汪震 鄭晉軍 王雨蒙 洪哲浩

摘 要：傳動效率是機(jī)汽車變速箱傳動效率是直接反映變速箱設(shè)計、制造水平的一項(xiàng)重要參數(shù)。文章對汽車變速箱傳動效率測量影響因素、測試方法、及數(shù)據(jù)處理方面進(jìn)行探討，并結(jié)合實(shí)際測試工作中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了一些實(shí)際應(yīng)用方法及對此參數(shù)的影響因素，藉此對機(jī)械式變速器效率測量精度提高方面起到參考及指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：機(jī)械式變速器;傳動效率;測量;精度

中圖分類號：U463.212 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）05-154-03

Abstract： Transmission efficiency is an important parameter that directly reflects the level of transmission design and manufacturing. This article discusses the influencing factors， testing methods， and data processing aspects of the transmission efficiency measurement of automotive transmissions， and summarizes some practical application methods and the influencing factors of this parameter based on the experience in actual testing work. It plays a reference and guidance role in improving measurement accuracy.

Keywords： Mechanical transmission; Transmission efficiency; Measurement; Accuracy

1 前言

變速箱傳動效率是變速箱質(zhì)量性能的一個重要指標(biāo)，傳動效率的高低可以反映變速箱的綜合性能，包括變速箱的設(shè)計水平、制造水平、及有關(guān)形成產(chǎn)品質(zhì)量過程的多種因素。目前，在汽車變速器傳動效率方面的相關(guān)研究不多且多集中于對影響變速箱傳動效率的理論研究[2]。本文利用開式變速器試驗(yàn)臺，對某前置后驅(qū)式機(jī)械式變速器的傳動效率進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，對于影響變速器傳動效率的因素進(jìn)行逐一分析，并獲得該變速器在不同輸入轉(zhuǎn)速、扭矩以及溫度下的傳動效率，為機(jī)械式變速器傳動效率的精確測量提供了參考。

2 試驗(yàn)條件

制定傳動效率試驗(yàn)方案時首先要設(shè)定試驗(yàn)工況，確定試驗(yàn)工況的基本原則是盡量與實(shí)際使用工況相適應(yīng)，考慮試驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)性、試驗(yàn)過程的可操作性，同時必須保證效率試驗(yàn)測試的精度和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性。

2.1 試驗(yàn)臺架及安裝

機(jī)械式變速器傳動效率測量方法主要有幾種：

成對測量法：采用測量兩個輸出軸對接的變速器第一軸扭矩的方法測得傳動效率，實(shí)質(zhì)是測定兩個變速器的效率。采用這種測定方法測定效率，是建立在假設(shè)兩個變速器的傳動效率相等的基礎(chǔ)上的。但是客觀上來說，其測出的效率不能反映單臺變速器試的真實(shí)傳動效率。因此現(xiàn)今精確測量傳動效率一般不采用此種方法。

直接測量法：在變速器試驗(yàn)臺上測量一個變速器的輸入和與輸出參數(shù)，這是測定變速器效率最直接的辦法。通過輸入、輸出端的扭矩轉(zhuǎn)速傳感器測量輸入、輸出功率。變速器傳動效率η即為輸出功率與輸入功率的比值，如圖1所示：

本次傳動效率測試應(yīng)用吉林大學(xué)的開式變速器試驗(yàn)臺完成。試驗(yàn)臺由一臺變頻交流電動機(jī)和水渦流測功機(jī)組成。在試驗(yàn)過程中同步記錄被試部件在整個試驗(yàn)過程中的轉(zhuǎn)速、扭矩、油溫等參數(shù)。安裝示意圖見圖2。

2.2 試驗(yàn)轉(zhuǎn)速的確定

變速器輸入轉(zhuǎn)速都在在發(fā)動機(jī)怠速轉(zhuǎn)速與最高轉(zhuǎn)速之間。該變速器所匹配發(fā)動機(jī)的峰值轉(zhuǎn)速為3200 r/min，試驗(yàn)時輸入轉(zhuǎn)速范圍為800 r/min～3200 r/min。

2.3 試驗(yàn)扭矩的確定

機(jī)械變速器傳動效率試驗(yàn)扭矩應(yīng)為常用扭矩。變速器輸入扭矩即為所配發(fā)動機(jī)的輸出扭矩，變速器的最大輸入扭矩即該變速器所匹配發(fā)動機(jī)的峰值扭矩，本次試件最大扭矩為280N.m。依據(jù)的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，變速器在小微扭矩時效率低下，所以本次試驗(yàn)采取的最低輸入扭矩為56N.m。

