基于载荷谱的主减速器耐久性分析与预测

耐久性的主要影响因素，建立其应用工况下的耐久性计算模型，基于试验数据对模型参数进行修正，采集某驱动桥主减速
器不同应用工况下的道路载荷，并对道路载荷数据进行水平分级处理，编制其应用工况分级载荷谱，并基于工况载荷谱对
该驱动桥的耐久性进行了分析和预测。
主题词：主减速器 载荷谱 耐久性 疲劳寿命
中图分类号：U462.3+6
final drive under the application condition is studied in this paper, the main factors influencing the final drive durability are
analyzed and the durability calculation model under the application conditions is established. The model parameters are
其强度系数 Q，Q 决定了锥齿轮的强度水平。
2.2 主减速器疲劳特性
锥齿轮疲劳特性与其材料、工艺水平、热处理等相
驱动桥主减速器通过锥齿轮副进行载荷传递，对于
重型商用车驱动桥，主要采用双曲面齿轮，部分采用螺
旋锥齿轮，配合轮边减速。本文主要对主减速器锥齿轮
疲劳寿命进行分析，疲劳寿命取决于其所受的道路工况
载荷，同时也与锥齿轮强度特性、疲劳特性相关。对于
双曲面齿轮，其强度特性的计算公式为：
σF
=
QT,Q=来自2k0 kskm k v ms bDJF
×
103
（1）
式中，σF 为锥齿轮的齿根弯曲应力；T 为计算转矩；Q
为锥齿轮的强度系数；b 为齿面宽；D 为大端分度圆直
径；ms 为端面模数；JF 为轮齿弯曲应力综合系数；k0 、 ks 、km 、kv 分别为过载系数、尺寸系数、齿面载荷分配系 数和质量系数。
通过锥齿轮的设计参数和相关系数，可以计算得到
corrected based on the test data, the road loads of a drive axle of final drive under different applications are obtained and
classified, graded load spectrum is established thereafter, finally analysis and predication of durability of this drive axle
文献标识码：A
DOI: 10.19620/ki.1000-3703.20190883
Durability Analysis and Fatigue Life Prediction of Final Drive Based
on Load Spectrum
Liu Jin, Li Wei, Liu Chunli, Yao Zhehao, Xiang Haitao （Technical Center of Dongfeng Commercial Vehicle, Wuhan 430056） 【Abstract】To guide the match development and test verification of final drive, the durability calculation model of
based on the operating load spectrum are carried out.
Key words: Final drive, Load spectrum, Durability, Fatigue life
1 前言
在驱动桥总成开发过程中，主减速器的耐久性是重 要的评价指标。目前主要通过台架试验和整车试验对 主减速器耐久性进行验证，台架试验基于传统的额定载 荷计算方法确定的试验扭矩进行验证，整车试验通过选 定的试车场工况进行考核，这些工况与整车实际应用工 况载荷不能直接对应，无法给出当前应用工况下的耐久 性寿命，另外，当需要对某些特定应用工况进行匹配时， 其耐久性差异和适用性也无法明确。故需要开展针对 整车工况的驱动桥主减速器耐久性研究。
汽车技术 · Automobile Technology
·2019 中国汽车工程学会年会（SAECCE 2019）优秀论文专题·
基于载荷谱的主减速器耐久性分析与预测
刘金 李伟 刘春立 姚哲皓 项海涛
（东风商用车技术中心，武汉 430056）
【摘要】为指导主减速器匹配开发和试验验证，对匹配应用工况下的主减速器耐久性计算进行了研究。分析主减速器
本文首先建立驱动桥主减速器的耐久性计算模型， 并与台架试验结果进行对比修正，然后采集某驱动桥总 成所匹配整车的典型应用工况的道路载荷，并对载荷数
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刘金，等：基于载荷谱的主减速器耐久性分析与预测
据进行处理，编制水平分级载荷谱，最后计算其疲劳耐 久性水平。
2 主减速器耐久性计算模型
2.1 主减速器强度特性
国内部分学者对基于用户工况的传动载荷谱及其 应用进行了研究。李文礼等[1]基于用户车辆行驶载荷数 据，采用雨流计数法和数理统计方法对其进行压缩处 理，利用门限峰值理论载荷外推方法获得外推载荷谱， 编制了台架试验用载荷谱。张英爽等[2]对工程车辆传动
2019 年 第 10 期
系载荷谱利用雨流计数法进行统计处理，建立了二维载 荷谱，用于传动系寿命预测和疲劳寿命试验。门玉琢等[3] 结合用户调查获得的路面比例与车辆载质量数据，根据 疲劳累积损伤的威布尔分布方程和传动系损伤计算模 型，将用户数据压缩成台架可靠性试验载荷谱，实现传 动系台架试验与用户使用寿命的统一。李响等[4]在越野 车驱动桥开发中采用 Time at Revolution 计数法对传动轴 载荷的测试扭矩及转速信号进行处理，得到多级载荷和 旋转圈数，通过损伤当量计算进一步简化为单级载荷。 对于传动系载荷谱的处理，不同于传统的承载件处理方 法[5-7]，目前的载荷谱编制方法并不适用于传动系载荷谱 编制，如雨流计数法只能考虑传动系的扭矩信息，而未 考虑传动系的转速信息。