变速箱试验台范文
变速箱试验台范文（精选10篇）
变速箱试验台 第1篇
关键词：试验台,变速箱,PLC,变频器,工控机
1试验台总体设计
本试验台采用组合式结构,模块化设计,由基础平台、驱动电机、输入端减速箱、被试变速器安装支架单元、输出加载单元、电器控制系统、各种检测传感器及传动连接部件组成。
基础平台为铸铁平台,平台上设置T形槽用于固定驱动、加载、变速器安装支架等各单元;驱动电机功率为200 kW,两个加载电机功率为160 kW;驱动端设置三轴式两级减速机,上下剖分结构,输入、输出轴可调换位置,以适应左、右输出型式的变速器和分动器试验;被试变速器安装支架单元由变速器安装支架总成、输入端转矩转速传感器及传感器支架、联轴器、变速器安装定位板等组成,这些部件安装在一块底板上构成一个单元,便于移动;输出端加载单元由加载电机、输出端转矩转速传感器及传感器支架、联轴器等组成,这些部件安装在一块底板上构成一个单元,便于移动,试验台设置两套输出端加载单元,用于分动器和FF型变速器试验;驱动电机、减速机、被试变速器安装支架单元、输出端加载单元各单元之间通过传动轴连接,以便于调整使用;润滑油温度控制通过温控器的设置来控制冷却水泵的开、关;控制系统由开关柜、变频柜、操作柜、制动电阻柜组成,开关柜内部装有主电源断路器、刀开关、电流互感器、转接端子排,变频柜内部包括变频器、断路器、接触器、直流接触器、交流电抗器、熔断器和转接端子排,操作柜内部装有PLC组件、工控机组件、二次仪表、变压器、开关电源、继电器、接触器、端子排等,操作柜控制面板上装有的各种开关、指示仪表和指示灯,通过操作面板上的操控元件进行设备调整和正常自动控制;通过工控机进行试验条件的设置和试验状态实时监控,通过工控机采集卡进行数据采集、处理,如配置打印机,可进行试验报告打印输出。
PLC组件是控制系统的核心,包括通讯模块和D/A转化模块,负责整个试验系统的各种动作控制和状态监测。变速箱疲劳试验台整体布局如图1所示。
1,9-加载电机;2-驱动电机;3-普通联轴器;4-转速转矩传感器;5-减速器;6-万向联轴器;7-变速箱底座;8-变速箱;10-平台
驱动单元由驱动电机2、普通联轴器3、输入端转速转矩传感器4、减速器5和万向联轴器6组成。驱动单元作为一套组件,其主要功能是正拖提供驱动转速,反拖提供驱动转矩,实时准确测量输入端的转矩和转速。加载系统包括加载电机1、9和各自的传动系统、转速转矩测定系统。转速转矩传感器通过数据线传给操作柜上的二次仪表,通过仪表可读出转速转矩的大小。变速箱8通过夹具系统固定在变速箱底座7上面,包括一个输入轴、两个输出轴,左侧上端为输入轴,左侧下端和右侧为两个输出轴。
本试验台既能对变速箱前、后驱单独进行加载试验,也能对变速箱前、后驱同时进行加载试验,因此提高了变速箱疲劳试验台的通用性能。
在试验过程中,反拖时驱动电机是转矩控制,两个加载电机都是转速控制。变频器对电机进行转速控制时,电机以恒定不变的速度运行,由于误差原因,两个加载电机的转速控制不可能完全相同,因此反拖试验只能取其中一个加载电机的转速,另一个加载电机处于停机状态。如果反拖时两个加载电机同时进行转速控制,势必会造成变速箱内部轴的扭断。
2试验台控制系统设计
试验台通过PLC控制变频器,从而能实现手动/自动控制、正拖/反拖控制,以及对电机的正反转控制、转速控制、转矩控制、转速转矩切换控制。电机运行所需要的参数以及试验的运行状况通过上位机传给PLC,从而达到控制试验台的目的,并通过上位机实现对转速、转矩及油温信号等实时数据的采集、处理、显示和存储,并进行故障报警。试验台控制系统实现方案如图2所示。
本试验台使用三菱公司FX2N-128MR系列PLC,通过控制PLC的输入输出,达到对试验台控制的目的;使用FX2N-485BD模块与伟肯NXP变频器进行通讯,达到对变频器参数控制的目的;使用三菱公司FX2N-232IF模块和上位机进行通讯,传递试验所需的各参数;使用FX2N-2DA模块控制变频器模拟量输入,实现变转速转矩控制;上位机采用台湾研华工控机,软件使用NI公司虚拟仪器Labview开发;使用高速计数卡实时采集转速、转矩及油温信号,并对信号进行分析、处理和显示。
本试验台可完成如下功能:
(1) 手动试验和自动试验。手动试验状态变频器为电压输入频率参考,自动试验状态变频器为电流输入频率参考。由于信号在传输过程中导线会有压降,因此自动试验控制更加精确。手动试验中,可以单独控制任何电机的正、反转,调整电机转速。自动试验中系统根据设定的试验条件自动完成定转速转矩和变转速转矩疲劳寿命试验。
(2) 可以实现正、反拖试验。 伟肯NXP系列变频器通过设定相应的参数值,将输入和输出与特定功能联系起来,即实现了将特定的功能定义到输入输出端子上,从而达到方便控制的目的。把变频器参数电机控制方式1、2定义到数字输入端子,通过继电器的通断选择电机的运行方式;驱动变频器参数电机控制方式1设定为闭环转速控制,参数电机控制方式2设定为闭环转矩控制;加载变频器参数电机控制方式1设定为闭环转矩控制,参数电机控制方式2设定为闭环转速控制。从而实现了正拖时驱动电机为转速控制,加载电机为转矩控制;反拖时驱动电机为转矩控制,加载电机为转速控制。
(3) 可以实现定转速转矩和变转速变转矩试验。
(4) 可以分别对前驱和后驱动的变速箱进行试验。
3试验台变转速矩试验方法的实现
3.1 上位机与PLC参数的传递
本控制系统使用三菱公司FX2N-232IF模块和上位机进行通讯来传递试验台运行所需的各参数。
上位机控制系统主界面包括主菜单、工具栏和监测界面3大部分,其中主菜单中包含了各种功能调用,工具栏中的各按钮显示了常见操作功能,监测界面显示当前试验数据。控制系统主界面如图3所示,试验参数设置对话框如图4所示。
3.2 PLC对变频器模拟量的控制及变速矩的实现
当PLC接收到上位机传递的参数后,首先将参数用FX2N-2DA模块转化成模拟电流,然后将模拟电流值提供给变频器模拟输入,运用三菱PLC凸轮控制增量方式指令INCD控制试验台实现变转速矩试验。FX2N-2DA型模拟输出模块用于将12位的数字值转化成2点模拟输出,2个模拟输出通道可接收的输出为0 VDC～10 VDC或4 mA～10 mA。本试验使用4 mA～10 mA电流输出。INCD指令应用如图5所示。
变转速矩的实现过程如图6所示。T0、M16为ON后执行指令[INCD D33 C0 M20 K3],计数器达到D33～D35设定的值时,按顺序自动复位;工作计数器C1计算复位次数,对应工作计数器C1的当前值;M20～M22按顺序工作,在M20为ON期间速度和转矩不断增加,M21为ON期间速度和转矩不断减小,M22为ON期间速度和转矩不变,因此试验台实现了变转速矩的试验过程;K3指定最后的工作结束时,标志M8029动作,再次返回进行同样的工作;T0、M16置为OFF时,C0、C1被清除,M20～M22也变OFF,再次将T0、M16置ON,从初始开始工作。
4结束语
本文根据变速箱运行原理,实现了变速箱的在线加载以及变载荷试验。利用本试验台可减少线体上的工作人员,可实时监测和判断变速箱生产质量。变速箱疲劳加载试验台的研制成功对变速箱故障诊断具有很重要的意义,将有更广阔的市场和应用前景。
参考文献
[1]周林.数据采集与分析技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2005.
