示印剂的磨蝕性能都比其他普通用的示印剂大。
表3 从含有不同齿輪示印剂的潤滑油取得的軸承磨損試驗結果
润 沿 刹 '1、扔轮屯in:损失，拉!汸 净油液中亟s损失的比
洁净齿轮汕 1.0
齿轮油+ 3涔的含有黄色氧化铁颜料的齿轮示印剂 1.3
齿轮油+ 2艿的含有红色氧化铅颜料的齿轮示印剂 2.2
齿轮油+ 2涔的含有白色氧化钛颜抖（锐钛矿）的抝轮不印剂 3.3
齿轮油+3艿的含有白色氧化钛颜料（佥红石）的出轮示印剂 40.5
疲劳试验
车桥的疲劳试验，可采用和磨损试验一样的設备，但采用不同的試驗条件来进行，目的 是明确总成的哪个部分限制了它的疲劳寿命。
如一輛汽車的寿命为100,000?300,000哩（160,000?480, 000公里），其平均車速为 30哩/小时（48公里/小时），相当于連續行駛5?15个月，則希望在較正常使用更加苛刻的条 件下进行加速疲劳程度的試驗。然而，合理加速疲劳試驗的程度受有关零件(如軸承和齿輪) 超負荷疲劳特性的限制。
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目前应用的“四方（four-square)”車桥試驗机所施加的負荷比实际使用的負荷超过很 多，以致差速器軸承的疲劳寿命由于过度的不对直而驟然下降。
通常，車桥的寿命試驗是在发动机扭矩乘以变速器头档速比而达到100%的負荷时进行 的。經驗指出，在这些条件下，試驗可以压縮在合理的时間內加速进行而不过分地使总成变 形或結果不正确。許多不同厂牌的車桥疲劳試驗在70?100%最大头档扭矩时进行，出現了
多种損坏的原因。某些結构的总成寿 命因軸承損坏而告終。軸承寿命通常 与从制造厂产品目录中的額定値計算 出来的是一致的。有些車桥試驗常因 輪齿断裂或差速器壳損坏而終止。
由于后輪軸承的发展，已有采用 其他形式的車桥疲劳試驗机。图12是 一組正在进行整体式后桥疲劳試驗的 設备。車桥由車輪在其中滾动的偏置 轉鼓施加不变的垂直負荷和周期側向 負荷。該装置按自动控制的循环运轉，大致地模拟猛烈向左、右弯曲新产生译自英国机械工程师学会汽车部 1970年4月13?1T日传动系工程会议第5组资料第44号电动燃料泵不久前西德皮尔堡汽車航空仪表公司硏制 成一种供汽車发动机使用的新型电动燃料泵， 結构示于右图。該泵用12伏电瓶为能源，当功 率消耗为12瓦时，可供給最大到250馬力发 动机所需的燃料，最大栗油量130升/时，泵油 压力0.6公斤/厘米2,輸油高度0.5米。微型电 动机通过永磁离合器驅动旋翼泵油腔，幷装有 流量調节閥。整个装置是完全密封的，具有良 好的防尘防水效能，結构总重只有〇.65公斤， 在使用中不需要任何維修和保养，运轉时沒有 噪音。