GF6自動變速箱低倒檔&C1234檔離合器疲勞試驗臺架設計

楊立新

（煙臺中瑞汽車零部件有限公司，山東 煙臺 265500）

引言

為了真實模擬出 GF6自動變速箱關鍵部件低倒檔&C1-2-3-4檔離合器的各種工況，以達到驗證該離合器在使用中的可靠性與耐久性，故設計一款實用的離合器疲勞試驗臺架十分有必要。

1 GF6自動變速箱離合器工作原理

1.1 GF6自動變速箱的結構

自動變速箱是相對于手動變速箱而出現的一種能夠自動根據汽車車速和發動機轉速來進行自動換擋操縱的變速裝置，其結構如圖1所示。

圖1 GF6自動變速箱結構圖

1.2 GF6自動變速箱工作原理

GF6自動變速箱包含6個前進擋和一個倒擋。

P檔時，低速-倒擋離合器結合將反作用行星架鎖止，輸入軸未與任何部件連接，處在空轉狀態。 P檔鎖止機構將驅動輪架固定，傳動鏈條被固定，車輛處在靜止狀態。

1檔時，速比是 4.584：1。輸入軸順時針轉動，帶動輸入行星齒輪的小行星輪逆時針轉動，并帶動輸入行星齒輪的內齒圈逆時針轉動。

輸入行星齒輪的內齒圈既是反作用行星齒輪的行星架，在單向離合器（OWC）的作用下，反作用行星架不能逆時針轉動，此時，輸入行星齒輪的小行星輪只能帶動輸入行星齒輪的行星架順時針轉動。

其余變速箱檔位原理可根據1檔時的各行星輪運動規律得出。

通過對檔位的原理分析可以看出離合器在變速箱每個檔位切換中都至關重要。

1.3 低倒檔&1234檔離合器結構與工作原理

低倒檔&1234檔離合器結構爆炸圖如圖2所示：

圖2 低倒檔&1234檔離合器爆炸圖

低速-倒檔離合器安裝在變速箱殼體內，低速-倒檔離合器片的外齒連接到變速箱殼體上，低速-倒檔離合器片的內齒連接到低速-倒檔單向離合器（OWC）總成上。在 1檔（發動機制動）/倒檔時，低速-倒檔離合器結合。

C1-2-3-4離合器總成安裝在變速箱殼體總成內，C 1-2-3-4離合器片的外齒連接到變速箱殼體上，C1-2-3-4離合器片的內齒連接到輸出太陽輪總成上。在1檔/2檔/3檔/4檔時，與C1-2-3-4離合器結合。

2 疲勞試驗臺架設計

本臺架設計需要基于上述離合器工作原理，對離合器產品輸入幾種不同轉速，不同油壓，從而測得各種工況下離合器產品地疲勞壽命，以確定該離合器產品是否滿足產品設計的壽命要求的試驗。

2.1 試驗要求

臺架需在各種規定的轉速及供油壓力下，對離合器產品進行疲勞試驗。臺架可實現4個產品同時進行試驗。

具體技術方案為，采用高轉速電機通過變頻調速帶動離合器進行旋轉，通過液壓系統提供控制及潤滑油路，對離合器總成進行疲勞試驗，并對試驗數據進行實時采集和監控。

根據離合器工作原理以及離合器輸入工況，將轉速及壓力進行排列組合，得到試驗邊界條件如表1所示。

表1 試驗邊界條件

2.2 臺架設計

根據上述要求，使用伺服電機加皮帶輪驅動離合器旋轉；液壓站通過油管連接到離合器產品的油孔施加油壓；使用控制柜進行參數設置及讀數監控。驅動電機選用西門子的1PH8133-1DG00-1QA1_MB，功率為20kW，扭矩為96Nm，最高轉速6000RPM，通過2：1的同步帶輪可實現最大轉速12000RPM。

油管共分四路：第一路供 C35R控制油路，實現 C35R離合器片閉合與分離；第二路供C456控制油路，實現C456離合器片閉合與分離；第三路供補償油壓，輔助離合器片的分離；第四路潤滑油路，用于旋轉運動機構潤滑。通過－40℃低溫箱對試驗樣件各階段試驗前進行低溫冷卻。通過 PID溫度自動控制系統控制液壓油溫度，使其保持在試驗條件溫度范圍內。考慮到經濟及工作效率采用一拖四方案，實現兩個或四個試驗樣品同時試驗。臺架原理示意圖如圖3所示：

圖3 臺架原理示意圖

機械傳動系統包含工作臺、夾具、驅動電機和傳動裝置等。如圖4所示：

圖4 機械傳動系統

臺架的控制及采集系統是整個系統的核心，該部分的控制部分采用NI的PXI系統，軟件部分采用Labview開發，數據庫采用SQL Server，關鍵數據具有導出為Excel的功能。系統如圖5所示：

圖5 臺架控制系統

界面主要監測及控制的內容有：1. 驅動電機的轉動速度控制；2. 驅動變頻器運行狀態；3. 潤滑油溫度；4. 各潤滑點潤滑油流量開關狀態；5. 控制油路的壓力；6. 1-4號測試樣品的油壓；7. 1-4號測試樣品的油溫；8.循環次數的監控及采集。

2.3 設計驗證

臺架制造完成后首先對其性能指標進行了測試，均達到要求。然后挑選過去在委外進行過的GF6 3-5-R & 4-5-6檔離合器以及1-2-3-4檔離合器進行了對比驗證，驗證結果與之前委外的結果接近，試驗工裝與試驗曲線如圖6～圖8所示。

圖6 低倒檔&1234檔離合器疲勞試驗工裝圖

圖7 低倒檔&1234檔離合器高壓測試曲線

圖8 低倒檔&1234檔離合器FMEM壓力循環測試

在進行9速自動變速箱2-9 & 4檔離合器試驗過程中出現離合器中碟形彈簧失效的情況，通過這一臺架及時發現了客戶產品的設計缺陷，達到了預期的效果。

3 結語

目前該臺架已完成8臺離合器試驗，并已經根據需求增設了3個試驗工位，彌補了國內這類臺架試驗的空白。未來可考慮兩個功能的拓展：通過連接一個滑塊搖桿機構實現零部件扭轉疲勞試驗；通過增加一個比例液壓閥和一個位移傳感器實現監測離合器在油壓充入過程中片組部位的受力和位移關系，可以幫助設計者改善換擋時離合器受力情況和優化離合時沖擊情況等，使自動變速箱能有更良好的換擋效率和平穩性。

[1] 燕昭陽,葉國印.變速箱疲勞試驗臺的研究與應用[J].科學風, 2017,(10):131.

[2] 《機械工程手冊》編委會.機械工程手冊[M].疲勞卷.北京:機械工業出版社,1996.

[3] 張忠平,李靜.一種多軸疲勞壽命預測的統一模型[J].空軍工程大學學報:自然科學版.2007,8(4);12-14.

[4] 余志生.汽車理論第四版[M]. 北京:機械工業出版社,2009.