[2]董学平.汽车变速箱自动换档机构及其电气实现[J].微计算机信息,2004,20(2):1-2.
[3]Henry L,Bing J.A generic integrated system from CADto CAPP a neutral file-cum-GT approach[J].Computer In Tegrated Manufacturing Systems,1998(11):67-75.
[4]林巨广,王心凯,张景亮,等.变速箱在线试验台技术研究应用[J].机械工程师,2011(5):1-3.
CVT无级变速器试验台的控制研究 第2篇
CVT无级变速器采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合来传递动力, 通过主动和从动带轮的轴向移动来实现传动比的连续改变, 从而得到传动系与发动机工况的最佳匹配[1]。
在国外, 关于汽车自动变速器试验方法和的研究进行的比较早, 也比较多。国内研究汽车自动变速器的起步较晚, 多为合资企业才有能力生产汽车自动变速器, 比较完整的技术标准和试验方法尚未被制定。目前仅制定了汽车机械式变速器台架试验方法、汽车用液力变扭器技术条件和台架试验方法等[2]。
1 CVT变速器试验台的设计
CVT变速器试验台台架的设计分两部分, 硬件部分和软件部分。
1) 硬件部分:
采用摩擦式辊道由PLC控制自动将变速器运送至台架中。
将制动踏板, 换挡手柄安装在台阶上, 方便进行换挡和制动等试验操作。
人界交互界面布置在吊箱内, 方便操作及观察试验转台。
2) 软件部分:
传统的CVT试验台通过ECU (电子控制单元) 控制TCU (变速箱控制单元) 进而实现对汽车变速箱的控制, 但这样做需要TCU开发商开放TCU, 或专门为此编写TCU驱动软件, 难度较大。本文采用比例放大器直接控制CVT的各个电液比例阀进而控制CVT变速器, 去达到变速换挡目的。
使用数据卡对信号进行采集, 用编程软件LABVIEW, 对整个软件平台进行开发。
如图1所示为软件主界面。
2 电液比例阀结构及控制器特点
CVT变速器试验台的控制关键是对于变速器各个阀的控制。如图2中所示, 为比例阀的结构图, 阀在两个方向的运动是由两个比例大磁铁控制的, 位于两端的弹簧起复位作用。根据电流的大小比例电磁铁产生相应的电磁力, 从而能按比例的控制阀芯位移[3]。
1.比例阀电磁铁;2.阀体;3.阀芯;4.弹簧;5.比例阀电磁铁
采用PWM技术, 在输出电路上产生可变的开关电压, 使功率放大管只处于饱和导通和截止状态, 减少功耗, 并且PWM常采用的是VMOS场效应管, 其特点是导通内阻小, 功耗小, 具有功率低、节能, 进一步使功耗降低。
3 CTV试验台电液比例阀控制原理
CVT试验台液压系统控制方式有以下三种:
1) 屏蔽原TCU软件中所有控制策略, 计算机通过INCA (发动机标定系统) 软件平台控制TCU继而控制CVT电磁阀。
2) 需要BOSCH协调, 或者开放TCU, 提供TCU软件, 或者专门为试验台编写一套TCU驱动软件。
3) 台架电控系统直接控制C V T电磁阀, 不使用TCU。
第一种和第三种方案本质上和效果上是一样的, 都是通过外部分别给定, 直接驱动CVT电磁阀, 其区别在于第一种方案使用的是TCU内部的比例放大器, 第三种方案使用标准比例放大器。
第二种方案需要和BOSCH协调, 或者开放TCU, 提供TCU软件, 或者专门为试验台编写一套TCU驱动软件。
本文采用第三种控制方案。
比例放大器工作原理图如图3所示 (引用自PAI-SVC-D24型放大器说明书) 。
放大器由斜坡发生器、偏流调整、增益调整、PWM调制、使能控制以及保护电路组成。
内部斜坡发生器电路将输入阶跃信号转换为缓慢变化的输出信号, 使压力或流量缓慢变化, 减少对设备的冲击。
震颤电路用于减少摩擦滞后响应, 能够使阀芯可以更平滑的进行位移。
4 数据的采集和分析
试验参数如表1所示。
测试过程:
室温环境下, 占空比有低到高, 电流逐渐增大, 线圈升温, 当测试完毕时温度升到42℃, 得到数据一, 在此温度下, 占空比由高到底测量得到数据二。
5 结论
从试验结果分析可知, 线圈电流随占空比的增大而线性增大, 通过调节占空比, 就可连续的控制比例线圈的平均电流, 从而控制比例阀电磁铁的电磁力, 继而控制开口的大小来控制流量, 这样CVT变速器的主、从带轮就能在控制下进行线性的移动, 从而达到变速换挡的目的。
参考文献
[1]郭兆松.汽车无极变速器教学实验台架的研究与开发[D].南京理工大学, 2010.
[2]汽车工程学会, 汽车工程手册 (设计篇) [M].北京:机械工业出版社, 2001.
浅谈自动变速器失速试验与故障分析 第3篇
浅谈自动变速器失速试验与故障分析文/张平发
摘 要：自动变速器操作简单省力，运行平稳，在一定范围内能实现无级变速，能自动适应车速和行车阻力的变化。具有提高汽车的动力性和燃油经济性等优点。但自动变速器结构复杂，零件精密度高，造成维修困难。在遇到自动变速器故障时不能轻易解体，首先进行常规检查分析，然后通过自动变速器试验重现故障现象再进行故障分析排除。自动变速器试验有失速试验、迟滞试验、油压试验和道路试验等。
关键词：自动变速器；故障分析；试验
一、失速试验定义
失速试验是指汽车处于停止状态下，变速器换入D挡或倒挡，踩住制动踏板并完全踩下加速踏板，发动机处于全负荷时发动机在该状态下的转速。失速试验时，发动机在特定转速下变矩器输出转速为0,这时的变矩比最大。
发动机全负荷下产生的驱动力通过自动变速器及传动系统作用于车轮，由于汽车在行车制动器与驻车制动器作用下停止不动，变矩器的涡轮不动，只有变矩器壳及泵轮随发动机一同转动，此时所有的驱动力作用在行星齿轮、离合器、制动器等装置上。假如某个离合器或制动器打滑，由于阻力矩减小，发动机的转速将升高。如果传动系统中各装置均处于正常工作状态，则发动机产生的能量只能由变矩器液体循环来吸收，此工况成为失速工况。此时发动机转速称为失速转速。
二、失速试验注意事项
由于失速试验时，发动机和变速器为满负荷，所以应严格注意以下几点：
①应在进行基本检查和调整后进行试验。
②怠速运行一段时间，使油温升至正常行驶温度（70℃~80℃）。
③变速器油温过高会加快变速器油液和密封件的老化，加剧离合器摩擦材料的磨损，所以连续实验时间不要超过5s,重复试验，时间间隔3min左右，防止变速器油压过高。
④试验中如发现发动机超过失速转速太多时，(www.fwsir.Com)说明变速器中离合器打滑，应立即停止试验，否则将造成变速器损坏。
三、失速试验步骤
①将汽车停放在宽阔的水平地面上，前后车轮用三角木块塞住；
②拉紧手制动，左脚用力踩住制动踏板；
③启动发动机；
④将操纵手柄拨入D位置；
⑤在左脚踩紧制动踏板的同时，用右脚将油门踏板踩到底，在发动机转速不再升高时，迅速读取此时的发动机转速；
⑥读取发动机转速后，立即松开油门踏板；
