位君 李鵬 王義
摘 要:變速器是汽車的重要零部件之一,對汽車的動力性、經(jīng)濟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。以某手動機械變速器為研究對象,利用道路試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),采集了整車可靠性試驗載荷譜,將道路試驗載荷譜轉(zhuǎn)化為實際臺架試驗加載載荷譜,通過仿真分析和變速器臺架耐久試驗,驗證了變速器載荷譜的有效性。
關(guān)鍵詞:道路載荷譜;手動變速器;仿真計算;臺架試驗
中圖分類號:U467? 文獻標識碼:B? 文章編號:1671-7988(2019)04-84-04
前言
汽車手動變速器通過離合器與發(fā)動機相連接,變速器主從動齒輪之間進行動力和轉(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所采用的試驗載荷譜扮演著重要角色,同時需考慮客戶及使用工況的差異性,因此變速器試驗載荷譜的準確性顯得尤為重要。針對典型的道路工況,采集整車試驗的載荷譜,并以此載荷譜為基礎(chǔ),轉(zhuǎn)換為符合實際工況的試驗參數(shù),從而能夠較真實地模擬汽車行駛時變速器的運行工況[1]。
1 變速器道路載荷譜采集
變速器的信號采集一般包括以下信號:發(fā)動機扭矩、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、變速器擋位、兩側(cè)半軸扭矩及轉(zhuǎn)速信號等。變速器的扭矩信號可通過兩種方法獲?。阂环N在發(fā)動機飛輪端或輸入軸位置直接進行測量,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)速信號也可通過兩種方式獲?。阂环N是直接采用發(fā)動機的轉(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;針對研究的手動變速器具備擋位信號,因此擋位信息可以直接從CAN 上讀取;由于半軸旋轉(zhuǎn)振動,所以在半軸位置需要采用非接觸式傳感器進行信號采集[2]。
由于采集的半軸扭矩信號為模擬信號,而變速器的擋位信號和轉(zhuǎn)速信號為CAN信號,因此二者需要進行同步轉(zhuǎn)換,可以依據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、發(fā)動機扭矩等信號作為參考值[3],采集系統(tǒng)示意圖如圖1所示。
2 試驗場道路及試驗工況
整車道路試驗信號采集在北京試驗場及海南試驗場進行,車型為某中型SUV,完成整車動力總成耐久試驗,試驗里程為7萬公里,試驗場地道路狀況如下:
整車動力總成耐久試驗工況見表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)動機扭矩、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、半軸扭矩、半軸轉(zhuǎn)速及處理后的擋位信號。
將采集到的時域信號處理成典型臺架試驗載荷譜,一般采用統(tǒng)計學(xué)方法進行處理。目前主流統(tǒng)計方法有峰值計數(shù)法、范圍計數(shù)法、雨流計數(shù)法等[4]。本文采用雨流計數(shù)法進行處理,最終等效得到適用于變速器的臺架試驗載荷譜,如表2所示。
4 變速器仿真分析及試驗驗證
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載荷譜輸入到Romax中,并通過軟件分析計算得到各擋位齒輪的強度安全系數(shù)。根據(jù)經(jīng)驗及相關(guān)的試驗數(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度均滿足要求。
變速器總成臺架耐久試驗是驗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載荷加載到試驗臺架,試驗結(jié)束后對樣箱進行拆解,檢查結(jié)果表明各擋位齒輪無明顯失效,齒面無點蝕、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)
以實際試驗場道路為基礎(chǔ),實車采集了某SUV車型手動變速器的道路載荷譜,根據(jù)統(tǒng)計學(xué)方法得到了用于變速器試驗的載荷譜;
仿真分析及臺架試驗結(jié)果表明各擋位齒輪無失效現(xiàn)象,從而驗證了變速器試驗載荷譜的有效性,同時為后續(xù)變速器開發(fā)提供理論與試驗支撐。
參考文獻
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[3] 邵志良等.基于試驗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.工程信號處理與設(shè)備診斷[M].北京:科學(xué)出版社,2008.