驱动桥疲劳可靠性分析与试验方法研究

论文摘要

驱动桥的可靠性水平直接关系到整车的可靠性。由于车辆在行驶过程中所遇到的道路环境千变万化,尤其车辆在不平的路面上行驶时,车辆振动所产生的附加动载以及路面突起对车辆造成的纵向冲击,使驱动桥的受力十分复杂,工作环境极其恶劣。目前在驱动桥的设计中采用的安全系数法,不能很好地解决车辆轻量化与强度要求的协调问题,因而在设计制造过程中采用各种手段进行可靠性分析和寿命预测将成为驱动桥可靠性设计的重要内容和不可缺少的过程。但可靠性和寿命分析由于影响因素多而精度受到限制,尚不能完全解决设计中存在的问题,所以,不但要对驱动桥主要零部件进行严格的台架寿命试验,对驱动桥整机也必须经过可靠性实际考核。转鼓凸块式驱动桥疲劳可靠性试验台研发把驱动桥试验由零部件试验引向整机试验。第二章从材料和零件的疲劳特性和疲劳累积损伤理论入手,分析了零件疲劳寿命预测的过程,给出了在不同载荷特性下利用疲劳累积损伤理论进行寿命预测的工程实用方法,并推导了等幅载荷、变幅载荷和随机载荷作用下的应力寿命模型和应变寿命预测模型。第三章分析了驱动桥零件在等幅载荷、变幅载荷和随机载荷下利用应力——强度干涉模型和动态应力——强度干涉模型计算可靠度的求解方法,探讨了利用有限元分析法解决零件在线性范围内的疲劳可靠度的计算问题。第四章论述了转鼓凸块式驱动桥疲劳可靠性试验台能够完成道路模拟试验的设计思想和结构设计理念,同时,讨论和分析了运动惯量模拟的最优组合和行驶阻力模拟的最优化确定方法,以及试验系统的运动学模型及特性。第五章从研究路面特性出发,讨论了由频域构建时域模拟路面的原理,重点研究了利用有限长度的试验台转鼓表面模拟无限长路面,利用高度不等的凸块模拟不平道路的理论依据,并据此构建了双车道各级路面,通过对其特性进行分析,证实了利用一组凸块将试验场石块路在试验台上再现的合理性。第六章论述了驱动桥疲劳可靠性快速试验的原理,讨论了试验台数据采集的方法和过程。通过对ZL-50驱动桥载荷谱的测量和桥壳最薄弱点应力谱的测量,以及同类车桥在试验场石块路应力谱的对比,证实了驱动桥台架试验是与道路试验相似的随机载荷下的快速疲劳试验。依据模拟试验与道路试验的载荷谱对驱动桥桥壳的疲劳寿命预测,讨论了模拟试验与道路试验的当量关系。最后,对以后应进行的工作进行了展望,提出了一些初步的设想。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究意义
• 1.1.1 驱动桥的结构和服役环境
• 1.1.2 研究驱动桥疲劳可靠性分析与试验方法的意义
• 1.2 机械疲劳可靠性研究的历史回顾
• 1.2.1 机械疲劳可靠性研究的历史回顾
• 1.2.2 机械疲劳可靠性研究的现状与存在的问题
• 1.3 驱动桥疲劳可靠性研究的方法与现状
• 1.3.1 驱动桥疲劳可靠性研究的基本方法
• 1.3.2 驱动桥疲劳可靠性分析的研究现状
• 1.3.3 驱动桥疲劳可靠性试验方法与现状
• 1.3.3.1 驱动桥零部件疲劳可靠性试验内容
• 1.3.3.2 驱动桥零部件疲劳试验现状
• 1.3.3.3 驱动桥整机疲劳可靠性试验现状
• 1.4 道路功率谱对疲劳可靠性的影响
• 1.5 论文的研究背景和主要内容
• 1.5.1 论文的研究背景
• 1.5.2 论文的研究内容
• 第二章 驱动桥零部件疲劳寿命预测方法
• 2.1 材料的疲劳寿命特性
• 2.1.1 材料的应力—寿命曲线
• 2.1.2 材料的循环应力—应变曲线
• 2.1.3 材料的应变—寿命曲线
• 2.2 疲劳累积损伤理论
• 2.3 基于名义应力法的寿命预测
• 2.3.1 名义应力法的寿命预测过程
• 2.3.2 等幅载荷下的寿命预测
• 2.3.3 变幅载荷下的寿命预测
• 2.3.4 随机载荷下的寿命预测
• 2.3.5 名义应力法预测疲劳寿命讨论
• 2.4 基于应力-应变法的寿命预测
• 2.4.1 应力-应变法的寿命预测过程
• 2.4.2 局部应力-应变法预测寿命讨论
• 2.5 小结
• 第三章 驱动桥疲劳可靠性分析研究
• 3.1 等幅循环载荷下可靠性分析
• 3.1.1 应力-寿命模型
• 3.1.2 剩余强度模型
• 3.2 变幅循环载荷下可靠性分析
• 3.3 随机载荷下可靠性分析
• 3.3.1 动态应力—强度干涉模型的表达
• 3.3.2 随机载荷下零件疲劳可靠性分析
• 3.4 基于有限元分析的可靠度计算
• 3.4.1 随机有限元基本理论
• 3.4.2 随机有限元控制方程的建立
• 3.4.3 随机有限元可靠度计算
• 3.4.4 算例
• 3.5 小结
• 第四章 转鼓凸块式道路模拟试验台的研究
• 4.1 设计思想
• 4.2 道路模拟机的整体结构
• 4.2.1 整体结构设计
• 4.2.2 动力驱动及传递路线
• 4.2.3 路面的模拟
• 4.2.4 行驶阻力与行驶惯量模拟
• 4.2.5 载荷模拟
• 4.3 控制系统硬、软件开发
• 4.3.1 控制系统硬件开发
• 4.3.2 控制系统软件开发
• 4.4 试验台结构创新
• 4.5 试验台的运动学模型及特性分析
• 4.6 随机动载系数讨论
• 4.7 小结
• 第五章 模拟路面与输入特性的研究
• 5.1 功率谱密度定义
• 5.2 功率谱密度估计
• 5.3 时域信号估计
• 5.4 路面输入及其模型
• 5.5 模拟路面的构建
• 5.5.1 转鼓直径的确定
• 5.5.2 高程凸块数量的确定
• 5.5.3 高程凸块形状的确定
• 5.5.4 模拟路面时域模型的构建
• 5.5.5 模拟路面构造实例与验证
• 5.6 小结
• 第六章 快速试验及试验台有效性验证
• 6.1 疲劳可靠性快速试验原理
• 6.2 试验数据的采集
• 6.3 驱动桥载荷谱的测量与分析
• 6.3.1 桥壳的垂直载荷谱测量与分析
• 6.3.2 桥壳的疲劳应力测量与分析
• 6.4 室内试验与道路试验的对比
• 6.5 主要零部件的寿命预测与试验验证
• 6.5.1 桥壳的疲劳寿命预测
• 6.5.2 齿轮的疲劳寿命预测
• 6.5.3 驱动桥的疲劳可靠性试验
• 6.6 模拟试验当量寿命估计
• 6.7 小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表（撰写）的论文和参与科研情况
• 致谢