⑦将操纵手柄拨入P或N位置，让发动机怠速运转1分钟，
以防止液压油因温度过高而变质。
四、失速试验故障分析
影响失速转速的因素较多，不同厂家生产的不同型号的发动机或不同型号的变速器的失速转速不同，进行失速试验前应先了解该产品的失速转速的标准值。
①在D挡与R挡取得的失速转速与给定的标准失速转速相符，则系统基本正常。
②在D挡与R挡取得的失速转速均比给定的标准失速转速低时，有可能是发动机动力不足或变矩器工作不良。
可通过断开动力的方法区分发动机是否有故障。方法是将变速杆置于P或N挡，发动机进行急加速，如发动机转速上升迅速且顺畅，则可说明发动机工作正常。
当失速转速比基准失速转速低，且转速差值大于600r/min时，可判断是变矩器导轮的单向离合器出现故障。
③D挡失速转速高于标准失速转速时，产生故障的.原因可能有以下几个方面。
自动变速器内离合器打滑（摩擦材料异常磨损、烧损）。
单向离合器工作不良。
制动带打滑（异常磨损、烧损）。
油压过低。
究竟是哪些执行元件出现故障，可利用自动变速器离合器及制动器参与工作情况帮助判断。当进行D挡失速试验，汽车没有行驶，变速器内并不会进行换挡，所以这类试验只检测低速挡执行元件而不检测高速挡执行元件。如下表所示，在行驶挡时只有低速挡的后离合器C2和单向离合器F在工作，如果出现失速转速过高、执行元件打滑现象，则应对上述元件进行检查。而在2挡进行失速试验时，除后离合器外，还有制动器B2参加工作，如出现打滑现象，应对上述两个元件进行仔细检查。
离合器、制动器工作表
④在R挡进行失速试验，如出现打滑现象，从表中可知，可能是由于高速挡――倒挡离合器故障所致。
⑤如果在D挡和R挡时的失速转速都比标准转速高，则应检查液压系统压力是否过低。否则是变速器执行装置损坏极其严重。
特别需要注意的是，不宜过多进行失速试验。因为进行此项试验时发动机功率全部由变矩器内液体吸收，会产生大量的热，且对各个元件也产生极大的作用力或扭矩，必然造成损坏。在不掌握所修的自动变速器离合器及制动器操作表或不熟悉所试验的自动变速器执行元件工作状况的情况下，盲日进行此项试验，即使出现前述故障现象，也无法正确判断是哪些执行元件出现了问题。
参考文献：
[1]尹万建。轿车自动变速器结构原理与检修。北京：人民交通出版社，2001.
[2]任东。汽车底盘构造与维修。北京：中国劳动和社会保障出版社，2004.
（作者单位 山东省烟台工贸技师学院）
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让变速箱“重生”的“传奇工人” 第4篇
作为中国工程机械行业的“领头羊”，我国装载机生产厂家唯一有实力与卡特彼勒、小松、沃尔沃等公司在国际市场展开竞争的企业——广西柳工机械股份有限公司变速箱厂（以下简称“柳工变速箱厂”）里，传动系统是企业的心脏，变速箱则是大动脉。欧玉伟带领自己的团队研制和生产的变速箱，其技术性能不仅在全国同行业处于领先地位，而且能与国际同类产品相媲美。
破译变速箱划线基准技术的“智能工人”
欧玉伟是变速箱厂镗铣工高级技师，他凭着扎实的文化和技术理论功底，从普通的机床操作工成长为名扬柳工内外的工人技术专家。
柳工是国内生产装载机的龙头企业，传动系统变速箱是企业的核心产品，变速箱产品有1000多个尺寸，欧玉伟全部储存在大脑中。
曾经，变速箱厂因为变速箱箱体没有稳定的装夹定位基准，加工前必须行车吊运变换3次姿态划线定位基准，劳动强度大，耗费时间长，废品率高，成为全厂生产大循环中的“肠梗阻”。
欧玉伟临危受命。他根据自己多年实践经验，大胆提出要设计制造一套变速箱箱体和壳体划线装夹组合工作台，安装在进行第一道加工工序的机床，通过一次吊装划线找基准。他从原材料仓库选出废旧材料进行精心加工，经过一个月的紧张调试，专用组合工作台装上机床一次试加工获得成功，并通过柳工技术和设备部门的验收，正式投入生产，为企业节省原材料3万多元，还使变速箱的生产能力从月产600台提升到月产1800台，同时省去一道工序、少用两名划线工和配套的一台行车，每年创造和节约经济效益200万元。
征服“洋”设备的高手
变速箱厂唯一一台数控加工中心，是柳工花费近800万元人民币从美国引进的先进设备，中方特别派出欧玉伟配合设备安装调试工作，他第一次走近这台“洋”机器。
欧玉伟一边跑前跑后为美国专家打杂，一边悄悄把整个安装程序和主要技术参数熟记于心，对英文标注的各种操作技能，他也死记硬背“刻录”脑中。进入零件试加工阶段， “洋”机器开始“水土不服”——国内生产的铸铁件毛坯与国外的相比有差距，导致加工设备“胃口”要粗、“肚量”要大、“牙齿”要能抗过敏，“洋”机器显得力不从心，撞坏了几把价格昂贵的进口专用刀具，美国专家一筹莫展，同意欧玉伟走上操作台试一试。欧玉伟重新编制加工参数，调整刀具的安装位置，修改刀头的角度，把单刀切削改为双刀切削，结果零件加工一次成功，尺寸精度完全符合图纸设计要求，美国专家齐刷刷向他竖起大拇指。
世界最先进的工程机械传动系统生产企业德国采埃孚中国公司慕名而来，委托欧玉伟使用数控加工中心生产G系列装载机变速箱箱壳和托架。
采埃孚公司向变速箱厂提供原版零件图和从德国进口的、用于试加工的10件箱壳毛坯，并提出严格的加工零件精度。欧玉伟一个个分解图纸的设计尺寸和精度，编制出箱壳加工工艺路线图。因数控加工中心最初使用的是美国厂家提供的专用工装夹具，每种零件要定做两套，每套花费十几万元人民币。欧玉伟大胆修改数控加工中心的程序，并设计制造两套工装夹具用于生产采埃孚公司的箱壳，最终，他加工生产的箱壳顺利通过采埃孚公司的验收。
为了提高数控加工中心的使用效率，欧玉伟利用业余时间刻苦钻研数控技术，攻克加工中心原设计存在的缺陷，开发新功能，使得许多关键零件也能上数控加工中心进行生产。欧玉伟还完成数控加工中心所加工毛坯件的国产化、所配置工装夹具的改装化、所使用刀具刃具的自制化等大量的技术攻关项目。
2002年，柳工试制新产品ZL30装载机，厂里把变速箱箱壳和箱盖的试制任务交给欧玉伟，但任务难度很大，一是试制工作时间要求紧，许多夹具、刀具来不及购买和准备；二是用于试制的原材料毛坯仅有一件，加工过程不能有任何失误。
欧玉伟以超人的胆识和勇气迎难而上。他先改造一个废弃的旧夹具，确保零件装夹的可靠性，为厂里节约3万多元；他改造18把旧刀具替代价格昂贵的进口刀具，为厂里节约2万多元；他采用装夹零件先紧后松的方法，防止箱体、箱盖因刚性差易出现变形；他采用零件加工余量大的孔适量增加加工工序，有效防止深孔加工时加工面出现振纹……此外，欧玉伟还合理调整刀具的配置、刃磨和刀架的转速、进给速度等，最终顺利完成变速箱箱壳和箱盖的试制任务。
勇当改造机器设备的“神医”
“神医”是柳工人给予欧玉伟的一个昵称，因为他能令“风烛残年”的故障设备焕发生机，能让废旧机器起死回生。
2002年以来，快速发展的柳工产量激增，为了解决设备严重不足的问题，欧玉伟“盯上”厂里两台报废的专机设备。
