【正文】 速箱進(jìn)行掛擋。 當(dāng)行程開(kāi)關(guān)判斷掛上擋后，運(yùn)動(dòng)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(duì)變速箱進(jìn)行摘擋。 當(dāng) 行程開(kāi)關(guān)判斷退至空擋后，運(yùn)動(dòng)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(shí)判斷行程開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，若行程開(kāi)關(guān)的狀態(tài)在 1 min 中內(nèi)保持不變，則關(guān)閉兩伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)臺(tái)的自動(dòng)安全保護(hù)。同時(shí)判斷當(dāng)前已換擋次數(shù)，若小于設(shè)定的總循環(huán)次數(shù)，則再次使變速箱輸入軸的轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速，按上述流程對(duì)變速箱進(jìn)行掛摘擋操作；若等于設(shè)定的總循環(huán)次數(shù)，則關(guān)閉兩伺服電機(jī)，結(jié)束試驗(yàn)。 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和變速 箱的換擋過(guò)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(hào)；當(dāng) 同步器 開(kāi)始掛擋時(shí)，采集程序把采集卡內(nèi)采集到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到所建立的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件中；當(dāng)變速箱完成掛擋時(shí)，采集程序停止保存采集卡內(nèi)采集到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)； 當(dāng) 采集完一次換擋的試驗(yàn)數(shù)據(jù)后， 將該次采集到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示在主機(jī)桌面 上，圖 23 為在某一次 （正常換擋過(guò)程） 變速箱的換擋過(guò)程中所采集到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。 現(xiàn)用圖 23 詳細(xì)介紹同步器的換擋過(guò)程，圖中不同換擋階段沒(méi)有明顯分界點(diǎn)的線段，無(wú)法分段，便于表述，用 + 號(hào)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(zhǔn)備階段，輸入軸與主軸轉(zhuǎn)速在各自電機(jī)的帶動(dòng)下迅速達(dá)到設(shè)定初始值，電磁換向閥處于中間位置，結(jié)合套上沒(méi)有施加換擋力，同步環(huán)與錐體不接觸，此時(shí)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(kāi)始換擋階段，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到初始設(shè)定值以后，運(yùn)動(dòng)控制卡控制輸入軸電機(jī)停止工作，電磁換向閥向左移動(dòng)，換擋力瞬間達(dá)到初始設(shè)定值，液壓桿推動(dòng)結(jié)合套向左移動(dòng)，同步環(huán)逐漸靠近錐體，因轉(zhuǎn)速不同產(chǎn)生摩擦力矩（動(dòng)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(shí)液壓桿向左移動(dòng)，出現(xiàn)短暫的泄壓。 c 為同步階段，當(dāng)結(jié)合套端面 的倒角與同步環(huán)的端面倒武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 17 角相互抵觸時(shí)，結(jié)合套、液壓桿停止向左移動(dòng)，換擋力迅速恢復(fù)到初始設(shè)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(dòng)作用，此時(shí)同步轉(zhuǎn)速?zèng)]有達(dá)到主軸初始設(shè)定值，另外，正常換擋過(guò)程中的摩擦力矩都較大。 d 為結(jié)合階段，當(dāng)兩者轉(zhuǎn)速達(dá)到一致后，摩擦力矩隨相對(duì)運(yùn)動(dòng)的消失而消失，結(jié)合套在液壓桿推動(dòng)下先與同步環(huán)嚙合，繼續(xù)推動(dòng)與錐體嚙合，此時(shí)主軸與輸入軸轉(zhuǎn)速在主軸端電機(jī)的帶動(dòng)下逐漸達(dá)到主軸初始設(shè)定值，但在慣性力矩作用下出現(xiàn)小幅波動(dòng)。 e 為換擋完成階段，運(yùn)動(dòng)控制卡給電磁換向閥供電向右移動(dòng)，迅速泄壓恢復(fù)壓力初始設(shè)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(guò)程中沖擊力矩較小且持續(xù)時(shí)間短。 