一种等速驱动轴外球笼保持架疲劳试验方法及系统与流程

本申请涉及汽车传动系统测试，特别是涉及一种等速驱动轴外球笼保持架疲劳试验方法及系统。

背景技术：

1、等速驱动轴作为汽车传动系统的核心部件，主要负责将动力从变速器或分动箱传递到驱动轮，同时适应车轮与车身之间因路面颠簸及转向运动产生的相对位移。其核心组件之一是外球笼，外球笼内部设有保持架，用于保持钢球在轨道内均匀分布并传递扭矩。在实际行车工况下，尤其是车辆处于极限转向、大油门加速或复杂路面行驶时，外球笼不仅要承受发动机传递的大扭矩，还要承受悬架运动引起的大角度摆动以及车轮载荷引起的巨大径向力。这种极端的“弯-扭-径”复合载荷工况，极易导致外球笼内部保持架发生应力集中、磨损乃至疲劳断裂。

2、保持架的失效往往是突然性的，一旦断裂会导致钢球散落、动力中断甚至车轮卡死，严重威胁行车安全。因此，在研发阶段对等速驱动轴外球笼保持架进行精准的动态疲劳试验至关重要。

3、目前，行业内针对外球笼保持架的疲劳测试主要存在以下问题和不足：

4、第一，工况模拟失真。传统的疲劳试验设备多采用单一的自由度加载，例如仅施加旋转扭矩或仅施加静态弯矩。然而，在实际极端工况下，扭矩输入与摆动角度之间存在特定的相位关系（例如车辆急转弯时，扭矩达到峰值往往滞后于摆动角度的峰值），且径向载荷随摆动角度动态变化。现有技术难以精确模拟这种复杂的相位滞后和动态耦合载荷，导致试验结果与实际道路失效模式偏差较大，无法有效暴露产品的潜在缺陷。

5、第二，失效监测手段落后。现有的保持架疲劳失效判断多依赖于耐久试验后的拆解检查，或者在试验台架上监测总成的振动烈度。然而，保持架在发生初期微裂纹或轻微磨损时，整个传动轴的总体振动变化往往十分微小，容易被背景噪声淹没。等到总体振动超标时，保持架往往已经发生了毁灭性的损坏，无法捕捉失效早期的特征信号，不利于设计改进和寿命预测。

6、第三，基准设定不合理导致误判。在进行基于振动信号的疲劳寿命监测时，通常需要设定初始基准值。对于需要经历磨合阶段的试验，若直接采用试验刚开始（磨合期）的低负载振动数据作为基准，当试验进入正式的高负载疲劳阶段后，因负载本身的阶跃增加会导致振动能量大幅上升，从而造成“伪失效”误判；反之，若基准值选取不当，也可能导致真实失效信号的漏判。

7、因此，亟需一种能够真实模拟极端弯扭复合工况、且能精准识别早期失效特征的等速驱动轴外球笼保持架动态疲劳试验方法及系统，以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本申请主要提供一种等速驱动轴外球笼保持架疲劳试验方法及系统，旨在解决现有技术中工况模拟不真实、失效监测滞后及易发生误判的问题。

2、为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种等速驱动轴外球笼保持架疲劳试验方法。所述方法包括：

3、s1：装夹等速驱动轴试件；所述等速驱动轴试件包括外球笼和轴杆，所述外球笼固定于第一加载端，所述轴杆的末端连接至第二加载端；

4、s2：向所述第二加载端施加第一交变扭矩，所述第一交变扭矩的扭矩值随时间周期性波动；

5、s3：向所述第二加载端施加第一摆动角度，使所述轴杆的轴线与所述外球笼的钟形壳轴线之间形成夹角并在预设角度范围内往复摆动；

6、s4：通过所述第一加载端向所述外球笼的钟形壳施加第一径向载荷，所述第一径向载荷的方向垂直于所述轴杆的轴线；

7、s5：实时采集所述外球笼区域的振动加速度信号；

8、s6：对所述振动加速度信号进行频谱分析，提取所述外球笼内部保持架的特征频率的能量值，当所述能量值相对于初始基准值的变化率超过预设阈值时，判定所述保持架失效。

9、在一些实施例中，在所述步骤s2中，所述第一交变扭矩的波形被配置为正弦波或梯形波，所述第一交变扭矩的频率被控制在1hz至5hz的范围内。

10、在一些实施例中，在所述步骤s3中，所述第一摆动角度的摆动频率被设定为与所述第一交变扭矩的频率保持一致。

11、在一些实施例中，在所述步骤s3中，所述第一摆动角度的波形配置为滞后于所述第一交变扭矩的波形一个预设的相位角，所述预设的相位角的范围为30°至90°，用于模拟极限过弯工况下的冲击滞后。

