變速器同步器與換擋性能試驗系統(tǒng)研制

1、變速器同步器與換擋性能試驗系統(tǒng)研制? 變速器同步器與換擋性能試驗系統(tǒng)研制 變速器同步 器與換擋性能試驗系統(tǒng)研制 張勇，趙學科，李飛 （重慶 機電裝備技術(shù)研究院有限公司，重慶 401123 ） 摘要：變速 器同步性能直接影響車輛操控性，其量化測試十分重要。 針對變速器同步器及總成換擋性能的試驗要求，簡述了該 試驗臺架的總體方案設計，包括機械部分、測控系統(tǒng)和軟 件系統(tǒng)等。其次通過選取某型號變速箱進行試驗設計，得 到變速箱選換擋力、位移和時間的關(guān)系曲線，對試驗臺架 的測試效果進行評判。結(jié)果表明，試驗系統(tǒng)可以滿足試驗 性能要求，為變速器技術(shù)開發(fā)研究奠定了試驗基礎(chǔ)。 關(guān)鍵 詞：變速器；同步器；換擋性能

2、同步器作為汽車變速器的 關(guān)鍵部件，其性能直接影響車輛操控性，對整車駕駛性能 有著很大的影響，因此其性能和壽命的量化測試有著重要 的意義。采用變速箱同步器試驗臺可以實時準確測得換擋 過程中同步器的各項參數(shù)，以實現(xiàn)對其性能的測試和評 價。 本文介紹了汽車變速器同步器性能試驗臺架的設計及 軟件的研制，其測試方法和軟件已在汽車變速器總成試驗 中應用。本試驗臺功能 上對現(xiàn)有變速器同步器與總成換擋 試驗的相關(guān)法規(guī)能有效覆蓋，同時兼顧了新產(chǎn)品研發(fā)的試 驗需求；試驗臺可模擬同步器在變速器內(nèi)部的實際工況，同時可滿足變速器總成產(chǎn)品的換擋性能試驗。 1 試驗要求 根據(jù)國家汽車行業(yè)標準 QC/T 568 1999汽車

3、機械變速器 臺架試驗方法的規(guī)定，汽車變速器總成同步器性能及壽 命試驗時需要測量并記錄的參數(shù)有：換檔力、同步扭矩、 同步轉(zhuǎn)速、同步時間、滑套軸向位移以及同步器換檔次數(shù) 等。對于制造廠商來說，其中最關(guān)心的參數(shù)是同步的時 間、同步的軸向位移、同步時的換檔力變化等。故本文主 要從這幾項參數(shù)對試驗系統(tǒng)進行評定。 2 系統(tǒng)總體方案 2.1 試驗臺構(gòu)成 本試驗臺架具有同步器性能試驗與變速器 總成換擋性能試驗兩種功能，可通過配置不同的試驗設備 模塊實現(xiàn)。 （ 1）通用試驗設備模塊 包括試驗平臺基礎(chǔ)、 驅(qū)動電機、大慣性飛輪與選換擋機械手，用于同步換擋控 制和模擬整車速度及慣量。其中驅(qū)動電機功率 75 kW ，最

4、 高轉(zhuǎn)速 3000 r/min ，額定轉(zhuǎn)速 1500 r/min ，額定扭矩 477 nm慣性飛輪要保證換擋同步過程中轉(zhuǎn)速波動小于3%動平衡精度等級G2.5級，80 kg m2選換擋機械手可實現(xiàn) 換擋桿上的兩自由度選換擋操作，選換擋力 300 N ，選換擋 位移200 mm，最大行程操作頻率 10次/min。（ 2）同步器總成性能試驗模塊 包括同步器安裝機構(gòu)，工作潤滑倉， 伺服電機與慣量盤等，可模擬同步器檔位齒輪的轉(zhuǎn)速和同 步慣量。采用選換擋機械手實現(xiàn)同步過程的控制與參數(shù)測 試。其中伺服電機用于建立同步器同步慣量的初始轉(zhuǎn)速，在同步器換擋同步過程中，該電機處于關(guān)閉狀態(tài)。電機功 率 11 kW ，

