电动汽车差速器扭转冲击疲劳试验的荷载频次确定方法技术

本发明专利技术公开了一种电动汽车差速器扭转冲击疲劳试验的荷载频次确定方法，涉及电动汽车技术领域，通过对关键零件的受力分析得到了危险截面作为应变测试点，通过实测应变与扭矩的关系将S‑N曲线转化为扭矩‑疲劳寿命曲线，确定试验荷载的幅值范围，测试加载相同频率不同幅值的荷载下的应变，并对应变数据进行统计分析，分析结果表明应变随着加载幅值基本呈线性变化；在试验荷载的幅值范围内选择m个试验幅值，根据扭矩‑疲劳寿命曲线获取m个试验幅值所对应的疲劳寿命值，并建立方程组，以求解各个加载幅值所对应的加载频次。本发明专利技术解决了如何客观的确定出用于电动汽车差速器扭转冲击疲劳试验的试验荷载加载频次的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
电动汽车差速器扭转冲击疲劳试验的荷载频次确定方法
本专利技术涉及电动汽车
，尤其是电动汽车差速器扭转冲击疲劳试验的荷载频次确定方法。
技术介绍
随着环境问题和能源问题日益严峻，纯电动汽车作为新能源汽车的代表，电机、电控系统、机械传动系统等的研发与测试成为行业关注重点。电机作为电动汽车的动力源，输出转矩具有响应迅速、控制稳定等优点。但由于电磁感应原理，且电动汽车传动系呈现弱阻尼特性，在给定指令转矩后，电机输出转矩会在指令转矩值上下波动，不仅影响转矩的平滑度，更会使得电动汽车传动系产生冲击，严重时甚至损坏。由于电动汽车与传统燃油汽车在传动系构造上的显著差异，使得差速器成为影响电动汽车行驶及性能稳定的重要零部件之一，将其冲击疲劳性能纳入测试评价尤其必要。近年以来，国内外逐渐重视汽车传动系冲击疲劳的检测与研究，但针对电动汽车传动系尤其是差速器的相关研究内容仍相对较少。目前，有关电动汽车差速器扭转冲击疲劳试验的标准仍有欠缺，尤其是对试验荷载的加载频次缺乏客观规范，基本上是人为主观确定，导致与实际行驶时的疲劳破坏情况相差较大。
技术实现思路
针对上述技术的不足，本专利技术提供了一种电动汽车差速器扭转冲击疲劳试验的荷载频次确定方法，解决如何客观的确定出用于电动汽车差速器扭转冲击疲劳试验的试验荷载加载频次的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种电动汽车差速器扭转冲击疲劳试验的荷载频次确定方法，包括以下步骤：确定电动汽车差速器中关键零件的应变测试点：关键零件包括一字轴，以一字轴的危险截面作为应变测试点并安装应变片，危险截面为容易发生断裂的截面；将关键零件材料的S-N曲线转化为扭矩-疲劳寿命曲线：对电动汽车差速器施加不同的扭矩荷载，并测试不同扭矩荷载下关键零件的应变数据，再根据关键零件的材料系数将应变转化为应力；根据应力与扭矩荷载的对应关系将关键零件的S-N曲线转化为扭矩-疲劳寿命曲线；根据扭矩-疲劳寿命曲线以及电动汽车电机的工作特性参数确定试验荷载的幅值范围：从扭矩-疲劳寿命曲线中获取能够引起疲劳损伤的最小扭矩Tmin，根据电动汽车的工作特性参数计算最大推荐试验荷载Tmax，并以Tmin～Tmax作为试验荷载的幅值范围；确定试验荷载加载频次：测试加载相同频率不同幅值的荷载下的应变，并对应变数据进行统计分析：以试验幅值为横坐标，应变数据的均方值为纵坐标，作同频率不同幅值的应变数据统计曲线，分析结果表明应变随着加载幅值基本呈线性变化；在试验荷载的幅值范围内选择m个试验幅值，根据扭矩-疲劳寿命曲线获取m个试验幅值所对应的疲劳寿命值，并建立以下方程组，以求解各个加载幅值所对应的加载频次：式中，A1…Am分别表示第1到第m个试验幅值，NA1...NAm分表表示对应试验幅值下的疲劳寿命，km-1表示在同频率不同幅值的应变数据统计曲线上从试验幅值A(m-1)到试验幅值Am所对应线段的斜率；xA1...xAm分别表示对应试验幅值的加载频次。