h 為轉(zhuǎn)速波動(dòng)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(shí)間/ ms0 300 600 900 1200 1500 18006007008009001000gehgdcb換擋力/N換擋時(shí)間/ msa0 300 600 900 1200 1500 18002030405060dgei= a + bcba結(jié)合套位移/mm換擋時(shí)間/ ms0 300 600 900 1200 1500 180003006009001200ic d + e輸入軸轉(zhuǎn)速/(r.min1)換擋時(shí)間/ ms 圖 23 變速箱換擋特性曲線 試驗(yàn)臺(tái)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(guò)結(jié)合套對(duì)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(dāng)兩 者的轉(zhuǎn)速達(dá)到一致時(shí)再相互嚙合，從而實(shí)現(xiàn)換擋的平順操作。可見(jiàn)，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(xué)碩士學(xué)位論文 18 力，以及變速箱內(nèi)潤(rùn)滑油的溫度。重載變速箱同步器試驗(yàn)臺(tái)的換擋工況范圍必須包括車(chē)載同步器換擋時(shí) 的所有 工況，這樣試驗(yàn)臺(tái)才能更好地模擬重載卡車(chē)的所有擋位，因此有必要分析一下?lián)Q擋時(shí)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(guò)程中的變換過(guò)程，以某型車(chē)輛主變速箱 為例，見(jiàn)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(dòng)部分相連，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，轉(zhuǎn)速下降快；同 步環(huán) o 連同結(jié)合套 k 通過(guò)花鍵轂 q與整車(chē)相連，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，轉(zhuǎn)速下降慢。因此，可以認(rèn)為在短時(shí)間（重載卡車(chē)同步時(shí)間一般在 s）的同步過(guò)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(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速通常在 2 500 r?min1 以?xún)?nèi)，傳動(dòng)箱的傳動(dòng)比在 ～ 之間，因此變速箱輸入軸的轉(zhuǎn)速在 2 100 r?min1 以?xún)?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?xún)?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(dòng)示意圖 2） 換擋力分析 由于變速箱在低擋換高擋時(shí)較容易，而高 擋 換低擋時(shí)較困難，因此，只計(jì)武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 19 算高 擋 換低擋時(shí)的換擋力 F，其計(jì)算公式 [42]為： 1r2 π ( 1 ) sin[]60xxxviJniF i Mt f R???? ? ? （ 21） 式中： t——同步時(shí)間， s； ix——第 x 擋位的傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)慣量（包括 離合器從動(dòng)盤(pán)、 輸入 軸 、中間軸 以及與 常嚙合齒輪連接在一起轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ） ， kg?m2。 通過(guò)對(duì)某型變速箱的換擋力進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明變速箱在換擋時(shí)所需換擋力在 2 000 N 以?xún)?nèi)。 3）使用效果 經(jīng)相關(guān)使用單位調(diào)研表明，變速箱內(nèi)潤(rùn)滑油的溫度通常在 60～ 80 ℃ ，一般不超過(guò) 100 ℃ 。 特性與功能 在搭建的試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了系列測(cè)試試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明試驗(yàn)臺(tái)重復(fù)度誤差控制在 7%以?xún)?nèi) （循環(huán)誤差最大控制在 4 000 次以?xún)?nèi)） 。