5、最高轉(zhuǎn)速 3000 r/min ，額定轉(zhuǎn)速 1500 r/min ，額 定扭矩70 N m慣性飛輪值為12 kg m2動平衡精度等級 為 G2.5 級。 （ 3）變速器總成換擋性能試驗模塊包括變速器總成安裝支架，同步轉(zhuǎn)速測量傳感器等。選換擋機械 手通過操作手柄，拉索操作變速器選換擋機構(gòu)端，實現(xiàn)變 速器總成的選換擋試驗，同時，通過選換擋機械手實現(xiàn)對 試驗參數(shù)的測試。通過配置不同的試驗設備模塊，試驗臺 架機構(gòu)如圖 1 、圖 2 所示。 圖 1 同步器性能試驗配置 圖 2 總成換擋性能試驗配置 2.2 測試系統(tǒng) 試驗臺架測控系統(tǒng)由 傳感器信號調(diào)理和變換、高速并行數(shù)據(jù)采集卡、變頻器轉(zhuǎn) 速控制、機械手驅(qū)

6、動與控制、變速箱油溫控制系統(tǒng)和主控 計算機等組成，如圖 3 所示。 圖 3 測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 變速 箱同步器各特征量傳感器經(jīng)信號調(diào)理電路變換成模擬量送 主控計算機采集，由于換擋同步時間短，一般僅為0.31.2s,選用高速并行數(shù)據(jù)采集卡，該卡有16路模擬輸入通道；采樣速率 200 kS/s ; 8路DI、8路DO、2路AO和1 路 32 位計數(shù)器，滿足系統(tǒng)采集和控制要求。 主控計算機 是整個測控系統(tǒng)的核心，負責試驗數(shù)據(jù)的管理及電機速度 控制算法、機械手換擋力、位置、速度綜合算法的實現(xiàn)， 并保證變速箱的油溫控制在設定范圍之內(nèi)。循環(huán)工況速度 命令表和變速箱擋位參數(shù)表在換擋前保存在計算機內(nèi)存中，便于試驗

7、過程快速查詢。 2.3 軟件系統(tǒng) 如圖 4 所示， 軟件系統(tǒng)采用先進的網(wǎng)絡和數(shù)采技術(shù)。在過程監(jiān)控和管理 層，采用以太網(wǎng)把工控機聯(lián)系起來，通過網(wǎng)頁的形式實現(xiàn) 數(shù)據(jù)遠程共享顯示。系統(tǒng)可實現(xiàn)試驗臺的自動化控制和試 驗數(shù)據(jù)的存儲與分析。通過軟件界面可設定試驗程序，包 括滑套換檔力、循環(huán)時間、轉(zhuǎn)速差、潤滑油溫度和循環(huán)次 數(shù)。 圖 4 軟件系統(tǒng)框架圖 系統(tǒng)可實現(xiàn)每次換檔實時顯示 并自動記錄軸向力、摩擦力矩、換檔行程、差速度、潤滑 油溫，換檔數(shù)據(jù)保存為一個文件，并生成換檔曲線圖。換 檔完成可自動分析初始摩擦系數(shù)、平均摩擦系數(shù)、末端摩 擦系數(shù)，并將每次試驗數(shù)據(jù)保存為一文件，并生成曲線 圖。 3 試驗及結(jié)果分析

8、 3.1 試驗設計 本試驗選擇某型號 變速箱進行試驗。該型號變速箱為三軸定軸傳動，具有 5 個前進擋和 1 個倒擋，其中 1 擋和倒擋采用結(jié)合套換擋， 其余擋位采用鎖環(huán)式同步器換擋，因此本次試驗僅對2、3、4、5擋進行換擋性能測試。工況設定如表 1 所示。 表1工況設定參數(shù)工況輸出軸轉(zhuǎn)速/ (r m-1 )換擋頻率/(次 m-1 )循環(huán)次數(shù) 2 - 3679101000 3 - 41120101000 4 51745101000 3.2 結(jié)果分析 如圖 5所示，以 23擋換擋 性能試驗的結(jié)果，對該綜合試驗臺架的性能進行評定。評 判依據(jù)主要是換擋力和位移與時間的關(guān)系曲線，其中：平 滑曲線表示換擋

