趙清碧，王晶晶，馬秋，孫震，張琛欣，馬海峰，王青龍

（吉利汽車(chē)研究院（寧波）有限公司，浙江 寧波 315336）

前言

傳動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)是變速器整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中關(guān)鍵度占比相對(duì)較大的部分。在齒輪設(shè)計(jì)完成之后，由于變速器總成相對(duì)于齒輪來(lái)說(shuō)，涉及到潤(rùn)滑方式、扭轉(zhuǎn)變形、彎曲變形、軸承間隙變化等，導(dǎo)致齒輪很難在理想狀態(tài)下工作，因此，齒輪工作時(shí)齒面的溫度有可能會(huì)發(fā)生異常升高。該異常升高，有可能在升降速及升降扭過(guò)程中發(fā)生，如果為了通過(guò)試驗(yàn)的方法得到該溫度值，必須連續(xù)測(cè)量，得出溫度隨時(shí)間軸變化的曲線，才能對(duì)變速器開(kāi)發(fā)及試驗(yàn)開(kāi)發(fā)有具體的指導(dǎo)意義。

本文通過(guò)k型熱電偶配合高速滑環(huán)采用剛性工裝連接的形式對(duì)變速器某擋位齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的齒面溫度進(jìn)行了測(cè)量，同時(shí)對(duì)行業(yè)內(nèi)相關(guān)試驗(yàn)方法進(jìn)行了對(duì)比[1,2]，同時(shí)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，得出齒輪齒面溫度運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)過(guò)高的結(jié)論，因而對(duì)齒輪設(shè)計(jì)進(jìn)行針對(duì)性的更改，從而達(dá)到快速識(shí)別問(wèn)題，快速改進(jìn)的目的。

1 齒輪齒面測(cè)溫試驗(yàn)介紹

1.1 試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作

由于被測(cè)件的尺寸較小，同時(shí)測(cè)溫傳感器使用的是K型熱電偶，出線直徑大約為2mm，因此在齒輪面上布置傳感器會(huì)有一定的難度，同時(shí)容易損壞齒面，造成齒面嚙合情況的改變。因此，在方案實(shí)際實(shí)施的時(shí)候，臨時(shí)改變測(cè)溫傳感器安裝位置，由齒面改為齒根，在齒根處使用電火花加工的方式加工出直徑2mm的通孔，用于布置測(cè)溫傳感器。

圖1 測(cè)溫傳感器布置方式及位置

圖2 工裝布局

傳感器布置之后，需要設(shè)計(jì)專(zhuān)用工裝連接被試件及高速滑環(huán)，工裝需要有剛性連接、保護(hù)出線及固定出線的功能。

1.2 試驗(yàn)總體布局

首先進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)工作，對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行了全局布局。整體采用剛性連接滑環(huán)及被試件的方案，同時(shí)連接工裝內(nèi)空，為測(cè)溫傳感器接線及滑環(huán)接線預(yù)留位置。

圖3 試驗(yàn)方案布局

試驗(yàn)過(guò)程中采用包含三個(gè)交流異步測(cè)功機(jī)動(dòng)力試驗(yàn)臺(tái)架作為試驗(yàn)設(shè)備：1個(gè)為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)端測(cè)功機(jī)，用于變速器驅(qū)動(dòng)端動(dòng)力輸入，另外2個(gè)為加載測(cè)功機(jī)，用于給變速增加負(fù)載及扭矩。臺(tái)架結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖4 臺(tái)架結(jié)構(gòu)

1.3 試驗(yàn)工況設(shè)置

按照研發(fā)需求，結(jié)果計(jì)算得出以下試驗(yàn)工況，該工況僅針對(duì)某特定擋齒輪：

表1 臺(tái)架測(cè)試工況

該擋位運(yùn)行工況為：工況1運(yùn)行120秒，之后保持轉(zhuǎn)速不變的情況下，繼續(xù)運(yùn)行工況25秒，完成1個(gè)工況循環(huán)。按照滑環(huán)壽命計(jì)算，可以獲取5個(gè)工況循環(huán)期間溫度變化值。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)變速器在安裝至臺(tái)架，進(jìn)行變速器及臺(tái)架匹配調(diào)試后，開(kāi)始運(yùn)行試驗(yàn)。進(jìn)行了5個(gè)試驗(yàn)工況循環(huán)期間過(guò)程，以下為其中一組試驗(yàn)過(guò)程中溫度變化曲線：

圖5 試驗(yàn)溫度曲線

根據(jù)試驗(yàn)臺(tái)架數(shù)據(jù)，整理出5個(gè)試驗(yàn)循環(huán)溫度為：

圖6 試驗(yàn)循環(huán)溫度曲線

圖中橙曲線表征齒輪嚙出端溫度，藍(lán)曲線表征齒輪嚙入端溫度。從數(shù)據(jù)分析可以得出，齒輪齒根溫度偏高，整體規(guī)律為齒輪嚙出端溫度高于齒輪嚙入端溫度。

考慮到齒根處溫度要低于齒面溫度，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[1]，齒面嚙合溫度預(yù)計(jì)在 200℃以上，此時(shí)已經(jīng)嚴(yán)重影響油品的性能，因此需要改善齒面嚙合溫度。根據(jù)油品供應(yīng)商協(xié)同計(jì)算，該試驗(yàn)使用特制油對(duì)齒面粗糙敏感度最高，因此可以認(rèn)為溫度升高是由齒面粗糙度引起的。

3 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)齒面嚙合溫度的數(shù)據(jù)結(jié)果的推算，該推算說(shuō)明齒面嚙合溫度過(guò)高。據(jù)此，在變速器傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改善過(guò)程中，可以將此列為重點(diǎn)關(guān)注點(diǎn)，通過(guò)改善嚙合運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中摩擦的方法將齒面溫度下降，例如齒面磷化、齒面涂層工藝[3]及齒面光整工藝等，這樣可以在很大程度上增加齒輪機(jī)械性能。

另外，通過(guò)齒根處溫度表征齒面溫度的方法存在很多缺點(diǎn)：齒根溫度同齒面溫度存在偏差、無(wú)法準(zhǔn)確獲取齒面特定點(diǎn)溫度、齒面潤(rùn)滑油溫度對(duì)齒根溫度有影響等等，但是使用此種方法可以快速獲取齒輪嚙合溫度，給設(shè)計(jì)改進(jìn)工作提供快速的數(shù)據(jù)支持。