欧玉伟对专机进行技术“诊断”，改造液压传动系统、电器控制系统，重新设计夹具、刀具，让两台专机重新运转，缓解全厂生产工序的紧张局面，为企业节省购买新设备的资金40多万元。
2008年，欧玉伟改造一条国产老、旧专用机床生产设备，与现有的数控加工中心进行衔接配套，成功研发出一套达到国际先进水平的卧式数控组合加工中心，从根本上解决了变速箱运转时齿轮容易磨损及噪音过大的问题，为公司节省400多万元用于购买进口设备的费用，随后他持续改进工艺流程，使卧式数控组合加工中心处理“疑难杂症”的能力优于国外同类设备。
在群星璀璨的柳工，欧玉伟还带出一个优秀的数控技术团队。
2008年起，欧玉伟的徒弟先后摘下柳工数控车工技能大赛桂冠，在广西数控加工中心技能大赛中分别取得第一名、第九名和第十二名的好成绩。
工余时间，欧玉伟喜欢音乐、摄影，他说：“只有不断追求新生事物，才能保证自己永远有一颗年轻的心。”
变速箱试验台 第5篇
关键词：手动变速器,台架试验,加速噪声,振动特性
0 引言
汽车噪声水平是衡量汽车性能的重要指标, 因此汽车噪声控制是目前世界汽车工业的一个重要课题。变速箱是汽车主要噪声源之一, 在很大程度上影响了汽车的车内噪声和通过噪声, 因此很有必要对其进行研究并最终达到减振降噪的目的。变速箱是一个复杂的齿轮箱, 零件较多, 其噪声成分较复杂[1]。仅仅靠理论分析与仿真计算很难得到变速器的准确噪声特性, 为了全面掌握变速器的噪声变化规律进而对其结构优化, 需要对变速器进行噪声测试, 以试验数据为基础, 来分析变速器的噪声特性, 这样得到的规律才更有指导意义。
本文介绍了变速器噪声测试的过程, 并根据试验数据综合分析, 比较变速器远近场的噪声规律, 分析变速器加速工况以及高速工况的振动噪声特性, 有助于为进一步的变速器仿真优化确定仿真工况等信息。
1 变速器噪声测试
1.1 试验装置与测量仪器
本试验针对某国产五挡手动变速器进行噪声测试[2]。试验过程中, 将变速器安装于半消声室内, 通过传动轴与半消声室外的驱动部件和负载部件相连, 半消声室内的传动轴部分均包有吸声材料, 以减小传动轴噪声对被测变速器噪声的干扰。试验工况及传感器布置参照国标QC/T568.1-2010。3个声压传感器分别布置在变速器的正上 (+Z) 、前 (+X) 、后 (-X) 3个方向。前后两个传感器保持水平, 正上方传感器保持竖直, 传感器均指向变速器。十个振动传感器贴在变速器表面不同位置。试验装置及传感器测点布置如图1所示。
1.2 试验过程
本次试验模拟了变速箱的典型工况。为了能够测试变速器的整体噪声水平并系统分析变速器的噪声特性, 进行了两种不同的试验。一种是稳态试验:分别测试了变速器在一、二、三挡时的5个不同转速 (1000r/min, 2000r/min, 3000r/min, 4000r/min, 5000r/min) 下的噪声和变速器在四、五挡时的4个不同转速 (1000r/min, 2000r/min, 3000r/min, 4000r/min) 下的噪声。另一种是瞬态试验:分别测试了变速器在一、二三挡时转速从1000r/min到5000r/min的匀加速过程中的噪声随转速变化以及变速器在四、五挡时转速从1000r/min到4000r/min的匀加速过程中的噪声随转速变化。
2 阶次分析方法
阶次分析是研究旋转机械的升降速过程的振动噪声信号的常用方法[3]。阶次分析本质上就是基于参考轴转速的频率分析。在阶次分析中, 阶次 (O) 定义为每转的波动次数[4],
式中, n为参考轴转速, 单位为r/min。
3 数据处理及分析
3.1 远近场噪声对比分析
为了确定远场或近场能更真实的反映变速器本身的噪声特性, 试验中首先将声压传感器置于不同位置, 分为远场和近场两种情况测量变速器噪声。
3.1.1 远近场噪声指向性规律
近场测量时声压传感器离变速器表面300mm, 远场测量时距离1000mm。下面以变速器五档4000r/min扭矩40%Tmax (Tmax为变速器最大扭矩) 工况为例 (其他档位情况与此类似) , 对比变速器的近场和远场噪声, 如图2所示。
各工况噪声的声压级规律如下:远场噪声前方 (+X向) 噪声声压级最大, 其次是后方 (-X向) , 正上方 (+Z向) 噪声声压级最小;而在近场, 正上方 (+Z向) 噪声声压级最大, 其次是前方 (+X向) , 后方 (-X向) 噪声声压级最小。即远近场测得的噪声指向性规律相反。
3.1.2 远近场噪声指向性差异原因分析
为了确定变速器远场和近场噪声中贡献较大的阶次成分, 对变速箱近场和远场噪声信号进行了阶次分析, 选取高档位高转速工况数据进行对比。图3是变速器五挡下4000r/min扭矩40%Tmax时变速器前、后和正上方三向远场和近场噪声阶次谱图。
变速器远场前、后方噪声幅值最大的阶次为1阶, 其次为24.9阶, 且前方噪声幅值高于后方噪声对应阶次幅值。而变速器正上方噪声的1阶成分并不明显, 该方向幅值最大的噪声阶次为24.9阶。且正上方噪声幅值最高, 前方噪声幅值次之, 后方噪声幅值最低。
因此对于近场和远场的三向噪声规律不一致的主要原因在于噪声中的1阶成分, 试验中的一阶振动主要来源于台架驱动端的传动轴和与驱动端相连接的变速器输入轴。又通过比较前方 (+X向) 的近场和远场阶次谱, 在近场阶次谱中没有明显的1阶次成分, 因此该阶次噪声只能来源于试验台架本身的传动轴。下面对该现象进行解释。
近场和远场测试示意图如图4所示。传动轴产生的1阶振动通过传动轴隔声材料的各个面传播到空气中, 并且各板件声音的传播具有指向性, 结合示意图可知:近场Mic2和Mic3声压传感器能接受到来自变速器箱体振动辐射的噪声, 但是不能接收到来自传动轴外隔声材料的表面振动辐射出来的噪声。而远场Mic2和Mic3却恰恰能反映出该表面的噪声。由于传动轴隔声材料正上方表面的声学处理较好, 在远场和近场都不能测到该方向明显的1阶次的噪声信号。
另外, 变速器正上方近场噪声能量主要集中在24.9阶且要高于其它两个方向, 属于高频, 而高频能量随着距离的增加, 衰减较快。因此, 在远场正上方的声压比另外两个方向的都要低, 而近场则正好相反。
因此, 在本次试验中, 近场噪声测试能更准确地反映变速器本身的噪声特性, 减小台架设备噪声的干扰。所以后续的分析均是基于近场噪声信号进行的。
3.2 加速工况噪声特性分析
3.2.1 加速工况噪声变化规律
为了反映汽车加速时变速器的噪声特性, 试验中对变速器进行了加速工况试验。分别测试了变速器在各挡位下匀加速过程中噪声水平随转速变化情况。图5为变速器在扭矩60%Tmax时各挡位前方近场噪声随转速变化情况, 正上方和后方与此情况类似。
由图5分析可得:随着转速增加, 变速器噪声逐渐增大。其中一、二挡的噪声值随变速器转速的增加而增长的速度最快。在转速3000r/min以上时, 一、二挡噪声值最高, 四、五挡的噪声值居中, 三挡噪声值最低。即变速器在一、二挡高速时出现噪声随转速增加而急增的现象。
3.2.2 加速工况低挡位噪声急增现象分析
