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，汽車傳動系統(tǒng)中的變速箱是直接關(guān)系到傳動系統(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)會更加復(fù)雜。傳統(tǒng)的診斷變速箱的方法是：一聽（噪聲和異響）、二摸（手動換擋性能等）、三看（各擋位運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、外觀檢查）。這不僅浪費人工工時，檢測效率低；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其進(jìn)行嚴(yán)格檢測的專用設(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)實際狀況要隨時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設(shè)備對變速箱進(jìn)行有效的檢測，應(yīng)該能夠模擬汽車行駛時的情況。本項目研發(fā)的汽車變速箱總成下線檢測設(shè)備特別針對手動汽車變速箱組裝完成后下線時的加載檢驗及各項測試，是汽車傳動系統(tǒng)中檢測項目最多、檢測技術(shù)難度最大的試驗設(shè)備之一。

1 試驗臺的總體研發(fā)方案

圖1 試驗臺的總體組成框圖

本項目研發(fā)的試驗臺是用于手動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，主要用于檢測變速箱外觀、各擋位運轉(zhuǎn)情況、手動換擋性能以及噪聲和異響等。試驗臺的研發(fā)工作主要分為三個研發(fā)模塊，即機(jī)械傳動模塊、液壓傳動模塊及電氣控制模塊（見圖1）。輸入端機(jī)械傳動系統(tǒng)和輸出端機(jī)械傳動系統(tǒng)是試驗臺機(jī)械傳動模塊的兩個主要組成部分。變速箱測試前在試驗臺上的安裝夾緊、箱體內(nèi)齒輪潤滑油的注入和排出等各項準(zhǔn)備工作由專用液壓傳動模塊完成。輸入端電機(jī)和輸出端電機(jī)分別帶動輸入端機(jī)械傳動系統(tǒng)和輸出端機(jī)械傳動系統(tǒng)，兩電機(jī)的交替啟動由電氣控制模塊來實現(xiàn)。試驗臺中設(shè)計安裝各種傳感器和儀表，對試驗臺的各項技術(shù)指標(biāo)實時跟蹤并實時顯示如輸出軸扭矩、輸入端和輸出端轉(zhuǎn)速、變速箱噪聲、注排油流量、油溫等測試數(shù)據(jù)。

2 試驗臺各模塊的研發(fā)

2.1 試驗臺機(jī)械傳動模塊的研發(fā)

本試驗臺的機(jī)械傳動模塊主要包括輸入端機(jī)械傳動系統(tǒng)和輸出端機(jī)械傳動系統(tǒng)兩大部分（見圖2）。試驗臺用輸入端電機(jī)替代汽車發(fā)動機(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系統(tǒng)替代汽車傳動系統(tǒng)，輸入端電機(jī)經(jīng)此傳動系統(tǒng)帶動變速箱的輪系轉(zhuǎn)動，同時輸出端電機(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（所謂正向拖動見圖3），以此完成變速箱在不同擋位時的噪聲測試；而由輸出端電機(jī)帶動變速箱轉(zhuǎn)動時，輸入端電機(jī)通過離合器已經(jīng)脫離變速箱，這時變速箱輸入軸端帶動離合器摩擦片轉(zhuǎn)動（所謂反向拖動見圖4），以此完成在不同擋位的換擋檢測。

圖2 機(jī)械傳動模塊框圖

圖3 正拖傳動路線圖

圖4 反拖傳動路線圖

噪聲測試要求：整個變速箱的噪音不超過75 dB，一至五擋及倒擋換擋的噪音均不超過80 dB。換擋檢測若有：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，各擋換擋力由測力計測試不符合設(shè)計要求；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 試驗臺電氣控制模塊的研發(fā)

設(shè)計要求試驗臺要能夠模擬汽車的行駛工作狀況，所以在正向拖動、反向拖動時，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。輸入端的異步電動機(jī)，要求在寬廣的調(diào)速范圍內(nèi)高效地運行，選用間接變頻器實現(xiàn)無級轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)；設(shè)計伺服控制系統(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)實時控制伺服控制器、變頻控制器、PLC 和各個儀表之間的實時數(shù)據(jù)通訊和輸出試驗臺各項技術(shù)指標(biāo)的數(shù)據(jù)報表。

某變速箱的數(shù)據(jù)報表如下：

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

3）反向拖動時輸出端的各擋轉(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）測力計測試各擋換擋力為：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，測試齒輪潤滑油的溫度為72 ℃。

6）噪聲測試符合要求。

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 試驗臺液壓傳動模塊的研發(fā)

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

圖6 液壓傳動模塊框圖

3 結(jié)論

試驗臺經(jīng)運行證明，機(jī)械傳動系統(tǒng)的輸入端和輸出端轉(zhuǎn)速、各擋位的傳動比、輸入扭矩和輸出扭矩符合設(shè)計要求，變速箱的各擋位換擋力、噪聲異響、注排齒輪潤滑油油量和油溫均未超出設(shè)計要求范圍，即試驗臺的各項性能參數(shù)滿足設(shè)計要求，同時3.5 min 完成一臺變速器的檢測，滿足生產(chǎn)節(jié)拍，檢測效率高。

［1］張廣斌，方凱，胡丹峰.汽車變速箱綜合性能試驗臺的系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)［J］.電子技術(shù)，2002（5）：53-55.

［2］石曉輝，施全.汽車零部件實驗檢測方法［J］.重慶工業(yè)管理學(xué)院學(xué)報，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，曾樂生，馬東升.伺服系統(tǒng)原理與設(shè)計［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，1993：108-116.