进一步的，一字轴的危险截面按如下方式确定：一字轴受到差速器壳体和行星齿轮相反方向的力，将一字轴看作刚体的前提下，一字轴与差速器壳体及行星齿轮的接触区域所受的力为均布力q1、q2，根据如下公式计算q1、q2：式中，L1表示一字轴总长度；L2表示一字轴两端安装的两行星齿轮的外端面之间的距离；L3表示一字轴两端安装的两行星齿轮的内端面之间的距离；T表示一字轴所受扭矩值，T＝T0·i，T0表示减速器总成输入扭矩值，i表示主减速比；对一字轴进行剪力和弯矩分析，以一字轴一端面上的点为原点，位置x处，0≤x≤L1，剪切力及弯矩为：当0≤x≤a时，按如下公式计算剪切力F和弯矩M：F＝q1x；当a≤x≤b时，按如下公式计算剪切力F和弯矩M：F＝q1a-q2(x-a)；当时，按如下公式计算剪切力F和弯矩M：F＝q1a-q2(b-a)；式中，根据剪切力及弯矩的计算结果绘制剪切力分布图及弯矩分布图，从剪切力分布图及弯矩分布图中可知危险截面存在于到原点距离为a、b的a、b截面之间，考虑到贴片的便捷与可行，在一字轴一端的b截面处正反对称粘贴2片单向应变片，同时，在一字轴一另一端与b截面对称位置处正反对称粘贴2片单向应变片。与现有技术相比，本专利技术具有的优点包括：1、对于试验荷载加载幅值范围的确定以S-N曲线为基础，通过实测应变与扭矩的关系将S-N曲线转化为扭矩-疲劳寿命曲线，排除不能引发疲劳损伤的扭矩区间，克服了直接依据现有的疲劳寿命试验推荐荷载范围容易导致试验荷载不具有疲劳损伤而引起试验周期延长的缺陷。同时通过最大推荐试验荷载Tmax进行约束，避免试验荷载过大而导致疲劳损伤以外的破坏形式。2、本专利技术综合考虑了疲劳破坏的易发位置、材料特性以及荷载幅值来科学、客观的确定出试验荷载加载频次，并且针对每种试验荷载幅值均能准确计算出相应的试验荷载加载频次。3、经过应变测试与数据分析后，确定出扭转冲击疲劳性能随加载幅值呈线性变化，并首次将扭矩-疲劳寿命曲线与应变数据统计曲线结合起来，建立方程组，准确求解出各个加载幅值所对应的加载频次，克服了现有技术中依靠主观经验来确定的缺陷。4、现有技术中一般测试差速器壳体的扭矩，再进行相应的计算得到差速器壳体的疲劳寿命。本专利技术能够针对差速器中多个关键零件进行疲劳损坏情况的预测，明确了各个应变测试点的位置，相对于扭矩来说，应变更能直接反应受到扭转冲击时的变形和损伤程度，为试验荷载加载幅值与试验荷载加载频次的确定，提供更加准确的参考依据。附图说明图1是应变测试系统架构图；图2是一字轴受力示意图；图3是一字轴剪力分布图；图4是一字轴弯矩分布图；图5是电动汽车差速器应变片粘贴示意图；图6是一字轴材料的扭矩-疲劳寿命曲线图；图7是同幅值不同频率的应变数据统计曲线图；图8是同频率不同幅值的应变数据统计曲线图；图9是样本一在进行本具体实施方式中的疲劳破坏示意图；图10是样本二在进行本具体实施方式中的疲劳破坏示意图；图11是样本三在进行本具体实施方式中的疲劳破坏示意图。具体实施方式为了更好的体现本专利技术的可行性与实际应用价值，本具体实施方式将一个完整的电动汽车差速器扭转冲击疲劳试验进行详细说明。电动汽车差速器扭转冲击疲劳试验的各步骤分别如下。一)、确定试验荷载加载波形与静态或准静态载荷相较，冲击载荷具有强度大、耗时短等特点，使被试件结构在应力波的作用下呈现局部范围内的变形和断裂。依照目前的试验条件与技术水平，在冲击试验中完全模拟实际冲击环境的可能性较低。现有的冲击设备仅能输出若干保持一定精度的典型重复性冲击过程。扭矩作动器作为试验台的载荷输出装置，能够输出正弦波、三角波、方波等多种高强度载荷波形信号，以一定的速度频率撞击被试差速器，以达到使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电动汽车差速器扭转冲击疲劳试验的荷载频次确定方法，其特征在于，包括以下步骤：/n确定电动汽车差速器中关键零件的应变测试点：关键零件包括一字轴，以一字轴的危险截面作为应变测试点并安装应变片，危险截面为容易发生断裂的截面；/n将关键零件材料的S-N曲线转化为扭矩-疲劳寿命曲线：对电动汽车差速器施加不同的扭矩荷载，并测试不同扭矩荷载下关键零件的应变数据，再根据关键零件的材料系数将应变转化为应力；根据应力与扭矩荷载的对应关系将关键零件的S-N曲线转化为扭矩-疲劳寿命曲线；/n根据扭矩-疲劳寿命曲线以及电动汽车电机的工作特性参数确定试验荷载的幅值范围：从扭矩-疲劳寿命曲线中获取能够引起疲劳损伤的最小扭矩T