变速器一挡 (扭矩60%Tmax) 下的声压阶次云图及其阶次切片[5]如图6所示。
由图6可知一挡 (扭矩60%Tmax) 下云图中13阶次的能量较高, 但从阶次切片中可看出, 高转速下该阶次的声压增速不大, 因此13阶不是声压急增的主要原因。1阶能量在低速的时候虽然不高, 但在高转速 (3000r/min以上) 时, 该阶次能量随转速增加而迅速增大, 且其变化趋势与图5所示一挡总声压级变化趋势相吻合。
因此可以推断在一挡下, 变速器输入轴引起的一阶振动是该处噪声急增的主要原因。同理可解释二档情况。在进一步的动力学分析和仿真研究中需要对输入轴的振动特性加以关注。
3.3 高速工况振动特性分析
正常工况下, 变速器五挡时的噪声高于其他挡位, 并随转速的升高而增大。且五挡为车辆实际行驶时常用到的经济挡位。因此下文研究变速器五档尤其是高速时的振动噪声特性。
3.3.1 特征阶次计算
根据文献可知[6], 某轴上齿轮副的啮合阶次为其中主动齿轮的齿数。在同一挡位, 无论转速如何变化, 各齿轮的对应阶次是不变的。
本文所研究的变速器, 五挡的挡位齿轮副中, 主动齿轮齿数38, 从动齿轮齿数29。主减速齿轮副的主动齿轮齿数19, 从动齿轮齿数79。
输入轴为参考轴, 其转动阶次为变速器五挡的挡位齿轮啮合阶次为中间轴转动阶次为参考轴阶次乘以传动比, 即:
主减速齿轮啮合阶次为:
3.3.2 振动特性分析
如图7所示为变速器五挡加速扭矩60%Tmax工况时1测点z向得到的阶次谱图。其他各点得到结果与此类似。
通过对各测点得到的振动阶次谱图进行综合比较, 可得到试验测得的变速器特征阶次为24.9ord、38.0ord、49.75ord、76.12ord、113.9ord。其中的38.0ord、76.12ord和113.9ord分别为挡位齿轮啮合阶次的1, 2, 3倍;24.9ord和49.75ord分别为主减速齿轮啮合阶次的1, 2倍。由此可知, 变速器的振动主要是由输入轴与中间轴的挡位齿轮啮合过程以及主减速齿轮啮合过程共同引起的。
综合比较变速器10个振动测点共16个方向测得的振动加速度数据, 可知X向各测点的特征阶次对应的振动加速度幅值较大。图8为变速器X向共7个测点的特征阶次对应振动加速度的折线图。
从图4可以看出, 几个特征阶次中, 振动加速度幅值较大的阶次为24.9ord (主减速齿轮啮合阶次) 和76.12ord (挡位齿轮啮合阶次2倍) 。尤其是4位置 (箱体表面前方靠近输入轴部位) , 76.12ord的X向振动加速度幅值明显高于其他各点, 达到1.9g。因此在以后的动力学分析和仿真计算中, 需要重点研究4位置的振动噪声特性并进行相应的结构改进优化。
4 结论
本文介绍了某国产汽车手动变速器的噪声测试过程, 并对试验数据进行了详细分析, 首先比较了变速器远场和近场噪声的区别并解释了噪声指向性不同的原因, 其次细致分析了变速器加速工况噪声特性, 最后分析了变速器五档高速工况的振动特性。文中得出以下结论, 有助于为进一步的变速器结构优化确定合适的仿真工况。
1) 由于台架本身设备噪声的影响, 变速器远场噪声不能准确反映其真实的噪声特性, 因此在测试时需要测量变速器的近场噪声, 以此为依据分析得出的结论才具有指导意义。
2) 变速器加速过程中, 噪声随转速的增大而增高。并且变速器在一、二挡高速时出现噪声随转速增加而急增的现象, 原因是输入轴引起的一阶振动。在下一步的研究中, 需要对输入轴的振动特性进行更为深入的分析。
3) 高速工况时, 变速器的振动主要是由输入轴与中间轴的挡位齿轮啮合过程以及主减速齿轮啮合过程共同引起的。其中变速器4位置的振动幅值明显高于其他位置, 在下一步的动力学分析和仿真计算中需要重点研究。
参考文献
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无级变速器耐久性试验系统研究 第6篇
利用试验室对整车及零部件进行耐久性试验是加速新车型开发和提高产品质量的有效手段。当前国内外进行耐久性试验的方法主要有时域复现、频域复现及时频联合复现等方法, 但目前使用的试验系统及试验方法不仅成本较高, 而且需要进行复杂的数据处理[1]。根据疲劳理论, 疲劳损伤主要由循环载荷引起, 如果汽车及其零部件的输入载荷相同, 那么所引起的疲劳损伤理论上也应该一样[2]。基于这一原理, 本文利用无级变速器 (continuously variable transmission, CVT) 在试验场试验时的典型载荷信号, 对信号进行预处理后, 再利用交流变频电机进行模拟, 并通过关联度和不等式系数法分析试验结果的有效性。
1 试验系统方案
CVT的耐久性试验系统包括1台模拟CVT输入转速和输入转矩的90kW西门子交流变频电机, 1台无级变速器, 2台用于加载的西门子75kW交流变频电机, 3台用于控制电机的变频器, 3个转速扭矩传感器。试验台的布置如图1所示。
模拟CVT的输入转速时, 将目标转速发送给变频器, 由变频器控制电机的转速;模拟CVT的速比时, 将目标速比发送给CVT电控单元, 由电控单元控制CVT速比;模拟CVT的输入转矩时, 给负载电机加一定的载荷, 使驱动电机的转矩与CVT输入转矩相一致。控制原理如图2所示。
2 数据处理
CVT的载荷包括CVT输入转速、输入转矩及挡位 (速比) [3]。图3～图5所示为海南试验场进行CVT耐久性试验时, 强化坏路的试验工况下的典型载荷数据。
由图3～图5可知, 采集的载荷数据中包含有许多振幅较小的高频信号。太高的频率不但不能在试验系统上实现, 而且可能是无损伤信号。因此, 要精确逼近车辆实际行驶环境下的载荷, 需要对载荷信号进行处理, 过滤掉非损伤频带信号[4]。
根据小波多分辨率 (多尺度) 分析, 可以利用小波分析将载荷信号中的高频信号从信号中分离以精确逼近CVT真实载荷。小波分析是用不同的时间分辨率, 通过一组基本小波函数的伸缩和平移, 把信号分为近似部分和细节部分。近似部分即为低频分量, 而细节部分则指信号中相对应的高频分量[5]。信号表达式为
f (x) =Adjf (x) +Ddjf (x) (1)
式中, A为离散近似部分;D为离散细节部分;dj为尺度因子。
记基本小波函数为Ψ ( t) , 伸缩和平移因子分别为a和b, 则小波变换基定义为
其中, 小波基函数Ψ (t) 必须满足允许性条件:
式中, Ψ (ω) 为小波函数Ψ (t) 的傅里叶变换。
函数f (t) ∈L2 (R) (平方可积函数) 的小波变换定义为
由WTf (a, b) 重构f (t) 的小波逆变换定义为
小波变换WTf (a, b) 是伸缩因子a和平移因子b的函数。通过Ψ (t) 在尺度上的伸缩和空间域上的平移, 将信号分成不同尺度上的细节信号和近似信号。根据信号的特点, 利用db5和sym4小波对CVT输入转速、输入转矩和速比进行分解。图6所示为利用db5小波对CVT输入转速信号进行分解的结果。
