CN105928700A - 一种后驱汽车变速箱传动误差检测试验台及综合测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种后驱汽车变速箱传动误差检测试验台及综合测试方法，属于汽车变速箱检测技术领域，包括试验台装置、调整与支撑装置；所说的试验台装置包括：交流驱动电机、输入端弹性联轴器、输入端传动误差综合检测装置、输入端球笼式同步万向联轴器、变速箱输入花键轴、被试变速箱、变速箱输出法兰轴、输出端弹性联轴器一、输出端传动误差综合检测装置、输出端弹性联轴器二，两档减速箱、输出端球笼式同步万向联轴器、交流加载电机。优点是采用“U”型布局，减小占地面积；可同时测量变速箱的静态、动态传递误差；采用两挡减速箱和滑台机构，可适应不同型号变速箱的测试要求，提高试验台的通用性。

Description

一种后驱汽车变速箱传动误差检测试验台及综合测试方法

技术领域

本发明涉及汽车变速箱检测技术领域，具体涉及一种后驱汽车变速箱传动误差检测验台及测试方法。

背景技术

机械变速箱在微型客车上的应用主要有两种驱动形式：一种是前置前驱，另一种是前置后驱。其中，在前置前驱车辆中，发动机横置，与其适配的机械变速箱一般都集成差速器和主减速器，变速箱总成输出的动力直接通过半轴传递到前轮上，驱动车辆行驶；在前置后驱车辆中，一般发动机纵置，变速箱不集成差速器和主减速器，而是输出轴的动力通过一根传动轴传递至后桥，然后经差速器、主减速器和半轴再传递至车辆的后轮，完成车辆的驱动。由于大部分微型客车为单箱设计，车辆头部空间较小，如果采用前置前驱的驱动方案，发动机和变速箱的布置难度大，而且由于微型客车的底盘较一般乘用车高，采用传动轴将动力传递至后桥对车内空间不会造成太大影响。因此，在微型客车上前置后驱的变速箱得到十分广泛的应用。变速箱是汽车传动系统中动力转换的关键部件，变速箱的性能很大程度上决定了整车性能。传动误差是造成变速箱振动、噪声的主要原因之一，它包含了变速箱的动态性能和强度性能等诸多内容。通过对变速箱传动误差的研究可以溯源变速箱的结构、制造缺陷，从而为变速箱的设计制造给出合理化建议。

目前国内外对于单级齿轮传动的静态传动误差研究取得了一定的成果。多级齿轮传动系统由于组成零部件众多，结构较为复杂，对其静态传动误差、动态传动误差的研究尚未取得突破。汽车机械变速箱作为由传动轴、齿轮、轴承、壳体、同步器等零部件组成的结构复杂的多级齿轮传动系统，其传动误差的研究正处于起步阶段，要实现对汽车机械变速箱传动误差的研究需要测控精度高、可靠性高的特制检测试验台。

由于前置后驱变速箱不集成差速器和主减速器，因此其输出的动力特征为高转速、低扭矩。国内目前机械变速箱测试台架多用于商用车和大中型客车手动变速箱的测试，台架整体运行转速较低，研发难度相对较小。这些测试台架中，大多老式机械变速箱台架采用开放式结构，并且利用电涡流测功机、磁粉制动器等作为负载，大量电能在试验过程中消耗掉。

中国发明专利公开号CN103698124A公开了一种测量齿轮传动误差的方法，该发明仅采用角度编码器测量齿轮的角速度，求解传动误差。该方法的缺点是所得的传动误差与齿轮所受载荷未建立联系，不能解释齿轮传动系统受载变形机制，对于改善实际应用中齿轮传动精度收效甚微。

中国发明专利公开号CN103543009A公开了一种变速箱试验台架，其主要测试对象为后驱变速箱，采用一台驱动电机和两组负载飞轮的动力方案，该发明采用开式结构，电能消耗大；采用调整机构使台架适应不同型号的变速箱，增加了结构的复杂性；仅在驱动端安装扭矩传感器，无转速检测元件，测试控制精度低；采用直线型布局，不能有效利用试验场地。

中国发明专利公开号CN103439108A公开了一种变速箱磨合试验台，其主要测试对象为前驱变速箱，采用一台发动机驱动变速箱，两组夹紧装置作为负载。优点是结构简单，无需复杂的电气控制系统。缺点是采用发动机作为动力，增加振动激励源，需要安装排烟装置，同时，发动机控制精度低，不能获得稳定连续的转速；无检测控制元件，测控精度低；采用夹紧装置作为负载，浪费能源，且噪声大。

发明内容

本发明提供一种后驱汽车变速箱传动误差检测试验台及综合测试方法，以解决现有变速箱试验台测控精度低、能源消耗大的问题。

本发明采用的技术方案是：

一种后驱汽车变速箱传动误差检测试验台，T型槽安装平台下方分别与T型槽安装平台刚性支撑座、空气弹簧支撑装置连接，交流驱动电机滑台底座、变速箱专用夹具分别安装在T型槽安装平台上方，交流驱动电机和输入端传动误差综合检测装置安装在交流驱动电机滑台底座上，该交流驱动电机的输出端与输入端传动误差综合检测装置通过输入端弹性联轴器连接，输入端传动误差综合检测装置与变速箱输入花键轴通过输入端球笼式同步万向联轴器连接；通过变速箱专用夹具将被试变速箱定位夹紧，被试变速箱输出轴与变速箱输出法兰轴连接，输出端传动误差综合检测装置与变速箱输出法兰轴通过输出端弹性联轴器一连接，输出端传动误差综合检测装置与两挡减速箱输入端通过输出端弹性联轴器二连接，两挡减速箱输出端与交流加载电机通过输出端球笼式同步万向联轴器连接。