在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，試驗(yàn)臺(tái)運(yùn)行穩(wěn)定，未出現(xiàn)強(qiáng)烈振動(dòng)、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(yàn)臺(tái)具有良好的重復(fù)性和可靠性。為了在試驗(yàn)臺(tái)上開(kāi)展齒輪油摩擦特性的研究，還需要開(kāi)展如下幾個(gè)方面的工作。 優(yōu)化 工況試驗(yàn) 目前重載 貨車(chē) 大多采用多擋位變速箱，各擋位換擋時(shí)工況 各不相同。 在眾武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 20 多工況中究竟選哪一組工況作為 試驗(yàn) 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(yàn)臺(tái) 上 還 沒(méi)有 選取 優(yōu)化工況 ， 為了 能真實(shí)地反映 齒輪油摩擦特 ， 因此，有必要對(duì)換擋工況進(jìn)行優(yōu)化。 優(yōu)化工況既 須 滿(mǎn)足區(qū)分齒輪油品的要求又 須 滿(mǎn)足同步器在該工況下失效時(shí)油品有明顯衰變的要求。通過(guò)前面分析 可 知 ， 影響同步器換擋的主要參數(shù)有三個(gè)，由于齒輪油的溫度基本控制在 70 ℃ ，這里不詳細(xì)展開(kāi)。為了研究單一工況對(duì)換擋 結(jié)果 的影響， 其他因素不變，須 進(jìn)行單因素試驗(yàn)研究。按照此法，依次找出各 工況 對(duì)換擋影響的規(guī)律，從中找出優(yōu)化范圍，具體試驗(yàn)步驟見(jiàn)第 4 章。 制定 判定標(biāo)準(zhǔn) 齒輪油 摩擦特性 的優(yōu)劣， 須 從不同的性能體現(xiàn)出來(lái)，研究齒輪油性能需要對(duì)指標(biāo)進(jìn)行分析，沒(méi)有統(tǒng)一的判定指標(biāo)，齒輪油的優(yōu)劣也就無(wú)法判定。反應(yīng)齒輪油 摩擦特性?xún)?yōu)劣 的指標(biāo)有很多，如果對(duì)所有指標(biāo)進(jìn)行分析研究，工作量將十分龐大， 花費(fèi)的時(shí)間和 經(jīng)費(fèi)也將迅速 增加 ，然而部分指標(biāo) 解決不了 任何 工程 問(wèn)題。 目前除壽命指標(biāo)外還沒(méi)有制定相應(yīng)的判定標(biāo)準(zhǔn) ， 為了滿(mǎn)足齒輪油摩擦特性研究需求， 因此，有必要 在試驗(yàn)臺(tái) 對(duì)判定 標(biāo)準(zhǔn) 進(jìn)行 驗(yàn)證 。 判定指標(biāo)在滿(mǎn)足區(qū)分油品要求的基礎(chǔ)上還盡可能的選用常規(guī)、直觀、 易操作、測(cè)量經(jīng)費(fèi)低 、通用性強(qiáng)的指標(biāo)要求。根據(jù) 測(cè)試 試驗(yàn)結(jié)果和滿(mǎn)足 反映齒輪油摩擦特性的要求， 現(xiàn)提出一些分析指標(biāo)， 既有 機(jī)械指標(biāo)又有油品理化指標(biāo)。這些指標(biāo)不一定都是判定指標(biāo)，也有可能補(bǔ)充部分指標(biāo)，根據(jù)試驗(yàn)需求，酌情進(jìn)行刪除或添加。在優(yōu)化工況條件下對(duì)幾種齒輪油進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn) ，具體詳見(jiàn)第 5 章。 對(duì)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(biāo)是否能判定齒輪油的摩擦特性，試驗(yàn)臺(tái)上能否區(qū)分油品，這些都是未知的。上文對(duì)這些問(wèn)題提出了解決方案，但至于結(jié)果怎樣，還未進(jìn)行驗(yàn)證。在優(yōu)化工況范圍內(nèi)選取一組工況作為試驗(yàn)條件，對(duì) A、 B、 C、 D 四種齒輪油開(kāi)展摩擦特性對(duì)比試驗(yàn)。并利用指標(biāo)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在該試驗(yàn)條件下試驗(yàn)臺(tái)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(kāi)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(biāo)，如果不能區(qū)分，在優(yōu)化范圍內(nèi)再選取一組工況進(jìn)行驗(yàn)證，直到武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 21 能區(qū)分開(kāi)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(mǎn)足齒輪油摩擦特性研究的需要，搭建了符合我國(guó)重載變速箱同步器實(shí)際工況的試驗(yàn)臺(tái)， 該試驗(yàn)臺(tái)由動(dòng)力子系統(tǒng)、傳動(dòng)子系統(tǒng)、溫控子系統(tǒng)、換擋子系 統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)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(gè)換擋過(guò)程中所起的作用。