【正文】 速箱進行掛擋。 當行程開關判斷掛上擋后，運動控制卡給電磁換向閥右通直流電源，液壓系統(tǒng)油路反向并上壓對變速箱進行摘擋。 當 行程開關判斷退至空擋后，運動控制卡停止給電磁換向閥 提供 直流電源，電磁換向閥處于中位，液壓缸失去工作油壓。此時判斷行程開關的狀態(tài)，若行程開關的狀態(tài)在 1 min 中內(nèi)保持不變，則關閉兩伺服電機，實現(xiàn)試驗臺的自動安全保護。同時判斷當前已換擋次數(shù)，若小于設定的總循環(huán)次數(shù)，則再次使變速箱輸入軸的轉(zhuǎn)速達到設定轉(zhuǎn)速，按上述流程對變速箱進行掛摘擋操作；若等于設定的總循環(huán)次數(shù)，則關閉兩伺服電機，結(jié)束試驗。 試驗數(shù)據(jù)的采集和變速 箱的換擋過程有著相互的聯(lián)系，采集卡持續(xù)采集傳感器發(fā)出的信號；當 同步器 開始掛擋時，采集程序把采集卡內(nèi)采集到的試驗數(shù)據(jù)存儲到所建立的數(shù)據(jù)存儲文件中；當變速箱完成掛擋時，采集程序停止保存采集卡內(nèi)采集到的試驗數(shù)據(jù)； 當 采集完一次換擋的試驗數(shù)據(jù)后， 將該次采集到的試驗數(shù)據(jù)顯示在主機桌面 上，圖 23 為在某一次 （正常換擋過程） 變速箱的換擋過程中所采集到的試驗數(shù)據(jù)。 現(xiàn)用圖 23 詳細介紹同步器的換擋過程，圖中不同換擋階段沒有明顯分界點的線段，無法分段，便于表述，用 + 號將兩階段甚至多階段合并為一段，圖 23中相同字母代表的意 義相同。 a 為 準備階段，輸入軸與主軸轉(zhuǎn)速在各自電機的帶動下迅速達到設定初始值，電磁換向閥處于中間位置，結(jié)合套上沒有施加換擋力，同步環(huán)與錐體不接觸，此時只有很小的靜摩擦力矩（輸入軸支撐軸承的摩擦所致）。 b 為開始換擋階段，當轉(zhuǎn)速達到初始設定值以后，運動控制卡控制輸入軸電機停止工作，電磁換向閥向左移動，換擋力瞬間達到初始設定值，液壓桿推動結(jié)合套向左移動，同步環(huán)逐漸靠近錐體，因轉(zhuǎn)速不同產(chǎn)生摩擦力矩（動力矩），摩擦力矩隨同步環(huán)與錐體之間間距的變小而不斷增大，此時液壓桿向左移動，出現(xiàn)短暫的泄壓。 c 為同步階段，當結(jié)合套端面 的倒角與同步環(huán)的端面倒武漢理工大學碩士學位論文 17 角相互抵觸時，結(jié)合套、液壓桿停止向左移動，換擋力迅速恢復到初始設定值并保持穩(wěn)定，換擋推力使錐體與同步環(huán)緊密接觸，產(chǎn)生的摩擦力矩使輸入軸轉(zhuǎn)速加速到與主軸轉(zhuǎn)速相同，因輸入軸的拖動作用，此時同步轉(zhuǎn)速沒有達到主軸初始設定值，另外，正常換擋過程中的摩擦力矩都較大。 d 為結(jié)合階段，當兩者轉(zhuǎn)速達到一致后，摩擦力矩隨相對運動的消失而消失，結(jié)合套在液壓桿推動下先與同步環(huán)嚙合，繼續(xù)推動與錐體嚙合，此時主軸與輸入軸轉(zhuǎn)速在主軸端電機的帶動下逐漸達到主軸初始設定值，但在慣性力矩作用下出現(xiàn)小幅波動。 e 為換擋完成階段，運動控制卡給電磁換向閥供電向右移動，迅速泄壓恢復壓力初始設定值，轉(zhuǎn)速基本穩(wěn)定在主軸初始值附近。 g 為二次嚙合產(chǎn)生的沖擊力矩，是由同步環(huán)齒與錐體齒不完全重合所致，正常換擋過程中沖擊力矩較小且持續(xù)時間短。 h 為轉(zhuǎn)速波動產(chǎn)生的沖擊力矩，由慣性力矩所致。 