汽車變速箱總成下線檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)的模塊化研發(fā)

李宏，馮立艷，劉濤，谷建生

（1.河北聯(lián)合大學(xué)，河北 唐山 063000；2.唐山華電電氣工程有限公司，河北 唐山 063000）

0 引言

汽車的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中的變速箱是直接關(guān)系到傳動(dòng)系統(tǒng)性能好壞的重要部件之一。變速箱一般由軸系、齒輪、軸承、同步器及箱體組成，高性能車配變速箱的結(jié)構(gòu)會(huì)更加復(fù)雜。傳統(tǒng)的診斷變速箱的方法是：一聽(tīng)（噪聲和異響）、二摸（手動(dòng)換擋性能等）、三看（各擋位運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、外觀檢查）。這不僅浪費(fèi)人工工時(shí)，檢測(cè)效率低；而且受到工人操作技能的制約，不能準(zhǔn)確有效檢測(cè)出變速箱的性能好壞，因此要研發(fā)出在變速箱組裝完成后對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)的專用設(shè)備。

由于汽車行駛的路況復(fù)雜、汽車的荷載多少隨機(jī)變化、根據(jù)實(shí)際狀況要隨時(shí)變換汽車行駛速度等因素，決定了變速箱所傳遞的扭矩與轉(zhuǎn)速是不斷變化的。因此要使汽車變速箱總成下線檢測(cè)設(shè)備對(duì)變速箱進(jìn)行有效的檢測(cè)，應(yīng)該能夠模擬汽車行駛時(shí)的情況。本項(xiàng)目研發(fā)的汽車變速箱總成下線檢測(cè)設(shè)備特別針對(duì)手動(dòng)汽車變速箱組裝完成后下線時(shí)的加載檢驗(yàn)及各項(xiàng)測(cè)試，是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中檢測(cè)項(xiàng)目最多、檢測(cè)技術(shù)難度最大的試驗(yàn)設(shè)備之一。

1 試驗(yàn)臺(tái)的總體研發(fā)方案

圖1 試驗(yàn)臺(tái)的總體組成框圖

本項(xiàng)目研發(fā)的試驗(yàn)臺(tái)是用于手動(dòng)汽車變速箱組裝的最后一道工序——從組裝生產(chǎn)線下線前的檢測(cè)，主要用于檢測(cè)變速箱外觀、各擋位運(yùn)轉(zhuǎn)情況、手動(dòng)換擋性能以及噪聲和異響等。試驗(yàn)臺(tái)的研發(fā)工作主要分為三個(gè)研發(fā)模塊，即機(jī)械傳動(dòng)模塊、液壓傳動(dòng)模塊及電氣控制模塊（見(jiàn)圖1）。輸入端機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和輸出端機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)是試驗(yàn)臺(tái)機(jī)械傳動(dòng)模塊的兩個(gè)主要組成部分。變速箱測(cè)試前在試驗(yàn)臺(tái)上的安裝夾緊、箱體內(nèi)齒輪潤(rùn)滑油的注入和排出等各項(xiàng)準(zhǔn)備工作由專用液壓傳動(dòng)模塊完成。輸入端電機(jī)和輸出端電機(jī)分別帶動(dòng)輸入端機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和輸出端機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，兩電機(jī)的交替啟動(dòng)由電氣控制模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。試驗(yàn)臺(tái)中設(shè)計(jì)安裝各種傳感器和儀表，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)實(shí)時(shí)跟蹤并實(shí)時(shí)顯示如輸出軸扭矩、輸入端和輸出端轉(zhuǎn)速、變速箱噪聲、注排油流量、油溫等測(cè)試數(shù)據(jù)。

2 試驗(yàn)臺(tái)各模塊的研發(fā)

2.1 試驗(yàn)臺(tái)機(jī)械傳動(dòng)模塊的研發(fā)

本試驗(yàn)臺(tái)的機(jī)械傳動(dòng)模塊主要包括輸入端機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和輸出端機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)兩大部分（見(jiàn)圖2）。試驗(yàn)臺(tái)用輸入端電機(jī)替代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，由輸入端電機(jī)、皮帶輪、離合器、花鍵軸、變速箱等組成的傳動(dòng)系統(tǒng)替代汽車傳動(dòng)系統(tǒng)，輸入端電機(jī)經(jīng)此傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)變速箱的輪系轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)輸出端電機(jī)根據(jù)擋位的不同設(shè)置相應(yīng)的扭矩進(jìn)行加載，用以模擬行駛中汽車的載荷（所謂正向拖動(dòng)見(jiàn)圖3），以此完成變速箱在不同擋位時(shí)的噪聲測(cè)試；而由輸出端電機(jī)帶動(dòng)變速箱轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輸入端電機(jī)通過(guò)離合器已經(jīng)脫離變速箱，這時(shí)變速箱輸入軸端帶動(dòng)離合器摩擦片轉(zhuǎn)動(dòng)（所謂反向拖動(dòng)見(jiàn)圖4），以此完成在不同擋位的換擋檢測(cè)。