由图6可知, 利用小波多层提取的a7层低频信号, 保留了原始信号的近似部分, 能较好地反映原始信号的特征, 有效滤除非损伤频带信号, 逼近真实的载荷信号。图7和图8所示为利用小波分解后提取的CVT速比和CVT输入转矩低频信号, 可看出, 分解后的信号也同样滤除了高频信号的干扰。
3 数据复现
模拟CVT的速比时, 将目标速比发送给TCU, 由TCU的速比控制环实现对目标速比的跟踪;模拟CVT输入转速时, 将目标转速发送给变频器, 由变频器速度控制环实现对目标转速的跟踪;模拟CVT的输入扭矩时, 通过对负载电机施加一定的载荷, 使驱动电机的输出扭矩与目标的CVT输入扭矩相一致。因此, 驱动转矩的控制为开环控制。图9为驱动转矩开环控制示意图。
由图9可知, 转矩的传递经过了负载电机及传动轴等旋转部件。由于电机转子及传动轴的转动惯量较大, 因此, CVT输入扭矩的控制过程中存在惯性转矩和加载力矩偏差的干扰。
图10～图13所示为模拟目标驱动转速2000r/min、目标驱动转矩40Nm、目标速比按一定规律变化时, 驱动转矩采用开环控制的情况。
由图10和图11可知, 速比控制和输入转速控制的偏差较小。由图12和图13可知, 负载电机的转速发生变化时, 产生的惯性转矩会引起驱动电机输出转矩的波动, 使输出转矩控制产生偏差。要精确控制驱动电机的输出转矩, 消除试验系统中惯性转矩的影响, 采用自适应算法进行闭环控制是一个有效的方法[6]。图14所示为采用预测自适应算法的效果。
4 试验结果与分析
图15～图17所示为试验系统模拟海南试验场耐久性试验强化坏路工况的结果。
根据可置信度理论, 可以通过分析实际数据和系统模拟的数据是否一致或一致性程度来验证试验系统的可信性[7], 其中, 灰色关联分析法和Theil不等式系数法是两个有效的工具。
灰色关联分析法通过计算灰色关联度来量化数据序列的几何形状在空间中的一致性和数据在数值上的接近程度来分析数据序列相关性。设差异信息为
Δ0i (k) =|x0 (k) -xi (k) | (6)
环境参数为
式中, x0 (k) 为实际数据的时间序列;xi (k) 为模拟数据的时间序列;Δ0imax为距离空间中的两极上环境参数;Δ0imin为距离空间中的两极下环境参数。
灰色差异信息空间为
灰色关联度为
灰色关联度介于0和1之间。当灰色关联度接近于0时, 表明两时间序列的差异程度很大;当灰色关联度接近于1时, 表明两者基本一致。
Theil不等式系数法通过计算TIC值来衡量数据的接近程度。TIC的定义为[8]
式中, N为采样点的数量。
TIC值介于0和1之间。当TIC接近于1时, 表明两时间序列的差异程度很大;当TIC接近于0时, 表明两者基本一致。对比图3～图5和图15～图17, 根据灰色关联分析法和不等式系数法, 计算得转速的关联度为0.928, 速比的关联度为0.892, 转矩的关联度为0.889;转矩的TIC为0.04, 速比的TIC为0.0337, 转速的TIC为0.0272。由计算结果可知, 试验系统模拟的数据与实际数据相近, 试验系统的模拟结果是有效、可信的。
5 结论
根据试验场测得的试验环境下的CVT载荷数据, 利用小波分析滤除数据中的高频干扰信号, 并通过自适应控制消除试验系统中的干扰力矩, 从而复现了试验路面的载荷-时间历程。通过关联度分析和TIC计算, 表明试验系统的试验结果是有效、可信的。因此, 利用试验系统能有效复现耐久性试验环境, 且CVT的疲劳损伤与实际试验环境下的疲劳损伤接近。
参考文献
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变速箱试验台 第7篇
关键词：自动变速器,试验检测装备
0 引言
2009年以来,中国汽车市场迅速扩大,2011年汽车产量超过1800万辆。根据美国汽车咨询公司CSM数据分析,2013年中国乘用车市场(包括轿车、SUV、MPV等)中自动变速器市场份额将占45%左右,并以年均30%以上的速度高速增长。根据权威机构预测(Global Insight、德国BOSCH及日本JATCO),2015年我国乘用车产销将突破2000万辆,如国产自主品牌达到60%,自动变速器装车率将占45%以上,需要各类自动变速器500万台以上。
我国当前的变速器自主生产以手动变速器为主。成规模的主要制造商有38家,我国变速器厂家从1981到2003年对外合资、合作项目共计33项,其中技术引进15项,中外合资项目11项,外商独资7项。通过这些方式,先进技术进入我国,产品覆盖重、中、轻、微、轿等各类车型的机械变速器,提高了我国变速器产品水平。对促进汽车工业的发展起到了重要作用。
但是,我国企业并未完全自主掌握自动变速器的设计开发和制造技术。尽管一汽轿车公司、奇瑞汽车公司、吉利汽车和江淮汽车等国内汽车制造企业已开发不同类型的自动变速器样机,但就总体而言,我国的自动变速器市场仍然长期被跨国公司垄断,几乎全部依赖进口或者来自跨国汽车公司在国内的独资或者控股企业。
我国与国外先进汽车变速器公司相比,在自动变速器产品的开发试验测试技术及相关产品数据库方面还存在很大差距,缺乏高精度高响应要求关键零部件及总成试验检测装备技术,是核心原因之一。试验检测装备于受制于国外公司,严重限制着了我国自主自动变速器产品设计制造水平的发展。
本文以针对国内各大汽车制造企业及变速器制造企业进行调研的数据为基础,描述目前国内外自动变速器试验检测设备的现状,并总结出国内自动变速器试验检测装备的方展方向。
1 我国自动变速器试验检测装备的市场需求
尽管我国手动变速器的产业化已经形成相当的规模,但对自动变速器试验检测设备技术的掌握还基本上处于起步阶段。
我国汽车制造企业和零部件企业在自动变速器领域已经进行了多年的研究,形成一定的基础并开发出样机,如一汽集团公司自主研发的商用卡车自动变速器(AMT)CA9TB160A;吉利集团的前横置6ATF、前纵置6ATR、前横置4AT,以及开发中的大扭矩7速湿式双离合器自动变速器(简称7DCT)、小扭矩6速干式双离合器自动变速器(简称6DCT)、6速手自一体自动变速器(6AMT);奇瑞集团的自动变速器有前横置6ATFF350、前纵置的6ATFR350、前横置的4ATFF、CVT190、前横置5AMTFF120、前横置5AMTFF190;江淮汽车公司正在研发的DCT;湖南江麓容大车辆传动股份有限公司研制的CVT;盛瑞传动股份有限公司自主研发的8AT等。
自动变速器的开发过程存在技术复杂、验证项目多等特点,为此需要开发大量的验证设备作为辅助手段,以便对各阶段的样机或关键零部件进行验证。国内企业自主研发自动变速器过程中,试验检测装备一直受制于国外公司,根据不完全统计,2010~2011年国内各大汽车企业进口变速器测试设备费用花费超过3亿人民币以上(资料来源:AVL、GIF两家各变速器设备供应商业绩表)。
