位君 李鵬 王義
摘 要:變速器是汽車的重要零部件之一,對(duì)汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及可靠性有著重要的影響,因此變速器的耐久可靠性顯得尤為重要。以某手動(dòng)機(jī)械變速器為研究對(duì)象,利用道路試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),采集了整車可靠性試驗(yàn)載荷譜,將道路試驗(yàn)載荷譜轉(zhuǎn)化為實(shí)際臺(tái)架試驗(yàn)加載載荷譜,通過仿真分析和變速器臺(tái)架耐久試驗(yàn),驗(yàn)證了變速器載荷譜的有效性。
關(guān)鍵詞:道路載荷譜;手動(dòng)變速器;仿真計(jì)算;臺(tái)架試驗(yàn)
中圖分類號(hào):U467? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B? 文章編號(hào):1671-7988(2019)04-84-04
前言
汽車手動(dòng)變速器通過離合器與發(fā)動(dòng)機(jī)相連接,變速器主從動(dòng)齒輪之間進(jìn)行動(dòng)力和轉(zhuǎn)矩的傳遞,因此變速器的狀態(tài)與汽車的使用壽命有很大的關(guān)系。在考核變速器使用壽命時(shí)所采用的試驗(yàn)載荷譜扮演著重要角色,同時(shí)需考慮客戶及使用工況的差異性,因此變速器試驗(yàn)載荷譜的準(zhǔn)確性顯得尤為重要。針對(duì)典型的道路工況,采集整車試驗(yàn)的載荷譜,并以此載荷譜為基礎(chǔ),轉(zhuǎn)換為符合實(shí)際工況的試驗(yàn)參數(shù),從而能夠較真實(shí)地模擬汽車行駛時(shí)變速器的運(yùn)行工況[1]。
1 變速器道路載荷譜采集
變速器的信號(hào)采集一般包括以下信號(hào):發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、變速器擋位、兩側(cè)半軸扭矩及轉(zhuǎn)速信號(hào)等。變速器的扭矩信號(hào)可通過兩種方法獲?。阂环N在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪端或輸入軸位置直接進(jìn)行測量,但該方法測量較為不便,因此可通過兩側(cè)半軸扭矩、變速器傳遞效率、變速器各擋位總速比換算到輸入軸端;變速器輸入軸的轉(zhuǎn)速信號(hào)也可通過兩種方式獲?。阂环N是直接采用發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,但該方法存在一定偏差;另一種方法是通過兩側(cè)半軸的轉(zhuǎn)速換算到輸入軸轉(zhuǎn)速;針對(duì)研究的手動(dòng)變速器具備擋位信號(hào),因此擋位信息可以直接從CAN 上讀取;由于半軸旋轉(zhuǎn)振動(dòng),所以在半軸位置需要采用非接觸式傳感器進(jìn)行信號(hào)采集[2]。
由于采集的半軸扭矩信號(hào)為模擬信號(hào),而變速器的擋位信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)為CAN信號(hào),因此二者需要進(jìn)行同步轉(zhuǎn)換,可以依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩等信號(hào)作為參考值[3],采集系統(tǒng)示意圖如圖1所示。
2 試驗(yàn)場道路及試驗(yàn)工況
整車道路試驗(yàn)信號(hào)采集在北京試驗(yàn)場及海南試驗(yàn)場進(jìn)行,車型為某中型SUV,完成整車動(dòng)力總成耐久試驗(yàn),試驗(yàn)里程為7萬公里,試驗(yàn)場地道路狀況如下:
整車動(dòng)力總成耐久試驗(yàn)工況見表1所示。
3 道路譜與變速器載荷譜的轉(zhuǎn)化
某典型工況下的道路譜信息主要包含發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、半軸扭矩、半軸轉(zhuǎn)速及處理后的擋位信號(hào)。
將采集到的時(shí)域信號(hào)處理成典型臺(tái)架試驗(yàn)載荷譜,一般采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行處理。目前主流統(tǒng)計(jì)方法有峰值計(jì)數(shù)法、范圍計(jì)數(shù)法、雨流計(jì)數(shù)法等[4]。本文采用雨流計(jì)數(shù)法進(jìn)行處理,最終等效得到適用于變速器的臺(tái)架試驗(yàn)載荷譜,如表2所示。
4 變速器仿真分析及試驗(yàn)驗(yàn)證
4.1.1 變速器仿真分析模型的建立
應(yīng)用Romax軟件分別建立軸、軸承、同步器、花鍵及齒輪的幾何模型,箱體材料為ADC12,齒輪材料為20CrMnTiH,表面硬化處理,將箱體建立有限元數(shù)據(jù)及邊界條件并導(dǎo)入Romax中(箱體前殼法蘭面進(jìn)行全約束),模型如圖8所示。
4.1.2 仿真結(jié)果及分析
將等效的變速器試驗(yàn)載荷譜輸入到Romax中,并通過軟件分析計(jì)算得到各擋位齒輪的強(qiáng)度安全系數(shù)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù),通常要求齒輪的接觸安全系數(shù)大于0.9,齒輪彎曲安全系數(shù)大于1.1。仿真分析結(jié)果表明:各擋位齒輪接觸及彎曲強(qiáng)度均滿足要求。
變速器總成臺(tái)架耐久試驗(yàn)是驗(yàn)證變速器可靠性的重要環(huán)節(jié),主要考核齒軸、軸承及殼體等零件的耐久性能,將等效的變速器試驗(yàn)載荷加載到試驗(yàn)臺(tái)架,試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)樣箱進(jìn)行拆解,檢查結(jié)果表明各擋位齒輪無明顯失效,齒面無點(diǎn)蝕、膠合現(xiàn)象,輪齒無彎曲折斷等失效現(xiàn)象,如圖11所示。
5 總結(jié)
以實(shí)際試驗(yàn)場道路為基礎(chǔ),實(shí)車采集了某SUV車型手動(dòng)變速器的道路載荷譜,根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法得到了用于變速器試驗(yàn)的載荷譜;
仿真分析及臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果表明各擋位齒輪無失效現(xiàn)象,從而驗(yàn)證了變速器試驗(yàn)載荷譜的有效性,同時(shí)為后續(xù)變速器開發(fā)提供理論與試驗(yàn)支撐。
參考文獻(xiàn)
[1] 王林剛.基于道路載荷譜的汽車變速器加載試驗(yàn)技術(shù)的研究[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué),2012.
[2] 符代竹.基于載荷譜的MT變速器疲勞設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究[D].重慶,重慶大學(xué),2006.
[3] 邵志良等.基于試驗(yàn)場道路譜的雙離合變速器載荷譜研究[J].上海:上海汽車,2015(10):33-35.
[4] 佟德純.工程信號(hào)處理與設(shè)備診斷[M].北京:科學(xué)出版社,2008.