2.4 試驗(yàn)油溫的確定

由于外接油溫控制裝置會對試件內(nèi)部齒輪油流速和容量產(chǎn)生波動變化，進(jìn)而影響被試部件的傳動效率。為了保證齒輪油的油面平穩(wěn)、避免壓力波動。效率試驗(yàn)不能使用強(qiáng)制油溫冷卻系統(tǒng)。因此，本實(shí)驗(yàn)在不改變試件內(nèi)部潤滑油循環(huán)狀態(tài)的前提下，通過風(fēng)扇散熱或電暖器加熱來控制試件內(nèi)部恒溫，分別選取代表溫度60°、80°和100°進(jìn)行試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)過程

3.1 扭矩轉(zhuǎn)速傳感器的選擇

目前多檔位變速器速比范圍非常大，最低檔速比有最高檔速比7-8倍甚至更高，因而變速器輸入輸出扭矩差異較大。表一是本試驗(yàn)各檔位輸入、輸出扭矩。因此扭矩傳感器量程選取對于傳動效率試驗(yàn)顯得尤為關(guān)鍵，不同型號、不同量程的傳感器采集會對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有重大影響。為了提高實(shí)驗(yàn)精度，試驗(yàn)一般采取同一廠家、同一精度、不同量程的傳感器來測量不同檔位的效率。本實(shí)驗(yàn)輸入端采用500N.m量程傳感器，輸出端針對不同檔位、不同扭矩分別選取500N.m、2000 N.m傳感器。和扭矩傳感器配套的效率儀同步采集兩個扭矩傳感器的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。為了消除試驗(yàn)現(xiàn)場變頻器中高頻諧波干擾效率儀工作，試驗(yàn)采用智能型交流凈化穩(wěn)壓電源來給效率儀單獨(dú)供電。

3.2 被試件油溫的控制

油溫作為效率試驗(yàn)的控制條件，其值雖然不是計算效率公式里的參數(shù)，但是它的變化對效率的影響是很顯著的。因此，在效率試驗(yàn)中，對油溫測量精度的要求也是非常高的。圖3是一個工況點(diǎn)效率隨溫度變化情況。

經(jīng)驗(yàn)證明，在試驗(yàn)中油溫控制尤其困難，在實(shí)驗(yàn)過程中，特別是高轉(zhuǎn)速大扭矩時油溫上升很快，因此在采樣過程中保證油溫符合要求尤為關(guān)鍵。為了解決溫升過快給試驗(yàn)結(jié)果造成偏差，本實(shí)驗(yàn)采用HoneywellDC1040溫控儀控制電動閥門的方式控制試件油溫保持在試驗(yàn)溫度±2℃范圍內(nèi)。從而保證傳動效率試驗(yàn)的精確度。

4 試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理

4.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集

當(dāng)每一效率工況點(diǎn)到達(dá)穩(wěn)定值后，效率儀開始采樣，并可通過RS232上傳到計算機(jī)中，計算機(jī)通過程序?qū)⒋斯r下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到EXCEL下存盤?？紤]到試驗(yàn)時轉(zhuǎn)速、扭矩的波動，每個工況點(diǎn)采樣至少60秒以上，然后取其平均值。通過統(tǒng)計結(jié)果可以看出，絕大部分測試結(jié)果符合正態(tài)分布，十分理想，對于統(tǒng)計結(jié)果不理想的工況點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)做試驗(yàn)，重新采集數(shù)據(jù)。

4.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理

利用Matlab軟件將上述符合統(tǒng)計要求的原始數(shù)據(jù)文件提取每個變速器5個檔位，每個檔位5個轉(zhuǎn)速點(diǎn)、5個扭矩點(diǎn)、3個溫度點(diǎn)共計375個效率點(diǎn)，所有這些數(shù)據(jù)用二維圖形和三維圖形兩種辦法表示出來。

函數(shù)能更好地和原來的函數(shù)重合，不但要求二者在節(jié)點(diǎn)上函數(shù)值相等，而且還要求相切，對應(yīng)的導(dǎo)數(shù)值也相等，甚至要求高階導(dǎo)數(shù)也相等。

5 結(jié)束語

本文利用開式變速器試驗(yàn)臺，對前置后驅(qū)機(jī)械式變速器傳動效率試驗(yàn)進(jìn)行了研究分析。利用不同量程的扭矩傳感器能夠提高試驗(yàn)精度。精確控制油溫可以提高效率的穩(wěn)定性。為獲得機(jī)械式變速器在不同轉(zhuǎn)速、扭矩、溫度下的傳動效率，并對分析了試驗(yàn)條件對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響和提高測試精度的處理方法。

下一步將繼續(xù)通過試驗(yàn)，研究進(jìn)一步提高變速器效率測試精度的可行性：1、扭矩傳感器彈性軸的溫度對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。2、試件連接傳動軸對試驗(yàn)結(jié)果的影響。2、機(jī)械振動對試驗(yàn)結(jié)果的影響。4、試件輸入端的軸承座的殘余扭矩對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。

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