最近几年,随着跨国企业纷纷在中国设立独资自动变速器生产企业和我国自主研发的自动变速器产业化工作的开展,自动变速器产业链已经在快速形成中。目前国内多数的自主汽车产家已经开始对自动变速器的研究开发,国内对自动变速器试验检测装备的需求也迅速扩大,形成自主知识产权的自动变速器试验检测装备已经成为国内企业极为迫切的需求。
2 国内外试验检测装备现状
自动变速器试验检测装备分为产品开发用试验检测装备和在线检测试验装备。前者主要针对产品开发环节对各关键零部件的试验检测以及总成的性能检测,目的是完善设计方案,确保在设计环节就规避产品缺陷的产生;后者则用于生产过程,用以保证每台自动变速器在生产过程中实现在线检测,避免制造缺陷。
这些试验检测设备一般包括:动力总成试验台、电液控制系统检测装备、行星排试验台、双离合器性能试验台、液压控制阀体试验检测设备、TCU软件系统测试系统、油泵及油滤清冷却系统试验台、下线综合性能检测设备(EOL)和动态综合性能试验台等,其中部分试验检测设备是四类自动变速器(AT/CVT/DCT/AMT)的共性装备。
2.1 国外试验检测装备现状
从二十世纪三十年代,世界上第一台自动变速器应用在美国通用汽车上,到目前为止,国外自动变速器的发展已有七八十年的历史,已形成了成熟的自动变速器总成及关键零部件的产业化技术,包括自动变速器柔性自动装配检测线关键技术、下线检测技术及离合器、行星排等关键零部件的制造、试验测试技术,建成了完整的配套产业链,积累了丰富的产业化经验,建立了完善的开发流程和规范。
自动变速器试验检测装备已经被跨国汽车公司和自动变速器企业作为核心技术所垄断,掌握在AVL、GIF、FEV、Froude Hofmann等少数几家企业手中。最典型的如发达国家中美国的ENTON和德国的ZF公司,变速器装配、试验技术及装备发展成熟,但对外实行技术封锁和垄断,核心技术和软件严格保密,总成性能试验台等核心装备、控制软件及相关标准不对外销售;再如自动变速器动态综合试验台制造企业德国的GIF和奥地利的AVL,昂贵的价格(2000万元)已制约了中国汽车自动变速器的产业化进程。
2.2 国内试验检测装备现状
迫于掌握自主知识产权的需要,国内自动变速器企业不得不自己开发试验检测装备,具有代表性的如CVT变速器生产企业湖南容大传动技术股份公司、8AT生产企业山东盛瑞股份有限公司以及自主开发DCT的吉利汽车公司和江淮汽车公司等。这些公司通过与国内外研究机构及高校合作,已开发部分自动变速器试验检测装备,但距离国际水平尚存在不小差距。
盛瑞传动股份有限公司在研制8AT产品过程中,联合北京航空航天大学研制了多种试验检测装备如油泵试验台、倾斜试验台和阀版试验台等,目前正在计划联合研究机构开发AT自动变速器行星传动性能试验装备。
吉利汽车公司在自主开发7DCT产品过程中,已开始组织国内开发队伍研制配套试验检测装备,包括自动变速器动态性能试验装备、DCT自动变速器换挡离合性能试验装备和DCT自动变速器操控性能试验装备等。
国内企业在自动变速器下线试验装备方面已有一定基础,如北京机械工业自动化研究所2010年“高档数控机床及基础制造装备”专项的“汽车AMT变速器智能化在线检测试验设备”项目,借鉴国外先进技术并加以创新,自主研发适应各种规格AMT和MT规模化生产的汽车AMT变速器智能化在线检测试验设备,项目实施完成并交付使用。但对于AT、CVT、DCT等类型的自动变速器,由于国内此类制造企业均未形成规模生产能力,在线检测装备的市场需求还未体现出来,国内装备公司尚无开发此类在线试验装备的先例。
北京机械工业自动化研究所2011年承担了“高档数控机床及基础制造装备”专项“CVT关键零部件制造装备”项目中CVT检测装备的研制工作,项目完成后即能实现国内企业在CVT下线检测装备方面的突破。
国内还有很多企业、高校和研究机构都在自动变速器领域进行大胆探索,积累了大量宝贵经验,也取得了一定的研发成果。在理论研究方面,包括清华大学、北京理工大学、吉林大学和北京航空航天大学等在内的很多高校,在AT自动变速器阀板设计与试验、换挡特性、TCU软硬件开发和整车匹配标定等方面已经做了大量的理论研究和试验测试研究工作,很多研究成果已经公开发表;在装备制造方面,安徽巨一自动化装备有限公司已变速器测试装备研发方面形成部分产品,并得到应用。
3 国内外自动变速器检测装备存在的差距
通过对国内外自动变速器试验检测装备研制和应用情况的介绍,可以看出我国自动变速器试验检测装备技术水平与国外存在很大的差距,主要体现在以下三点。
1)检测装备对变速器产品覆盖面窄。虽然国内在自动变速器下线检测装备已有所突破,已成功开发AMT自动变速器交检试验台,但在AT、CVT和DCT变速器方面,仍然未摆脱对进口检测装备的依赖。
2)支持自动变速器设计开发的试验检测装备尚处于空白。国内自主开发自动变速器的需求越来越强烈,而国内目前尚无能力提供成熟的设计开发用试验装备,这制约着自主品牌自动变速器的发展。
3)缺乏专业装备公司。国内目前尚无具备实力的专业装备公司为自动变速器企业提供试验检测装备,企业自行开发装备对企业产品开发形成一定制约。
4 结论
变速箱试验台 第8篇
一、55-51SN型自动变速器的结构与原理
1. 液力变矩器
液力变矩器 (如图1所示) 简称变矩器, 安装于变速器行星齿轮传动系的输入端, 通过驱动盘固定在发动机曲轴后端。液力变矩器主要由泵轮、涡轮、导轮、锁止离合器和壳体组成, 其内部充满变速器油液 (ATF) 。
泵轮由发动机驱动, 引导液体冲击涡轮叶片, 驱动涡轮轴转动, 涡轮轴为变矩器的输出轴。导轮位于泵轮和涡轮之间, 使油液从涡轮返回泵轮, 因此而循环流动。
变矩器在涡轮低转速情况下具有增大扭矩的作用, 同时变矩器也吸收来自发动机和传动系统的冲击。当涡轮高速旋转时, 为了降低变矩器的功率损失, 变矩器装备有锁止离合器。锁止离合器的工作状态取决于发动机转速、车速和变速器油温等信号, 锁止离合器由液力和电控单元控制。当锁止离合器工作时, 发动机与变速器之间形成机械连接, 可提高车辆的燃油经济性。
图1液力变矩器和行星齿轮机构图2行星齿轮机构结构简图
2. 行星齿轮机构
该自动变速器的行星齿轮机构共有4个行星排 (如图1所示) , 综合了拉维娜式和辛普森式行星齿轮机构, 其结构简图如图2所示。变速器换档执行元件的名称及作用如表2所示, 各档位换档执行元件的工作情况如表3所示。前2组行星排与后2组行星排在各档位的传动情况如图3所示。
3. 电子控制系统
电子控制系统由输出和输入速度传感器、油温传感器 (OT) 、空档起动开关 (NSW) 、换档电磁阀 (S1～S5) 、线性电磁阀、开关和传感器总成、自动变速器控制模块 (TCM) 等组成。自动变速器电子控制系统及车辆其它电控系统的控制原理如图4所示, 自动变速器电控系统电路如图5所示。
1) 输出和输入速度传感器 (霍尔传感器)
速度传感器采用霍尔效应式传感器, 其安装位置如图6所示。输出速度传感器通过检测驻车齿轮的转速来确定车速, 输入速度传感器通过检测C1离合器鼓的转速来确定自动变速器的输入速度, 然后把信号传递给TCM。
