DB35 福建省地方标准 DB35/T 11502011 土方机械驱动桥 桥壳扭转疲劳试验方法 Earth-moving machineryTest methods for drive axle case torsional fatigue 2011-07-01发布 2011-10-01实施福建省质量技术监督局 发布 ICS 53.100 P97 DB35/T 11502011 I 目 次 前言.II 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.1 4 试验原理.2 5 试验仪器及设备.2 6 试验环境.3 7 试验方法.3 8 试验报告.6 附录 A（资料性附录）某驱动桥桥壳扭转疲劳试验示例.7 DB35/T 11502011 II 前 言 本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本标准由厦门市质量技术监督局提出。本标准由福建省经济贸易委员会归口。本标准由福建省质量技术监督局批准。本标准起草单位：国家场（厂）内机动车辆质量监督检验中心、厦门市盖克工程机械有限公司、厦门市产品质量监督检验院、厦门市标准化协会。本标准主要起草人：倪栋、陈远山、田力军、王一峰、李晖、黄志强。本标准为首次制定。DB35/T 11502011 1 土方机械驱动桥 桥壳扭转疲劳试验方法 1 范围 本标准规定了土方机械驱动桥桥壳进行扭转疲劳试验的术语和定义、试验原理、试验仪器及设备、试验环境、试验方法和试验报告。本标准适用于采用非独立悬挂、全浮式半轴结构的轮胎式土方机械驱动桥桥壳。2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 8498 土方机械 基本类型 识别、术语和定义 JB/T 9717.1 轮式工程机械 驱动桥 术语 JB/T 9717.2 轮式工程机械 驱动桥 型式和基本参数 DB35/T 953.1-2009 土方机械 结构应力测试方法 通则 3 术语和定义 GB/T 8498、JB/T 9717.1和JB/T 9717.2界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1 土方机械驱动桥桥壳（以下简称桥壳）earth-moving machinery drive axle shell(axle shell)安装主减速器、差速器、半轴和轮边行星减速器等零件，并与车架连接，是支撑机器质量、承受并传递驱动轮传来的各种反力和力矩的构件。3.2 静态扭转强度 static torsional strength 桥壳在恒定扭转外载荷作用下发生断裂时所承受的力矩。3.3 静态扭转刚度 static torsional stiffness 桥壳在恒定扭转外载荷作用下发生形变时，其抵抗扭转变形的能力，其为单位长度的相对扭转角度。3.4 扭转疲劳失效 torsional fatigue failure 桥壳在扭转交变载荷作用下所发生的断裂等状态。3.5 扭转疲劳极限载荷 torsional fatigue limit load 指定循环基数下的扭转疲劳载荷。循环基数一般取 107或更高些。DB35/T 11502011 2 4 试验原理 用U型螺栓将被试桥壳紧固在刚性台架上（见图1），通过高强度螺栓紧固桥壳连接圆盘和加载力臂，利用液压脉动疲劳试验机在加载力臂端部施加载荷，来实现桥壳承受扭矩作用并进行相关的扭转试验。1桥壳；2桥壳输出半轴；3固定U型螺栓；4传扭力臂；5连接圆盘。图1 桥壳扭转疲劳台架试验原理示意图 5 试验仪器及设备 5.1 试验仪器 5.1.1 角位移传感器 5.1.1.1 角位移传感器的量程应与测量值的大小相适应，测量精度不低于0.5%。5.1.1.2 角位移传感器应能在 5 40 的温度条件下正常使用。5.1.2 数据采集系统 数据采集仪应能实现多通道、多信号类型的同时采集，采样频率应能满足台架试验的实时采集。5.1.3 应变测试仪器 应变测试仪器按DB35/T 953.1-2009中5.1.2条的规定。5.2 试验设备（设施）5.2.1 试验设备（设施）a)试验台架液压脉动疲劳试验机或其它试验机、测试平台、传扭力臂、夹具工装、确定载荷作用线位置的工具等；b)起吊（升）设备行车（叉车）、千斤顶等；c)其它试验用辅助工具。