12、在一些实施例中，在所述步骤s4中，所述第一径向载荷的大小被配置为随所述第一摆动角度的绝对值的增大而增大。

13、在一些实施例中，在所述步骤s4中，所述第一径向载荷由恒定施加的基础加载力和随所述第一摆动角度动态变化的调整加载力组成，其中所述调整加载力与所述第一摆动角度的绝对值呈线性正相关关系。

14、在一些实施例中，在所述步骤s6中，提取保持架特征频率的能量值的具体步骤包括：计算滤波后的信号在保持架通过频率及其二倍频处的均方根值，并将所述均方根值之和作为所述能量值。

15、在一些实施例中，在所述步骤s6中，所述初始基准值被设定为施加至所述第二加载端的扭矩达到所述第一交变扭矩的峰值后的首个预设时间周期内采集并计算得到的能量值平均值，所述变化率是基于当前时刻的滑动时间窗口内的能量值平均值与所述初始基准值的比值计算得出。

16、在一些实施例中，该方法还包括分阶段加载步骤：将试验过程顺次划分为磨合阶段和正式疲劳阶段，在所述磨合阶段中，施加的扭矩峰值和摆动角度幅值被设定为所述正式疲劳阶段的50%~70%。

17、为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种等速驱动轴外球笼保持架疲劳试验系统。该系统包括：装夹模块，包括第一加载端和第二加载端；第一加载端被配置为固定所述等速驱动轴的外球笼，并能够向所述外球笼施加垂直于轴杆轴线的径向载荷；第二加载端，被配置为连接所述等速驱动轴的轴杆末端；复合加载模块，连接于所述第二加载端，用于向所述第二加载端施加扭矩和摆动角度；信号采集模块，用于采集试验过程中的振动信号；控制模块，分别与所述第一加载端、复合加载模块和信号采集模块电连接，用于控制各模块执行上述任一项所述的试验方法。

18、本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请提供了一种等速驱动轴外球笼保持架疲劳试验方法及系统。该方法通过协同控制扭矩、摆动角度及径向载荷，并引入相位滞后控制，构建了高度逼真的极端弯扭复合载荷环境，解决了传统单一工况加载无法复现实际失效模式的问题。同时，通过引入基于频谱分析和特定基准选取逻辑的失效判定方法，实现了对保持架早期微裂纹和磨损的精准识别，避免了因磨合期负载变化或外界干扰导致的误判，显著提高了试验结果的可靠性和工程应用价值。

1.一种等速驱动轴外球笼保持架疲劳试验方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的等速驱动轴外球笼保持架疲劳试验方法，其特征在于，在所述步骤s2中，所述第一交变扭矩的波形被配置为正弦波或梯形波，所述第一交变扭矩的频率被控制在1hz至5hz的范围内。

3.根据权利要求1所述的等速驱动轴外球笼保持架疲劳试验方法，其特征在于，在所述步骤s3中，所述第一摆动角度的摆动频率被设定为与所述第一交变扭矩的频率保持一致。

4.根据权利要求3所述的等速驱动轴外球笼保持架疲劳试验方法，其特征在于，在所述步骤s3中，所述第一摆动角度的波形配置为滞后于所述第一交变扭矩的波形一个预设的相位角，所述预设的相位角的范围为30°至90°，用于模拟极限过弯工况下的冲击滞后。

5.根据权利要求1所述的等速驱动轴外球笼保持架疲劳试验方法，其特征在于，在所述步骤s4中，所述第一径向载荷的大小被配置为随所述第一摆动角度的绝对值的增大而增大。

6.根据权利要求5所述的等速驱动轴外球笼保持架疲劳试验方法，其特征在于，在所述步骤s4中，所述第一径向载荷由恒定施加的基础加载力和随所述第一摆动角度动态变化的调整加载力组成，其中所述调整加载力与所述第一摆动角度的绝对值呈线性正相关关系。

7.根据权利要求1所述的等速驱动轴外球笼保持架疲劳试验方法，其特征在于，在所述步骤s6中，提取保持架特征频率的能量值的具体步骤包括：计算滤波后的信号在保持架通过频率及其二倍频处的均方根值，并将所述均方根值之和作为所述能量值。

8.根据权利要求7所述的等速驱动轴外球笼保持架疲劳试验方法，其特征在于，在所述步骤s6中，所述初始基准值被设定为施加至所述第二加载端的扭矩达到所述第一交变扭矩的峰值后的首个预设时间周期内采集并计算得到的能量值平均值，所述变化率是基于当前时刻的滑动时间窗口内的能量值平均值与所述初始基准值的比值计算得出。

9.根据权利要求1所述的等速驱动轴外球笼保持架疲劳试验方法，其特征在于，试验过程顺次划分为磨合阶段和正式疲劳阶段，在所述磨合阶段中，施加的扭矩峰值和摆动角度幅值被设定为所述正式疲劳阶段的50%~70%。

10.一种等速驱动轴外球笼保持架疲劳试验系统，其特征在于，包括：