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(shí)模擬出 GF6自動變速箱關(guān)鍵部件低倒檔&C1-2-3-4檔離合器的各種工況，以達(dá)到驗(yàn)證該離合器在使用中的可靠性與耐久性，故設(shè)計(jì)一款實(shí)用的離合器疲勞試驗(yàn)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(jié)構(gòu)

自動變速箱是相對于手動變速箱而出現(xiàn)的一種能夠自動根據(jù)汽車車速和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速來進(jìn)行自動換擋操縱的變速裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 GF6自動變速箱結(jié)構(gòu)圖

1.2 GF6自動變速箱工作原理

GF6自動變速箱包含6個(gè)前進(jìn)擋和一個(gè)倒擋。

P檔時(shí)，低速-倒擋離合器結(jié)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(zhuǎn)狀態(tài)。 P檔鎖止機(jī)構(gòu)將驅(qū)動輪架固定，傳動鏈條被固定，車輛處在靜止?fàn)顟B(tài)。

1檔時(shí)，速比是 4.584：1。輸入軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動，帶動輸入行星齒輪的小行星輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動，并帶動輸入行星齒輪的內(nèi)齒圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動。

輸入行星齒輪的內(nèi)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(shí)針轉(zhuǎn)動，此時(shí)，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(shí)針轉(zhuǎn)動。

其余變速箱檔位原理可根據(jù)1檔時(shí)的各行星輪運(yùn)動規(guī)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(gè)檔位切換中都至關(guān)重要。

1.3 低倒檔&1234檔離合器結(jié)構(gòu)與工作原理

低倒檔&1234檔離合器結(jié)構(gòu)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(nèi)，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(nèi)齒連接到低速-倒檔單向離合器（OWC）總成上。在 1檔（發(fā)動機(jī)制動）/倒檔時(shí)，低速-倒檔離合器結(jié)合。

C1-2-3-4離合器總成安裝在變速箱殼體總成內(nèi)，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(nèi)齒連接到輸出太陽輪總成上。在1檔/2檔/3檔/4檔時(shí)，與C1-2-3-4離合器結(jié)合。

2 疲勞試驗(yàn)臺架設(shè)計(jì)

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

2.1 試驗(yàn)要求

臺架需在各種規(guī)定的轉(zhuǎn)速及供油壓力下，對離合器產(chǎn)品進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。臺架可實(shí)現(xiàn)4個(gè)產(chǎn)品同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)。

具體技術(shù)方案為，采用高轉(zhuǎn)速電機(jī)通過變頻調(diào)速帶動離合器進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，通過液壓系統(tǒng)提供控制及潤滑油路，對離合器總成進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，并對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控。

根據(jù)離合器工作原理以及離合器輸入工況，將轉(zhuǎn)速及壓力進(jìn)行排列組合，得到試驗(yàn)邊界條件如表1所示。

表1 試驗(yàn)邊界條件

2.2 臺架設(shè)計(jì)

根據(jù)上述要求，使用伺服電機(jī)加皮帶輪驅(qū)動離合器旋轉(zhuǎn)；液壓站通過油管連接到離合器產(chǎn)品的油孔施加油壓；使用控制柜進(jìn)行參數(shù)設(shè)置及讀數(shù)監(jiān)控。驅(qū)動電機(jī)選用西門子的1PH8133-1DG00-1QA1_MB，功率為20kW，扭矩為96Nm，最高轉(zhuǎn)速6000RPM，通過2：1的同步帶輪可實(shí)現(xiàn)最大轉(zhuǎn)速12000RPM。

油管共分四路：第一路供 C35R控制油路，實(shí)現(xiàn) C35R離合器片閉合與分離；第二路供C456控制油路，實(shí)現(xiàn)C456離合器片閉合與分離；第三路供補(bǔ)償油壓，輔助離合器片的分離；第四路潤滑油路，用于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)潤滑。通過－40℃低溫箱對試驗(yàn)樣件各階段試驗(yàn)前進(jìn)行低溫冷卻。通過 PID溫度自動控制系統(tǒng)控制液壓油溫度，使其保持在試驗(yàn)條件溫度范圍內(nèi)。考慮到經(jīng)濟(jì)及工作效率采用一拖四方案，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或四個(gè)試驗(yàn)樣品同時(shí)試驗(yàn)。臺架原理示意圖如圖3所示：

圖3 臺架原理示意圖

機(jī)械傳動系統(tǒng)包含工作臺、夾具、驅(qū)動電機(jī)和傳動裝置等。如圖4所示：

圖4 機(jī)械傳動系統(tǒng)

臺架的控制及采集系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，該部分的控制部分采用NI的PXI系統(tǒng)，軟件部分采用Labview開發(fā)，數(shù)據(jù)庫采用SQL Server，關(guān)鍵數(shù)據(jù)具有導(dǎo)出為Excel的功能。系統(tǒng)如圖5所示：

圖5 臺架控制系統(tǒng)

界面主要監(jiān)測及控制的內(nèi)容有：1. 驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度控制；2. 驅(qū)動變頻器運(yùn)行狀態(tài)；3. 潤滑油溫度；4. 各潤滑點(diǎn)潤滑油流量開關(guān)狀態(tài)；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(huán)次數(shù)的監(jiān)控及采集。

2.3 設(shè)計(jì)驗(yàn)證

臺架制造完成后首先對其性能指標(biāo)進(jìn)行了測試，均達(dá)到要求。然后挑選過去在委外進(jìn)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(jìn)行了對比驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果與之前委外的結(jié)果接近，試驗(yàn)工裝與試驗(yàn)曲線如圖6～圖8所示。

圖6 低倒檔&1234檔離合器疲勞試驗(yàn)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(huán)測試

在進(jìn)行9速自動變速箱2-9 & 4檔離合器試驗(yàn)過程中出現(xiàn)離合器中碟形彈簧失效的情況，通過這一臺架及時(shí)發(fā)現(xiàn)了客戶產(chǎn)品的設(shè)計(jì)缺陷，達(dá)到了預(yù)期的效果。

3 結(jié)語

目前該臺架已完成8臺離合器試驗(yàn)，并已經(jīng)根據(jù)需求增設(shè)了3個(gè)試驗(yàn)工位，彌補(bǔ)了國內(nèi)這類臺架試驗(yàn)的空白。未來可考慮兩個(gè)功能的拓展：通過連接一個(gè)滑塊搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)零部件扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)；通過增加一個(gè)比例液壓閥和一個(gè)位移傳感器實(shí)現(xiàn)監(jiān)測離合器在油壓充入過程中片組部位的受力和位移關(guān)系，可以幫助設(shè)計(jì)者改善換擋時(shí)離合器受力情況和優(yōu)化離合時(shí)沖擊情況等，使自動變速箱能有更良好的換擋效率和平穩(wěn)性。

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