5.2.2 液压脉动疲劳试验机 液压脉动疲劳试验机或其它试验机均应满足如下要求：DB35/T 11502011 3 a）试验机示值误差均不超过试验机使用满量程的0.5%；b)应有工作可靠的载荷控制装置、计数装置和试样失效或至指定循环数时的停机装置。6 试验环境 6.1 试验环境应为 5 40；相对湿度不大于 90%；周围无强烈振动、腐蚀性气体和强磁场干扰。6.2 试验场地应能满足桥壳的吊装、安装和拆卸，并有足够的空间。7 试验方法 7.1 静态扭转刚度和静态扭转强度试验 7.1.1 试验目的 检查桥壳静态扭转刚度和扭转强度，计算其扭转刚度和静态扭转强度安全系数。7.1.2 试验条件 7.1.2.1 试验样品 7.1.2.1.1 应符合设计图样要求，并附有必要的设计和工艺资料。7.1.2.1.2 表面应清洁，无裂纹、破损和变形。7.1.2.1.3 数量为 4 件，其中静态扭转刚度取 1 件进行试验，静态扭转强度取 3 件进行试验。7.1.2.2 试验载荷 7.1.2.2.1 静态试验扭矩 按下式（1）、（2）进行计算，取其中较大的结果值作为静态试验扭矩pT：d per g m T+=2 11（1）式中：peT 按最大爬坡工况时，桥壳承受的扭矩，单位为牛顿米（Nm）；驱动桥行星排特征参数，=srZZ，其中Zr为齿圈齿数，Zs为太阳轮齿数，单位为无量纲；1 最大爬坡工况时，前后桥载荷分配系数中的较大值，单位为无量纲；m整车重量，单位为千克（kg）；g重力加速度，取值9.8，单位为米每秒平方（m/s2）；附着系数,单位为无量纲；dr 车轮的静力半径，单位为米（m）。d pr g m T=max22（2）式中：DB35/T 11502011 4 pT 按满载制动工况时，桥壳承受的扭矩，单位为牛顿米（Nm）；2 满载制动工况时，前后桥载荷分配系数中的较大值；maxm 整车满载重量，单位为千克（kg）。7.1.2.2.2 试验载荷的确定 按下式（3）计算可得静态试验载荷sP：LTPps=（3）式中：sP 静态试验加载载荷，单位为牛顿（N）；pT 确定的试验扭矩，单位为牛顿米（Nm）；L试验台架加载力臂长度，单位为米（m）。7.1.3 试验程序 试验过程宜按下述程序进行：a)通过U 型螺栓将桥壳水平紧固在测试平台上，固定支点为桥壳半轴输出端部；b)安装并调节加载力臂，使力臂在试验过程中处于桥壳中心线垂直平面内上下摆动；c)安装角位移传感器，测量点位置不应少于 6 点，如图 2 所示，并记录各点到桥壳中心点位置的距离il；d)调整测试仪器和设备，从零到静态试验载荷sP 预加载 2 次3 次，卸载后再进行测量；e)卸载至零时，标定各测量点的角位移传感器数值至零位；f)缓慢加载至桥壳静态试验载荷sP，利用数据采集系统实时监测并记录试验载荷和各测量点角位移的变化。至少测量 3遍。每次试验开始时都应重新标定角位移传感器；g)作桥壳静态扭转强度试验时，不装角位移传感器，一次加载至桥壳扭转失效，中间不得反复，并记录静态失效载荷P。图2 桥壳扭转刚度试验测点布置示意图 7.1.4 数据处理 DB35/T 11502011 5 7.1.4.1 桥壳静态扭转刚度按下式（4）计算：iipilI=（4）式中：piI 桥壳各测点的静态扭转刚度，单位为弧度每米（rad/m）；i 桥壳各测点相对扭转角度的算术平均值，单位为弧度（rad）；il 桥壳各测点到桥壳中心点的距离，单位为米（m）。7.1.4.2 桥壳静态扭转强度安全系数按下式（5）计算：spPP=（5）式中：p 桥壳静态扭转强度安全系数，单位为无量纲；P 桥壳静态扭转失效载荷算术平均值，单位为牛顿（N）；sP 桥壳静态扭转试验载荷，单位为牛顿（N）。7.2 桥壳扭转疲劳试验 7.2.1 试验目的 测定桥壳的扭转疲劳极限载荷并绘制桥壳的 N S 曲线。7.2.2 试验条件 7.2.2.1 试验样品 7.2.2.1.1 应符合 7.1.2.1.1 和 7.1.2.1.2 的要求。7.2.2.1.2 数量不少于 8 件。7.2.2.2 试验载荷 推荐载荷波形采用正弦波形进行加载。试验载荷至少分为 7 级，各级载荷幅值按下式（6）计算：P k Si i=（6）式中：iS 各级载荷幅值，单位为牛顿（N）；P 静态扭转失效载荷算术平均值，单位为牛顿（N）；ik 各级疲劳载荷系数（推荐 7.0max=k，1.0min=k），单位为无量纲。注：高载荷水平间隔可取得大一些，随着载荷水平的降低间隔越来越小。7.2.2.3 试验频率 7.2.2.3.1 根据所用试验机的型号和各级载荷大小选定各级载荷循环频率。