變速箱系統(tǒng)變形試驗(yàn)與仿真分析

李丹，陳偉，盧金星，寇仁杰

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

變速箱受載變形后引起的運(yùn)動干涉、齒輪嚙合偏載等問題，直接影響整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊性、輕量化和NVH性能的設(shè)計，在設(shè)計階段通過仿真手段耦合計算出變速箱系統(tǒng)的變形量并進(jìn)行針對性設(shè)計補(bǔ)償，但仿真精度未經(jīng)實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證。通過仿真和測試對比的形式提升變速箱殼體、軸承、軸系等各系統(tǒng)耦合的系統(tǒng)剛度和變形仿真準(zhǔn)確度。

1 變速箱系統(tǒng)變形仿真

變速箱系統(tǒng)是由許多零部件組成的彈性機(jī)械系統(tǒng)，包括傳動系統(tǒng)（齒輪、軸、軸承）和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（殼體）兩部分，在仿真分析齒輪系統(tǒng)時需要把變速箱作為一個整體進(jìn)行仿真計算，建立同時包含傳動系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在內(nèi)的系統(tǒng)分析模型。把整個變速箱系統(tǒng)搭建起來，耦合齒輪、軸、軸承、殼體來計算系統(tǒng)的變形情況，變形結(jié)果直接影響傳動系統(tǒng)的強(qiáng)度以及齒輪微觀修形。

2 系統(tǒng)變形測試

2.1 試驗(yàn)前準(zhǔn)備

根據(jù)仿真結(jié)果選擇測點(diǎn)，測點(diǎn)布置如下圖1所示。徑向位移分別測量兩個方向位移后再合成計算矢量位置。確定零部件的改制圖紙進(jìn)行加工并準(zhǔn)備相應(yīng)的位移傳感器和支架，待測位置需進(jìn)行加工精磨保證零件表面的粗糙度及跳動度，減小待測點(diǎn)的加工誤差。根據(jù)測試工況制定試驗(yàn)大綱。

2.2 測試過程

試驗(yàn)臺架輸入端及輸出端加載電機(jī)控制轉(zhuǎn)速和扭矩。變速箱裝在臺架后布置傳感器如下圖1所示，位移傳感器需垂直于待測面，測徑向位移需通過圓心，傳感器需要用支架進(jìn)行固定，保證無晃動，不引入臺架或其他部件位移。布置好傳感器并編號記錄后進(jìn)行加載測試。試驗(yàn)工況如下表所示。

圖1 位移傳感器布置

2.3 數(shù)據(jù)整理

完成所有測點(diǎn)測試后，整理匯總測試數(shù)據(jù)，計算各測點(diǎn)在穩(wěn)定扭矩下變形量的均值，對于徑向位移，由于分別測量兩個方向的位移，需綜合計算兩個方向的變形量計算其圓心處的矢量位移，如表1所示實(shí)測與仿真對比整理數(shù)據(jù)，以10Nm測試結(jié)果為為基準(zhǔn)，抵消系統(tǒng)間隙，與仿真的徑向變形對比如圖2所示。

表1 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果會存在一定偏差，偏差在20%之內(nèi)是可以接受的，對差別較大的位置檢查仿真模型，例如：殼體約束與實(shí)際是否相符、軸承細(xì)節(jié)參數(shù)設(shè)定是否合理、溫度設(shè)定是否準(zhǔn)確等。再從測試過程中尋找誤差，相互驗(yàn)證。

圖2 測試與仿真結(jié)果對比

3 總結(jié)

進(jìn)行變速箱系統(tǒng)變形仿真過程中，關(guān)鍵細(xì)節(jié)需要把握，例如仿真模型的搭建中懸置約束、軸承座的節(jié)點(diǎn)連接方式等影響仿真結(jié)果，實(shí)測過程中關(guān)鍵點(diǎn)在于傳感器支架要放置在連接板上，避免引入連接板的變形，處理數(shù)據(jù)過程中關(guān)鍵點(diǎn)在于至少要取測點(diǎn)的兩個周期，避免加工及安裝誤差，另外一個關(guān)鍵點(diǎn)在于計算徑向位移矢量和，需要計算中心點(diǎn)的位移。在不斷的對比與總結(jié)過程，提高軟件仿真的準(zhǔn)確性以及測試的準(zhǔn)確度。