2) 油温传感器
油温传感器安装在阀体内, 如图7所示。油温传感器为负温度系数型传感器, 它将变速器油温转换成电信号传送给TCM。
3) 空档起动开关
空档起动开关的安装位置如图8所示, 通过组合档位电路插头, 空档起动开关将换档手柄所处的档位信息传递给TCM, 只有在“P”档和“N”档时, 发动机才能起动。使用空档起动开关进行各档位控制, 空档起动开关将起动电路及倒档电路的组合信息直接传递给TCM, 如图9所示。
拖拉机变速箱故障排除五窍门 第9篇
2变速箱内有异常响声。若因变速箱内齿轮油的油量不足或黏度不够，使齿轮在传动时发热而产生不正常的响声，应经常检查齿轮油，及时添加或更换：若因齿轮面严重磨损，或齿轮和轴的花键磨损，工作时发出不正常的响声，应检查和逐一修复，或更换齿轮和齿轮轴的花键：若因变速箱中轴的定位挡圈或锁紧螺母松脱。应固定锁紧螺母和定位挡圈：若因滚动轴承磨损，使隔圈、隔套损坏而产生响声，应更换滚动轴承及隔圈、隔套。
3自动跳挡。若因副变速滑动齿轮中的内齿磨损，在重负荷下使滑动齿轮被甩开，自动切开而跳挡，应更换副变速滑动齿轮：若因副变速拨叉磨损或变形，使滑动齿轮产生轴向移位跳挡，应更换拨叉：若因变速杆没有推到底，使滑动齿轮甩脱跳挡，应把变速杆推到底：若因锁定钢球与拨叉轴的锁定槽严重磨损，使锁定弹簧弹力减弱而造成跳挡，可修复或更换锁定弹簧。
4变速箱发烧。若因齿轮油面过高或过低而使变速箱发烧，应把齿轮油面控制在规定范围内：若因轴承装配过紧或轴承有卡滞现象，使局部发热部位的零件严重磨损或运转不正常，应重新装配轴承或更换磨损配件。
5变速箱漏油。若因各连接面的垫片损坏或有脏物，应清洗脏物或更换垫片：若因油封弹簧脱落，应更换新油封。
变速箱试验台 第10篇
1 提出问题
某型变速器是我公司研发的最新产品, 其中中间轴轴齿和各档齿轮均为斜齿, 且各档位齿轮之间存在间隙, 同时装配后各齿轮之间的位置度偏差精度要求很高, 冷压装方式无法实现, 只能考虑采用热装技术。
在新产品试制过程中, 采用的是电磁感应加热, 红外测温计检测对温度进行控制, 先将齿轮加热至150℃确保与中间轴产生间隙, 中间轴穿过齿轮后快速对齿的工艺方案, 经过检测装配精度, 完全符合图纸要求。
但在齿轮加热过程中, 出现了中间轴齿轮齿套部位发蓝, 齿面呈淡黄色的现象, 根据经验齿轮加热变色可能意味着金相组织的变化和表面硬度的降低, 最终影响齿轮的寿命和传动性能, 因此为必须通过理论分析和试验做进一步研究。
2初步分析
根据热装温度计算公式:T= (x1+x2) /dα+t。
T零件热装所需要的温度, ℃;x1配合件的最大过盈量, mm;x2热装时的间隙, mm (一般取配合直径的0.9‰-1.4‰) ;d配合直径, mm;α被加热件的热膨胀系数;t室温一般可以取20℃。
通过计算T值约为163℃, 接近但略高新品试制中的加热温度150℃。根据热处理理论, 一般合金钢的回火温度为200~250℃, 甚至更低, 因此对于此齿轮实际加热温度控制在150~180℃之间理论上不会出现发蓝现象。
为此, 取两个加热后的齿套发蓝齿轮进行硬度检测, 发黄齿面硬度符合图纸要求 (HRC58-63) , 而齿套发蓝部位硬度降低, 未发蓝部位硬度正常。因此推断, 由于电磁感应加热不均匀, 同时红外测温计温度检测不准, 导致了齿套局部受热过高发蓝, 而齿面发黄则可能是零件表面防锈油受热所至。
3 试验分析论证
3.1 试验件标记
取中间轴三档齿轮共10个, 为方便分析和跟踪, 分别用记号笔做好标记。
3.2 热装试验前的理化检测
为保证试验前零件满足设计图纸要求, 方便热装前后对比, 需要100%检测齿轮表面硬度, 并选取部分齿轮做金相组织检验。硬度检测分为轮齿端面和齿套端面两部分, 为方便10个齿轮之间的对比, 硬度点位置选择尽量一致。
检测结果显示, 加热前的试验齿轮表面硬度合格, 一致性较好。
3.3 对试验齿轮表面进行清洗并吹干
将10个试验齿轮用清洗液清洗, 并用棉丝擦干, 压缩空气吹净轮齿内的积水, 目的是防止防锈油在加热过程中, 导致齿轮表面变色而对实验结果产生干扰。
3.4 加热试验
(1) 采用加热箱加热方式做热装试验。1) 取1~3#齿轮, 放入加热箱, 设置150℃, 加热4个小时试验后取出, 使用红外测温计和接触式测温计分别检测齿轮表面温度, 取多点检测的平均值。结果显示, 加热箱的温度为闭环控制, 能保证加热温度的稳定性和准确性, 因此可以判断接触式接触式测温计检测值更贴紧真实值, 而红外测温计检测值则偏离比较大。观察齿轮表面颜色的变化, 3个齿轮均未出现发黑发蓝的现象, 证明加热箱加热温度至150℃不会出现齿轮整体发蓝的情况。2) 取1#齿轮 (保温150℃) , 在热装配夹具上与检测合格的中间轴进行热装, 中间轴顺利穿过齿轮并落到位, 但是在对齿过程中齿轮与轴抱死, 对齿顶尖不能完全顶入, 造成热装失败。3) 调节加热箱温度到160℃, 在150℃基础上保温1个小时, 取出1#、2#、3#齿轮使用接触式测温计检测温度值均为159℃, 然后分别取1#、2#、3#齿轮进行热装, 均顺利完成对齿装配, 经检测位置度偏差符合设计要求。
(2) 取4~10#齿轮做电磁加热试验。1) 取4~6#齿轮, 分别使用电磁感应加热, 接触式测温计检测齿套温度达到150℃时, 同时使用红外测温计检测同一点温度, 检测结果结果显示仅为70℃。2) 取4~8#齿轮 (接触传感器检测150℃) 做热装试验, 结果均未成功, 中间轴下落时不能穿过齿轮, 二次加热到该温度后, 5#与6#齿轮成功完成对齿, 其余仍未完成热装。3) 待试验齿轮冷却后, 再取7#齿轮直接加热到180℃, 热装失败;取8#齿轮直接加热到200℃, 热装失败, 二次加热到200℃热装成功, 未发现发蓝发黑现象;取9#齿轮加热到150℃, 静置30秒钟后再加热至200℃, 成功完成热装。此步试验说明多次加热产生的预热效果使齿轮受热均匀, 有利于配合孔充分胀大而完成热装。4) 取10#齿轮使用电磁感应加热至红外测温计显示130℃, 此时使用接触式测温计检测值为254℃, 零件齿套端面开始发蓝。
4 送理化实验室做热装后检测
(1) 对实验齿轮进行硬度检测。检测结果显示1-9#实验齿轮的齿面、齿套表面硬度未发生明显变化, 符合图纸要求, 10#齿轮齿套发蓝部位平均硬度值降低为为57HRC, 不满足图纸要求, 而未发蓝部位硬度值不变。
(2) 金相组织检测。分别取热装试验后的1#、8#、10#试验后的齿轮, 做金相试验, 检测结果显示, 1#、8#金相组织未发生变化符合设计要求, 而10#齿轮齿套发蓝部位, 由试验前的高碳马氏体+残余奥氏体 (B级) 变为回火屈氏体, 发生了低温回火, 而未发蓝部位金相组织未发生变化, 符合产品设计要求。
5 试验结论
变速箱试验台范文
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