7.2.2.3.2 在高载荷水平下，最好使用较低的频率。7.2.2.3.3 试验频率不大于 200 Hz。DB35/T 11502011 6 7.2.3 试验程序 试验过程宜按下述程序进行：a)在桥壳上粘贴应变片，贴片的位置选取应力最大处，应变片的粘贴按 DB35/T 953.1-2009中 7.3条的规定；b)桥壳的固定安装应符合 7.1.3 中a）和 b）条的要求；c)安装调试后应预加载至各级最大载荷 3 次，卸载后开始试验；d)先加静载荷，用应变仪对试验机进行静标定，测出并记录各级最大载荷所对应的应力值。测试精度控制在3%以内；e)采用正弦波形载荷进行加载，同时监测测量点循环应力，加载直至桥壳断裂，记录循环次数iN和断口部位；f)重复试验步骤 a）至 d），由高载荷水平到低载荷水平逐级进行试验，列表记录相应的试验数据。7.2.4 数据处理 7.2.4.1 扭转疲劳极限载荷的测定 用下列方法处理试验结果，所得的载荷水平即为扭转疲劳极限载荷rS：a)在载荷水平由高到低的试验过程中，如果在6S 级载荷水平作用下，试样未及循环基数发生了破坏，而在下一级载荷水平7S 的作用下经循环基数而不破坏，并且两个载荷级差数()7 6S S 不超过7S 的5%，则6S 与7S 的平均值则为扭转疲劳极限载荷rS。b)如果差数()7 6S S 大于7S 的5%，再取一根试样进行试验，载荷水平8S 等于6S 与7S 的平均值，若试验后试样经循环基数仍不破坏，且差数()8 6S S 小于8S 的 5%，则可认为扭转疲劳极限载荷rS 介于6S 和8S 之间；若试验后试样经循环基数发生破坏，且差数()7 8S S 小于7S 的5%，则可认为扭转疲劳极限载荷rS 介于8S 和7S 之间。7.2.4.2 N S 曲线的测定 根据各载荷水平下测得的疲劳寿命iN。以各级载荷幅值iS（或iS lg）为纵坐标，iN lg 为横坐标，用逐点描迹法或最小二乘法，拟合上述试验数据点即成 N S 曲线。8 试验报告 试验完成后应写出试验报告，报告内容包括下列各项:a)前言。包括试验样品名称、型号及主要技术数据、出厂年月、制造厂名称、试验时间和地点；b)试验目的；c)试验设备及仪器仪表规格型号；d)试验准备；e)试验项目和试验方法，包括各级试验载荷、试验频率；f)试验结果，包括试验中出现的问题及处理情况，并附试验数据，计算结果和试验曲线；g)试验结论和建议。DB35/T 11502011 7 A A 附 录 A（资料性附录）某驱动桥桥壳扭转疲劳试验示例 A.1 静态扭转强度试验 A.1.1 试验载荷 A.1.1.1 ZL50装载机的特征参数如表A.1所示。表A.1 装载机特征参数 特征参数 1 m/kg dr/m 2 maxm/kg 数值 3.4 0.8 17143 0.65 0.75 0.6 22245 A.1.1.2 试验台架加载力臂长度取值为1 m。A.1.1.3 按式（3）计算，可得到试验载荷sP 约为31 kN。A.1.2 按7.1.3的试验程序进行试验，得到静态扭转失效载荷P 为100 kN，根据式（5）可得静态扭转强度安全系数p 为3.2。A.2 扭转疲劳试验 A.2.1 试验载荷分为7级，各级载荷幅值和加载系数如表A.2所示。A.2.2 按7.2.3的规定进行疲劳试验，得到相应的数据如表A.2所示。A.2.3 扭转疲劳极限载荷的测定按7.2.4.1进行处理，由于()2.1%5 17 7 6=S S S，桥壳扭转疲劳极限载荷按下式（A.1）计算：()kNS SSr5.2427 6=+=（A.1）表A.2 扭转疲劳试验数据 样品编号 k S/kN 循环次数N/次 N lg 1 0.7 70 46000 4.663 2 0.5 50 107000 5.029 3 0.35 35 181000 5.258 DB35/T 11502011 8 表 A.2（续）样品编号 k S/kN 循环次数N/次 N lg 4 0.30 30 272000 5.435 5 0.27 27 662000 5.821 6 0.25 25 2785000 6.445 7 0.24 24 107（未断）A.2.4 N S 曲线的测定，桥壳扭转疲劳的 N S 曲线如图A.1所示。4.6 4.8 5.0 5.2 5.4 5.6 5.8 6.0 6.2 6.4 6.6010203040506070lgNS 图A.1 N S 曲线 注：该附录仅作为本标准所涉及试验方法的示例，所使用的数据均为虚构。本附录测试对象为ZL50系列装载机驱动桥桥壳。_