0 300 600 900 1200 1500 1800015304560 d + eca + b摩擦力矩/(Nm)換擋時間/ ms0 300 600 900 1200 1500 18006007008009001000gehgdcb換擋力/N換擋時間/ msa0 300 600 900 1200 1500 18002030405060dgei= a + bcba結(jié)合套位移/mm換擋時間/ ms0 300 600 900 1200 1500 180003006009001200ic d + e輸入軸轉(zhuǎn)速/(r.min1)換擋時間/ ms 圖 23 變速箱換擋特性曲線 試驗臺工況參數(shù) 由第 1 章分析同步器的工作原理可知，同步器的作用是通過結(jié)合套對同步環(huán)和錐體施加一定的軸向力，使轉(zhuǎn)速不等的同步環(huán)和錐體之間產(chǎn)生摩擦力矩，當兩 者的轉(zhuǎn)速達到一致時再相互嚙合，從而實現(xiàn)換擋的平順操作?？梢?，變速箱同步器的工作參數(shù)，主要包括同步環(huán)和錐體的轉(zhuǎn)速、施加于結(jié)合套上的換擋武漢理工大學碩士學位論文 18 力，以及變速箱內(nèi)潤滑油的溫度。重載變速箱同步器試驗臺的換擋工況范圍必須包括車載同步器換擋時 的所有 工況，這樣試驗臺才能更好地模擬重載卡車的所有擋位，因此有必要分析一下?lián)Q擋時的主要工作參數(shù)。 1） 轉(zhuǎn)速分析 為了分析同步環(huán)和結(jié)合齒圈錐體在換擋過程中的變換過程，以某型車輛主變速箱 為例，見圖 24 所示。從圖 24 中知，錐體 p 僅與變速箱齒輪以及離合器從動部分相連，轉(zhuǎn)動慣量小，轉(zhuǎn)速下降快；同 步環(huán) o 連同結(jié)合套 k 通過花鍵轂 q與整車相連，轉(zhuǎn)動慣量大，轉(zhuǎn)速下降慢。因此，可以認為在短時間（重載卡車同步時間一般在 s）的同步過程中，同步環(huán)轉(zhuǎn)速不變，而錐體的轉(zhuǎn)速逐漸與同步環(huán)轉(zhuǎn)速接近最終同速。 重載卡車發(fā)動機的轉(zhuǎn)速通常在 2 500 r?min1 以內(nèi)，傳動箱的傳動比在 ～ 之間，因此變速箱輸入軸的轉(zhuǎn)速在 2 100 r?min1 以內(nèi)。由此可知，變速箱內(nèi)同步環(huán)和結(jié)合齒圈錐體的轉(zhuǎn)速在 2 100 r?min1 以內(nèi)。 28343331362540214 擋3 擋2 擋1 擋爬檔 124113131737576倒擋 118910中間軸輸入軸主軸J d J vo kpq k－結(jié)合套； o－同步環(huán)； p－錐體； q－花鍵轂 圖 24 變速箱主箱體傳動示意圖 2） 換擋力分析 由于變速箱在低擋換高擋時較容易，而高 擋 換低擋時較困難，因此，只計武漢理工大學碩士學位論文 19 算高 擋 換低擋時的換擋力 F，其計算公式 [42]為： 1r2 π ( 1 ) sin[]60xxxviJniF i Mt f R???? ? ? （ 21） 式中： t——同步時間， s； ix——第 x 擋位的傳動比； α——摩擦錐面半錐角， （ 176。） ； F——結(jié)合 套上的換擋力， N； R——同步環(huán)名義半徑， mm； ix+1——第 x+1 擋位的傳動比； ?——工作錐面間的摩擦系數(shù)； Mv——輸入軸上的損失力矩， Nm； n——不同工況下輸入軸的轉(zhuǎn)速， r?min1； Jr——同步器輸入端的等效轉(zhuǎn)動慣量（包括 離合器從動盤、 輸入 軸 、中間軸 以及與 常嚙合齒輪連接在一起轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動慣量 ） ， kg?m2。 通過對某型變速箱的換擋力進行計算，結(jié)果表明變速箱在換擋時所需換擋力在 2 000 N 以內(nèi)。 3）使用效果 經(jīng)相關使用單位調(diào)研表明，變速箱內(nèi)潤滑油的溫度通常在 60～ 80 ℃ ，一般不超過 100 ℃ 。 