圖2 機(jī)械傳動(dòng)模塊框圖

圖3 正拖傳動(dòng)路線圖

圖4 反拖傳動(dòng)路線圖

噪聲測(cè)試要求：整個(gè)變速箱的噪音不超過(guò)75 dB，一至五擋及倒擋換擋的噪音均不超過(guò)80 dB。換擋檢測(cè)若有：掛擋掛不上、掛上又掉擋、掛擋卡澀的情況；換擋手感不明顯，換擋手感太重或太輕，各擋換擋力由測(cè)力計(jì)測(cè)試不符合設(shè)計(jì)要求；換擋發(fā)生行程異?，F(xiàn)象，各擋位出現(xiàn)亂擋等。以上情況要將變速箱返回維修。

2.2 試驗(yàn)臺(tái)電氣控制模塊的研發(fā)

設(shè)計(jì)要求試驗(yàn)臺(tái)要能夠模擬汽車的行駛工作狀況，所以在正向拖動(dòng)、反向拖動(dòng)時(shí)，電氣控制系統(tǒng)要控制輸入端電機(jī)、輸出端電機(jī)交替啟動(dòng)。輸入端的異步電動(dòng)機(jī)，要求在寬廣的調(diào)速范圍內(nèi)高效地運(yùn)行，選用間接變頻器實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)；設(shè)計(jì)伺服控制系統(tǒng)設(shè)定輸出端電機(jī)轉(zhuǎn)速及扭矩，扭矩、轉(zhuǎn)速的數(shù)值都由PLC 設(shè)定。工控機(jī)實(shí)時(shí)控制伺服控制器、變頻控制器、PLC 和各個(gè)儀表之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊和輸出試驗(yàn)臺(tái)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的數(shù)據(jù)報(bào)表。

某變速箱的數(shù)據(jù)報(bào)表如下：

1）輸入端扭矩為60 N·m，一至五擋及倒擋輸出扭矩在50～260 N·m 范圍。

2）正向拖動(dòng)時(shí)輸入端的各擋轉(zhuǎn)速、傳動(dòng)比。一擋：轉(zhuǎn)速522 r/min，傳動(dòng)比4.313；二擋858 r/min，傳動(dòng)比為2.330；三擋1 741 r/min，傳動(dòng)比為1.436；四擋3 000 r/min，傳動(dòng)比為1；五擋3 000 r/min，傳動(dòng)比為0.838；倒擋474 r/min，傳動(dòng)比為4.220。

3）反向拖動(dòng)時(shí)輸出端的各擋轉(zhuǎn)速：一擋←→二擋，二擋←→三擋均為600 r/min；三擋←→四擋，四擋←→五擋均為2 000 r/min。

4）測(cè)力計(jì)測(cè)試各擋換擋力為：五擋、倒擋選擋，28 N；一擋、二擋選擋，25 N；倒擋、空擋選擋，31 N；空擋、倒擋選擋，19 N；空擋、五擋選擋，20 N；空擋、四擋選擋，22 N；空擋、三擋選擋，26 N；空擋、二擋選擋，30 N；空擋、一擋選擋，28 N。

5）連續(xù)工作8 h，測(cè)試齒輪潤(rùn)滑油的溫度為72 ℃。

6）噪聲測(cè)試符合要求。

7）向變速箱內(nèi)注入油量為2.25 L。

圖5 電氣控制模塊框圖

2.3 試驗(yàn)臺(tái)液壓傳動(dòng)模塊的研發(fā)

檢測(cè)前，需要做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，諸如變速箱的安裝夾緊、變速箱內(nèi)齒輪潤(rùn)滑油注入和排出、輸入端離合器的脫離和接合、輸出端尾座的工進(jìn)和退開(kāi)，這些都由液壓傳動(dòng)模塊來(lái)完成。要求設(shè)計(jì)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)能確保各動(dòng)作的協(xié)調(diào)準(zhǔn)確、可靠到位。

圖6 液壓傳動(dòng)模塊框圖

3 結(jié)論

試驗(yàn)臺(tái)經(jīng)運(yùn)行證明，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的輸入端和輸出端轉(zhuǎn)速、各擋位的傳動(dòng)比、輸入扭矩和輸出扭矩符合設(shè)計(jì)要求，變速箱的各擋位換擋力、噪聲異響、注排齒輪潤(rùn)滑油油量和油溫均未超出設(shè)計(jì)要求范圍，即試驗(yàn)臺(tái)的各項(xiàng)性能參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)3.5 min 完成一臺(tái)變速器的檢測(cè)，滿足生產(chǎn)節(jié)拍，檢測(cè)效率高。

［1］張廣斌，方凱，胡丹峰.汽車變速箱綜合性能試驗(yàn)臺(tái)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.電子技術(shù)，2002（5）：53-55.

［2］石曉輝，施全.汽車零部件實(shí)驗(yàn)檢測(cè)方法［J］.重慶工業(yè)管理學(xué)院學(xué)報(bào)，1997，11（5）：5-11.

［3］Yan Qingdong.Automatic Control of Automobile Transmission Performance Test Stand［J］.Journal of Beijing Institute of Technology，1998，7（2）：178-183.

［4］胡佑德，曾樂(lè)生，馬東升.伺服系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，1993：108-116.