變速箱疲勞試驗臺的研究與應用

燕昭陽 葉國印

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201720112

摘要：對于汽車行業來說，變速箱產品是不可或缺的，而在變速箱產品的開發設計與試驗驗證工作中，變速箱疲勞試驗則是一個更加重要的項目，其主要用于考核變速箱產品的綜合實用性能——變速箱疲勞壽命。而變速箱疲勞試驗臺便是安裝變速箱并對其進行疲勞壽命試驗的工作臺，可以設置不同的檔位、轉速、扭矩以及油溫，通過長時間的運轉來產生破壞，進而根據記錄結果對變速箱疲勞壽命進行分析。本文試對變速箱疲勞試驗臺的應用進行研究。

關鍵詞：變速箱；疲勞試驗臺；PLC；應用

隨著國民經濟的飛速發展，汽車工業也得到了蓬勃的發展，甚至在近些年來成為國家的主要支柱產業之一。為了推動汽車工業的發展，許多企業嘗試對汽車產品質量進行控制，以期可以提高汽車品質，使總成與零部件達到更高的標準要求。目前，大部分汽車都有傳動系統，其可以將發動機動力傳輸到四個輪胎，實現汽車的形式效果，而變速器則是傳動系統的最主要結構之一，其產品結構及零部件性能直接關系到汽車的實用性，而變速箱疲勞試驗臺便是對變速器性能進行試驗，測試其疲勞壽命的重要工具。借助變速箱疲勞試驗臺，可以獲知變速箱的缺陷，為變速器產品的進一步發展提供可靠數據。

一、試驗臺類型

開式疲勞試驗臺與閉式疲勞試驗臺是變速箱疲勞試驗臺的兩種主要類型，在汽車變速器性能試驗中常用的電渦流測功機便是一種開式試驗臺，這種試驗臺，通常因為變速箱輸出功率無法回收利用而被用于測量傳遞功率小的汽車變速箱試驗，現階段具有較大傳遞功率的變速箱多會使用閉式試驗臺進行校驗。

閉式試驗臺的“閉式”主要是指功率封閉，其一般是選擇一個無論是檔位數還是各檔速比均與被試驗變速箱相同的變速箱，將其設為陪試箱，而被試驗的變速箱則為主試箱，令陪試箱、主試箱二者以背靠背的方式聯接各自的輸出端。陪試箱使得輸出端在實際運轉過程中會成為功率的輸出端，且陪試箱的運轉方向將會相反于主試箱，其所運轉的時間數據在一定程度上可以作為參考依據。

當然，閉式試驗臺還可以繼續分類，即電封閉試驗臺、機械封閉試驗臺。前者的負載是一臺發電機，這臺發電機發出的電能在經過處理后可以返回電網，實現對電能的再利用。電封閉試驗臺的電能通路有兩種，其一是電能返回電網的大循環式電能通路，其二是在處理后可以直接返回驅動電機的小循環式電能通路。

加載器負責在機械閉環系統中調整與施加扭矩，而常見的加載器的類型主要有：液壓加載器、電動同步式加載器、機械手動式加載器，等等。由主試箱的輸出端輸出功率，經過“陪試箱”→“變速箱2”→“加載器”→“變速箱1”這一流程返回功率，再加上輸出自驅動電機的功率，便構成了被試變速箱的輸入功率。事實上，驅動電機所輸出的功率可以補充系統運轉時損耗的功率，但是閉環系統損耗的功率較小，因此驅動電力功率在被試變速箱的運轉功率中僅占了很小的一部分。

二、各種類型試驗臺的特點

（一）開式試驗臺

開式試驗臺的工作原理主要是利用測功機來加載功率，其結構特點是簡單，但是同時測功機所吸收的功率回收利用率不大，在使用性能上即使只是單胎變速箱也可進行試驗，當然，這種類型的試驗臺具有非常大的功率損耗，若要制作大功率測功機，將會導致成本顯著提高，當然開式試驗臺也有一定的優點，即維修方便。

（二）電封閉試驗臺

電封閉試驗臺主要是通過對負載電機勵磁電壓進行調整來實現功率的加載，其結構特點是機械部分非常簡單，在扭矩與轉速上需要完全依靠電器來控制，在使用性能上，電封閉試驗臺需要使用速比級別與被試驗變速箱較為接近甚至完全相同的變速箱來進行陪試。相較于開式試驗臺，電封閉試驗臺對功率的損耗非常小。但是，由于電氣較為復雜，很難在其發生故障時做到準確及時的診斷，因此在維修難度上較高。

（三）機械封閉試驗臺

機械封閉試驗臺主要是通過加載閉環系統中的電動力或液壓來進行工作，其結構特點是尺寸鏈較長，系統具有較高的安裝調整難度，在使用性能上，機械封閉試驗臺與電封閉試驗臺一樣需要使用速比級別與被試驗變速箱較為接近甚至完全相同的變速箱來進行陪試，但是比電封閉試驗臺更具優勢的是其可靠穩定的性能。除此之外，機械封閉試驗臺與電封閉試驗臺一樣具有非常小的功率損耗，與其不一樣的是機械封閉試驗臺在維修上非常方便，診斷難度也比較低，二噪聲大、尺寸鏈過長則是機械封閉試驗臺的缺點。

三、試驗臺的選用

在為汽車變速箱選擇試驗臺時，應對試驗臺的適用性、環保性、經濟性、優缺點進行綜合考慮。在制造行業，變速器若要出廠，需要經過產品開發試驗、產品質量評價試驗以及出廠前的檢測試驗等一系列環節，在選擇試驗臺類型時，除了需要考慮上述要素，還應該考慮其他一些不可忽視的要素，如：試驗的條件、目的、地點，對于供給不同地區的汽車變速箱，需要結合當地的氣候、地質條件設立不同的試驗目標，務必要選擇最適合的試驗臺，這樣可以測出最真實的疲勞壽命，使變速箱可以在實際應用過程中獲得盡可能長的使用壽命。

四、結語

變速箱疲勞壽命試驗臺具有三種常見分型，其在結構特點、運行原理、功率損耗、維修性能、使用性能上各有不同，其適用對象也并不相同，實際操作中應根據變速箱測試需求、變速箱類型等因素來進行具體的選擇，以確保變速箱產品可以得到更長時間的應用。

參考文獻：

[1]李占賢，蘇景存，王海濤.變速箱疲勞試驗臺的研究與應用[J].機械工程與自動化，2013（01）.

[2]張有祿.變速箱疲勞壽命試驗臺的結構特點及選用[J].機械管理開發，2008，23（05）.

[3]米林，王冉，譚偉.變速器疲勞壽命試驗臺油溫控制系統設計與仿真[J].重慶理工大學學報，2013，27（11）.

[4]任永強，陳清紅，景興淇.基于動態載荷的變速器疲勞試驗臺控制系統設計[J].機械工程師，2010（05）.

[5]孫新毅.某自動變速器離合器疲勞試驗臺架設計[J].汽車與配件，2017（08）.