試驗(yàn)臺(tái)在換擋過(guò)程中主要參數(shù)的可調(diào)范圍應(yīng)包括所有實(shí)際工況，達(dá)到盡可能模擬實(shí)際工況的要求。 （ 2）為了能夠在重載變速箱同步器試驗(yàn)臺(tái)上判定齒輪油的摩擦特性，還需開(kāi)展以以下工作，選取優(yōu)化工況、制定判定指標(biāo)以及對(duì)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(xué)碩士學(xué)位論文 22 第 3 章 齒輪油 摩擦特性 試驗(yàn)方案 分析 重載變速箱擋位眾多，換擋時(shí)各擋位的工況各不相同，導(dǎo)致同步器的使用壽命長(zhǎng)短不一。試驗(yàn)臺(tái)工況參數(shù)的可調(diào)范圍已在第 2 章說(shuō)明，覆蓋所有實(shí)際工況。在試驗(yàn)臺(tái)上開(kāi)展齒輪油摩擦特性試驗(yàn)研究，選取怎樣的試驗(yàn)條件才能真實(shí)地反映齒輪油的摩擦特性，更好地模擬實(shí)際換擋過(guò)程。如果在可調(diào)范圍內(nèi)全部展開(kāi)，試驗(yàn)周期、科研經(jīng)費(fèi)等急劇增加，并且有些工況完全脫離實(shí)際情況，達(dá)不到預(yù)期的目的。因此， 須 要對(duì)試驗(yàn)工況進(jìn)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(shí)際工況，分析試驗(yàn)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(zhǎng)，對(duì)照變速箱的實(shí)際工況，設(shè)計(jì)出試驗(yàn)方案。 作用于結(jié)合套上的換擋力分析 目前不同型號(hào)重載車(chē)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(gè)前進(jìn)擋位，當(dāng)副變速箱掛低擋時(shí)，主變速箱對(duì)應(yīng) 1～ 4 擋，當(dāng)副變速箱掛高擋時(shí)，主變速箱對(duì)應(yīng) 5～ 8 擋。由于只有主變速箱設(shè)計(jì)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(duì)象，變速箱主箱體傳動(dòng)示意圖 見(jiàn) 圖 24 所示。 通過(guò)第 2 章中對(duì)變速箱的換擋過(guò)程進(jìn)行分析可知，變速箱換擋過(guò)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(gè)試驗(yàn)參數(shù)都可能對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生重要的影響，因此首先 須 要對(duì)這兩個(gè)試驗(yàn)參數(shù)的使用工況范圍進(jìn)行分析。 試驗(yàn)臺(tái) 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(shí)際重載車(chē)輛變速箱在換擋過(guò)程中，通過(guò)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(jìn)行換擋時(shí)，在低擋換高擋過(guò)程中，齒輪攪油等所產(chǎn)生的阻力矩以及各個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件的摩擦阻力矩等有助于完成換擋，而在高擋換低擋時(shí)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(jì)算各擋位在高擋換低擋過(guò)程中的換擋力和轉(zhuǎn)速差。 換擋力 F 的計(jì)算見(jiàn)式 （ 21）， 變速箱相應(yīng)的技術(shù)參數(shù) 見(jiàn) 表 31 和表 32，不武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 23 同工況下車(chē)輛變速箱輸入軸實(shí)際轉(zhuǎn)速 見(jiàn) 表 33，其中額定轉(zhuǎn)速為發(fā)動(dòng)機(jī)處于額定工況下變速箱輸入軸所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速；常用轉(zhuǎn)速為發(fā)動(dòng)機(jī)處于正常工作時(shí)輸入軸對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速，最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速為發(fā)動(dòng)機(jī)處于最大轉(zhuǎn)矩工況時(shí)輸入軸所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速。 表 31 變速箱內(nèi)各擋傳動(dòng)比 擋位 i1 i2 i3 i4 i5 i6 i7 i8 傳動(dòng)比 1 表 32 變速箱其他技術(shù)參數(shù) 項(xiàng)目 同步環(huán) 半徑 摩擦系數(shù) 半錐角 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 阻力矩