【技术特征摘要】
1.一种电动汽车差速器扭转冲击疲劳试验的荷载频次确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
确定电动汽车差速器中关键零件的应变测试点：关键零件包括一字轴，以一字轴的危险截面作为应变测试点并安装应变片，危险截面为容易发生断裂的截面；
将关键零件材料的S-N曲线转化为扭矩-疲劳寿命曲线：对电动汽车差速器施加不同的扭矩荷载，并测试不同扭矩荷载下关键零件的应变数据，再根据关键零件的材料系数将应变转化为应力；根据应力与扭矩荷载的对应关系将关键零件的S-N曲线转化为扭矩-疲劳寿命曲线；
根据扭矩-疲劳寿命曲线以及电动汽车电机的工作特性参数确定试验荷载的幅值范围：从扭矩-疲劳寿命曲线中获取能够引起疲劳损伤的最小扭矩Tmin，根据电动汽车的工作特性参数计算最大推荐试验荷载Tmax，并以Tmin～Tmax作为试验荷载的幅值范围；
确定试验荷载加载频次：测试加载相同频率不同幅值的荷载下的应变，并对应变数据进行统计分析：以试验幅值为横坐标，应变数据的均方值为纵坐标，作同频率不同幅值的应变数据统计曲线，分析结果表明应变随着加载幅值基本呈线性变化；在试验荷载的幅值范围内选择m个试验幅值，根据扭矩-疲劳寿命曲线获取m个试验幅值所对应的疲劳寿命值，并建立以下方程组，以求解各个加载幅值所对应的加载频次：



式中，A1...Am分别表示第1到第m个试验幅值，NA1...NAm分表表示对应试验幅值下的疲劳寿命，km-1表示在同频率不同幅值的应变数据统计曲线上从试验幅值A(m-1)到试验幅值Am所对应线段的斜率；xA1...xAm分别表示对应试验幅值的加载频次。


2.根据权利要求1所述的电动汽车差速器扭转冲击疲劳试验的荷载频次确定方法，其特征在于，一字轴的危险截面按如下方式确定：
一字轴受到差速器壳体和行星齿轮相反方向的力，将一字轴看作刚体的前提下，一字轴与差速器壳体及行星齿轮的接触区域所受的力为均布力q1、q2，根据如下公式计算q1、q2：






...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹喜红，李金晓，袁冬梅，胡秋洋，席帅杰，付凌锋，蒋明聪，凌龙，苟林林，王超，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50