特性與功能 在搭建的試驗臺上進行了系列測試試驗，試驗結(jié)果表明試驗臺重復度誤差控制在 7%以內(nèi) （循環(huán)誤差最大控制在 4 000 次以內(nèi)） 。在整個測試過程中，試驗臺運行穩(wěn)定，未出現(xiàn)強烈振動、組成零部件損傷等異?，F(xiàn)象。因此，所研制的變速箱同步器試驗臺具有良好的重復性和可靠性。為了在試驗臺上開展齒輪油摩擦特性的研究，還需要開展如下幾個方面的工作。 優(yōu)化 工況試驗 目前重載 貨車 大多采用多擋位變速箱，各擋位換擋時工況 各不相同。 在眾武漢理工大學碩士學位論文 20 多工況中究竟選哪一組工況作為 試驗 條件， 換擋工況不同， 同步器 的 換擋壽命隨 之改變。 現(xiàn)階段 在 試驗臺 上 還 沒有 選取 優(yōu)化工況 ， 為了 能真實地反映 齒輪油摩擦特 ， 因此，有必要對換擋工況進行優(yōu)化。 優(yōu)化工況既 須 滿足區(qū)分齒輪油品的要求又 須 滿足同步器在該工況下失效時油品有明顯衰變的要求。通過前面分析 可 知 ， 影響同步器換擋的主要參數(shù)有三個，由于齒輪油的溫度基本控制在 70 ℃ ，這里不詳細展開。為了研究單一工況對換擋 結(jié)果 的影響， 其他因素不變，須 進行單因素試驗研究。按照此法，依次找出各 工況 對換擋影響的規(guī)律，從中找出優(yōu)化范圍，具體試驗步驟見第 4 章。 制定 判定標準 齒輪油 摩擦特性 的優(yōu)劣， 須 從不同的性能體現(xiàn)出來，研究齒輪油性能需要對指標進行分析，沒有統(tǒng)一的判定指標，齒輪油的優(yōu)劣也就無法判定。反應齒輪油 摩擦特性優(yōu)劣 的指標有很多，如果對所有指標進行分析研究，工作量將十分龐大， 花費的時間和 經(jīng)費也將迅速 增加 ，然而部分指標 解決不了 任何 工程 問題。 目前除壽命指標外還沒有制定相應的判定標準 ， 為了滿足齒輪油摩擦特性研究需求， 因此，有必要 在試驗臺 對判定 標準 進行 驗證 。 判定指標在滿足區(qū)分油品要求的基礎上還盡可能的選用常規(guī)、直觀、 易操作、測量經(jīng)費低 、通用性強的指標要求。根據(jù) 測試 試驗結(jié)果和滿足 反映齒輪油摩擦特性的要求， 現(xiàn)提出一些分析指標， 既有 機械指標又有油品理化指標。這些指標不一定都是判定指標，也有可能補充部分指標，根據(jù)試驗需求，酌情進行刪除或添加。在優(yōu)化工況條件下對幾種齒輪油進行對比試驗，根據(jù)試驗結(jié)果分析齒輪油的摩擦特性，確定齒輪油 摩擦特性 判定 標準 ，具體詳見第 5 章。 對比 不同齒輪油摩擦特性 選取的優(yōu)化工況范圍是否合適，提出的分析指標是否能判定齒輪油的摩擦特性，試驗臺上能否區(qū)分油品，這些都是未知的。上文對這些問題提出了解決方案，但至于結(jié)果怎樣，還未進行驗證。在優(yōu)化工況范圍內(nèi)選取一組工況作為試驗條件，對 A、 B、 C、 D 四種齒輪油開展摩擦特性對比試驗。并利用指標對試驗數(shù)據(jù)進行分析，在該試驗條件下試驗臺能否區(qū)分（區(qū)分度大于系統(tǒng)誤差）四種齒輪油。如能區(qū)分開四種齒輪油，選取區(qū)分度較大，以及能反映齒輪油摩擦特性的指標，如果不能區(qū)分，在優(yōu)化范圍內(nèi)再選取一組工況進行驗證，直到武漢理工大學碩士學位論文 21 能區(qū)分開齒輪油摩擦特性為止。最后，根據(jù)齒輪油摩擦特性的判定結(jié)果，選出適合于同步器用的齒輪油。 本章小結(jié) （ 1）為了滿足齒輪油摩擦特性研究的需要，搭建了符合我國重載變速箱同步器實際工況的試驗臺， 該試驗臺由動力子系統(tǒng)、傳動子系統(tǒng)、溫控子系統(tǒng)、換擋子系 統(tǒng)、運動控制子系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)組成 ，介紹了各系統(tǒng)在整個換擋過程中所起的作用。