9、位移，鋸齒形曲線表示換擋力，且縱坐標的正方向為 3 擋方向，負方向為 2 擋方向。 圖 5 23 擋往 復換擋性能試驗 由分析結(jié)果可看出，動態(tài)條件下?lián)Q擋力和 位移的變化，且 2 擋換擋力和位移的特征較為明顯。故現(xiàn) 對換 2 擋過程中的力和位移曲線分析，大寫字母為換擋位 移曲線上的點，小寫字母為換擋力曲線上的點，豎線為運 動節(jié)點。圖 6虛線 1和 4之間表示變速箱從 3擋換擋進入 2 擋的整個過程。 12 階段為 3擋的脫檔，正向位移減小至 零，此時處于空擋的位置，換擋力的變化為圖示o ao ，a 點是換擋力的峰值，當處于空擋時近似下降為零。2 3 之間為變速器搖臂由空擋位向 2 擋位置撥動，直

10、到滑套 與同步環(huán)接觸，故換擋力變化較小。3- III過程為2擋的同步。從B點滑套與同步環(huán)接觸并使其開始移動，位于 同步錐轂和同步環(huán)上的兩圓錐面實現(xiàn)接觸壓緊，此時同步 環(huán)與滑套上的內(nèi)、外花鍵相接觸，換擋力也出現(xiàn)迅速增 加，即為 b- c 過程。由于同步環(huán)的鎖止作用，滑套不能產(chǎn) 生軸向移動，故該階段換擋位移基本穩(wěn)定，保持不變，為 C -D 段所示。換擋力也從 c 點稍下降后基本保持不變，即 c -d 段。 圖 6 3- 2 換擋全過程 II- 4 之間為同步階段結(jié)束 到換檔完成。換擋力 d- e 的速降表示同步環(huán)的換擋撥轉(zhuǎn)過 程，同步環(huán)和滑套達到一致同步后，在換擋力的繼續(xù)作用 下，位于同步環(huán)和錐轂

11、上的兩圓錐面此時脫離，之間存在 的摩擦作用力矩也快速消失。此時，在換擋力矩作用下， 同步環(huán)與結(jié)合套之間會產(chǎn)生一定的后退角度，進而滑套和 同步環(huán)實現(xiàn)花鍵嚙合。故這一階段，換擋作用力大幅減 小。當滑套與同步環(huán)嚙合后，滑套和錐轂花鍵齒的斜面相 接觸并相抵產(chǎn)生阻力，會產(chǎn)生沖擊，就出現(xiàn)了換擋作用力 的增大，即為 f 點，如圖中 e f 段的二次沖擊過程。因產(chǎn) 生震動引起換擋作用力減小，如 g 點。同時，斜面上相抵 產(chǎn)生的作用力的切向分力使錐轂與結(jié)合套之間會產(chǎn)生一定 的后退角度，故 g 點處換擋力減小，花鍵齒和錐轂實現(xiàn)嚙 合，換擋位移也隨之達到最大，換擋結(jié)束。 通?？捎猛?階段的換擋沖量來評定換擋性能。

12、此試驗結(jié)果中，根據(jù)圖 6 中豎線 I、II 之間的換擋力曲線可計算出換擋沖量。具體實 施中，可通過設置電動缸輸出換檔力的大小來調(diào)整過程中 換擋速度的快慢，也會影響到同步時間和力的大小，直到 達到較合適的換擋沖量。 通過結(jié)果分析，試驗過程中 2 擋 的測試結(jié)果準確清晰，換擋力和位移與時間的關(guān)系曲線上 的特征點也比較明顯、對照性能較好，也說明了此試驗臺 架的設計基本滿足測試要求。 4 結(jié)論 本文所述變速箱同 步器及總成換擋性能試驗系統(tǒng)已在我司變速器試驗測量中 應用，試驗結(jié)果表明該系統(tǒng)功能完備、技術(shù)先進、使用方 便可靠、重復精度高，可滿足變速器同步器性能和壽命測 試的要求。 參考文獻： 1 龔宗洋

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14、hronizer and Shift Performance Test System ZHANG Yong ，ZHAO Xueke ，LI Fei （ Chongqing Machinery & Electronic Equipment Technology Research Academy, Chongqing 401123, China ） Abstract ： Transmission synchronization performance directly affects the vehicle handling, and its quantitative testing is ver

15、y important. According to the demand of transmission synchronizer and assembly shift performance test, the overall design of the test bench is described, including the mechanical part, the measurement and control system and the software system. Secondly, the design of the gearbox is selected by selecting a certain gearbox. The relationship between the displacement, displacement and time of the gearbox is obtained, and the test results of the test bench are evaluated. The results show that the test system can meet the test performance requirements and provide the experi