载荷工况对动力传动部件建模的影响及预测方法

动力传动部件建模必须首先确定载荷工况，这取决于分析目的和失效模式。

车辆在使用中传动装置可能发生的故障，分为两类：

（1）当作用在零件上的应力超过材料的强度极限时，产生的突然破坏；

（2）在使用期间内，在零件上由于逐渐累积的损坏而产生的破坏，如疲劳损坏、磨损、塑性变形不可恢复的累积等。

载荷工况不同，破坏形式也不同，强度及使用寿命的计算方法也就不同，对应上述两类故障形式的计算分别为：①在峰值载荷作用下静强度的计算，②在车辆整个使用期间循环载荷作用在零件上的疲劳寿命计算。

1.静强度计算

传动装置的静强度计算的3种载荷工况如下。

（1）按照发动机的最大转矩计算。在这种载荷工况下，作用在零件上的计算力矩为发动机外特性曲线上的最大转矩与从发动机到传动装置所计算零件传动比的乘积。

（2）按照在传动装置非稳定工况时产生的最大动载荷计算。车辆在起步、换挡、制动和遇到障碍等非稳定工况时，传动装置承受的最大载荷受到摩擦元件打滑力矩的影响，需要按照传动装置结合的摩擦元件的打滑力矩计算，摩擦元件起保险离合器作用。对多自由度变速箱同时操纵多个摩擦元件时，计算力矩按照在该工况下具有最小储备系数的摩擦元件的打滑力矩计算。(www.xing528.com)

（3）按照推进装置与地面的附着力矩来计算。在某些情况下，由于传动装置的低挡传动比较大，传递到主动轮上的力矩大于地面附着力矩，履带打滑，因此，按照地面附着力矩，计算主动轮的力矩，然后再依据传动比换算到所计算的传动部位的零件。

传动装置的静强度计算可按两种方法进行，第一种方法是按照第一种载荷工况计算，计算的安全系数按照零件材料的屈服极限应不小于2～3；第二种方法是按照第二和第三种载荷工况计算出的打滑力矩中最小的力矩作为计算力矩，计算的安全系数按照零件材料的屈服极限应不小于1.2～1.5。

按照第一种载荷工况（发动机最大转矩）计算得到的应力数值高于平均使用的值，但低于车辆起步、换挡等非稳定工况时发生的峰值。这种计算方便简单，可与长期的设计经验相比较，实际中常用。

2.疲劳寿命计算

车辆传动装置的零部件承受的载荷主要是发动机和道路激励以及传动系内部的冲击等交变载荷，在这种随时间变化的载荷的作用下，其破坏形式一般是疲劳破坏。统计资料表明，零件的破坏50%～90%为疲劳破坏。随着车辆传动装置向高转速、高功率密度方向发展，其零部件的应力越来越高，使用条件越来越恶劣，发生疲劳破坏的现象越来越多。因此，在车辆传动装置的设计中，仅进行静强度计算，是远远不够的，必须计算零件的疲劳寿命。

进行疲劳寿命预测的前提是已获得经过加工处理的载荷谱和材料疲劳特性曲线，这样就可以采用适当的方法对新设计的零件的寿命进行预测，或者在改进原设计时进行评估。

载荷谱通常源于台架或实车试验，并基于车辆行驶工况的负载与速度关系试验数据，通过特定的统计处理方法的来生成。