試驗臺在換擋過程中主要參數(shù)的可調(diào)范圍應包括所有實際工況，達到盡可能模擬實際工況的要求。 （ 2）為了能夠在重載變速箱同步器試驗臺上判定齒輪油的摩擦特性，還需開展以以下工作，選取優(yōu)化工況、制定判定指標以及對比四種齒輪油的摩擦特性，選取適合于同步器的齒輪油。 武漢理工大學碩士學位論文 22 第 3 章 齒輪油 摩擦特性 試驗方案 分析 重載變速箱擋位眾多，換擋時各擋位的工況各不相同，導致同步器的使用壽命長短不一。試驗臺工況參數(shù)的可調(diào)范圍已在第 2 章說明，覆蓋所有實際工況。在試驗臺上開展齒輪油摩擦特性試驗研究，選取怎樣的試驗條件才能真實地反映齒輪油的摩擦特性，更好地模擬實際換擋過程。如果在可調(diào)范圍內(nèi)全部展開，試驗周期、科研經(jīng)費等急劇增加，并且有些工況完全脫離實際情況，達不到預期的目的。因此， 須 要對試驗工況進行優(yōu)化，優(yōu)化方案的思路如下 ：首先依據(jù)某型變速箱的實際工況，分析試驗工況參數(shù)的可調(diào)范圍；其次，在可調(diào)范圍內(nèi)，選取 合適的 步長，對照變速箱的實際工況，設計出試驗方案。 作用于結(jié)合套上的換擋力分析 目前不同型號重載車輛所用變速箱在結(jié)構(gòu)和工作原理上 與某型變速箱基本相同，只是在形狀和尺寸等方面有所差別。從整體情況看，某型變速箱具有比較廣泛的代表性。該變速箱有 8 個前進擋位，當副變速箱掛低擋時，主變速箱對應 1～ 4 擋，當副變速箱掛高擋時，主變速箱對應 5～ 8 擋。由于只有主變速箱設計有同步器，而副變速箱采用行星齒輪結(jié)構(gòu)，因此這里只以變速箱主箱體為對象，變速箱主箱體傳動示意圖 見 圖 24 所示。 通過第 2 章中對變速箱的換擋過程進行分析可知，變速箱換擋過程中的主要工況參數(shù)有換擋力、同步器錐體與同步環(huán)之間的轉(zhuǎn)速差。由于這兩個試驗參數(shù)都可能對試驗結(jié)果產(chǎn)生重要的影響，因此首先 須 要對這兩個試驗參數(shù)的使用工況范圍進行分析。 試驗臺 的換擋力是指液壓子系統(tǒng)加載在換擋結(jié)合套的力，它模擬的是實際重載車輛變速箱在換擋過程中，通過駕駛?cè)藛T操縱換擋手柄，經(jīng)液壓助力系統(tǒng)助力，最終施加在變速箱同步器換擋結(jié)合套的力。由于變速箱在進行換擋時，在低擋換高擋過程中，齒輪攪油等所產(chǎn)生的阻力矩以及各個轉(zhuǎn)動部件的摩擦阻力矩等有助于完成換擋，而在高擋換低擋時該部分力矩不利于完成換擋，因此換擋操作掛低擋較掛高擋困難，在這里只計算各擋位在高擋換低擋過程中的換擋力和轉(zhuǎn)速差。 換擋力 F 的計算見式 （ 21）， 變速箱相應的技術(shù)參數(shù) 見 表 31 和表 32，不武漢理工大學碩士學位論文 23 同工況下車輛變速箱輸入軸實際轉(zhuǎn)速 見 表 33，其中額定轉(zhuǎn)速為發(fā)動機處于額定工況下變速箱輸入軸所對應的轉(zhuǎn)速；常用轉(zhuǎn)速為發(fā)動機處于正常工作時輸入軸對應的轉(zhuǎn)速，最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速為發(fā)動機處于最大轉(zhuǎn)矩工況時輸入軸所對應的轉(zhuǎn)速。 表 31 變速箱內(nèi)各擋傳動比 擋位 i1 i2 i3 i4 i5 i6 i7 i8 傳動比 1 表 32 變速箱其他技術(shù)參數(shù) 項目 同步環(huán) 半徑 摩擦系數(shù) 半錐角 轉(zhuǎn)動慣量 阻力矩