本发明所述的两挡减速箱的输入轴与输出轴位于同一侧，呈“U”型布局。

本发明所述的输入端传动误差综合检测装置结构是：轴承座中的轴承安装在输出法兰轴轴颈上，输入端扭矩传感器通过螺栓与输出法兰轴连接，输入端扭矩传感器通过螺栓与输入法兰轴连接，输入端角度编码器内圈安装在输入法兰轴法兰盘上、外圈通过螺栓固定在角度编码器支架上，单轴加速度传感器一、单轴加速度传感器二呈180度分别安装于输入法兰轴法兰盘上，所述的轴承座、输入端扭矩传感器、角度编码器支架通过螺栓安装在固定底座上。

本发明所述的单轴加速度传感器一和单轴加速度传感器二的敏感方向为传动轴的切线方向。

本发明所述的输出端传动误差综合检测装置与所述的输入端传动误差检测装置结构相同。

一种后驱汽车变速箱传动误差综合测试方法，包括静态传动误差测试方法和动态传动误差测试方法，步骤分别如下：

(1)静态传动误差测试方法

第一步，按照所述的连接方式将试验台各组成部分连接，通过换挡杆将变速箱切换到一挡；

第二步，设置驱动电机转速为n₁、加载电机扭矩T₁；

第三步，空载启动驱动电机，当驱动电机转速达到n₁时，将加载电机扭矩从0增加到T₁；

第四步，传感器采集信号，测量一挡下变速箱在输入转速n₁、加载扭矩T₁下的静态传动误差；

第五步，通过变速箱输入端角度编码器测得被测挡位下变速箱输入端的角位移θ₁(t)，通过变速箱输出端角度编码器测得被测挡位下变速箱输出端的角位移θ₂(t)，得到变速箱被测挡位在转速n₁、加载扭矩T₁下的静态传动误差STE₁(t)为：

STE₁＝θ₁(t)-i×θ₂(t) (1)

其中i为该挡位下的传动比；

第六步，存储采集的数据；

第七步，停机，设置驱动电机转速为n₁、加载电机扭矩T₂；

第八步，空载启动驱动电机，当驱动电机转速达到n₁时，将加载电机扭矩从0增加到T₂，重复第四步到第六步，得到变速箱被测挡位在转速n₁、加载扭矩T₂下的静态传动误差STE₂(t)；

第九步，绘制静态传动误差在不同负载扭矩下曲线图；

第十步，分别将变速箱挡位切换到二至五挡，重复第二步至第九步，测量变速箱其他挡位下的静态传动误差；

(2)动态传动误差测试方法

第一步，按照所述的连接方式将试验台各组成部分连接，通过换挡杆将变速箱切换到一挡；

第二步，设置驱动电机转速为n₁、加载电机扭矩T₁；

第三步，空载启动驱动电机，当驱动电机转速达到n₁时，将加载电机扭矩从0增加到T₁；

第四步，设置驱动电机转速为n₂，将驱动电机从n₁加速到n₂，传感器采集信号，测量一挡下变速箱在加载扭矩为T₁的条件下，输入转速从从n₁加速到n₂过程中的动态传动误差；

第五步，通过变速箱输入端传动误差综合检测装置的单轴加速度传感器测得被测挡位下变速箱输入端的切向加速度a_1T(t)、a_2T(t)，通过变速箱输出端传动误差综合检测装置的单轴加速度传感器测得被测挡位下变速箱输出端的切向加速度a_3T(t)、a_4T(t)，得到变速箱被测挡位在转速区间n₁到n₂、加载扭矩T₁下的动态传动误差DTE₁(t)为：

${\mathrm{DTE}}_1\left(t\right)=\frac{K}{2\mathrm{\ρ}}\∫\∫\[\[a_{1T}\left(t\right)+a_{2T}\left(t\right)\]+i\[a_{3T}\left(t\right)+a_{4T}\left(t\right)\]\]dtdt---\left(2\right)$

其中i为该挡位下的传动比，K为与变速箱该挡位下的传动齿轮模数、齿数有关的参数，ρ为单轴加速度传感器回转半径；

第六步，存储采集的数据；

第七步，停机，设置驱动电机转速为n₁、加载电机扭矩T₂；

第八步，空载启动驱动电机，当驱动电机转速达到n₁时，将加载电机扭矩从0增加到T₂，重复第四步到第六步，得到变速箱被测挡位在转速区间n₁到n₂、加载扭矩T₂下的动态传动误差DTE₂(t)；

第九步，绘制动态传动误差在不同负载扭矩下曲线图；

第十步，分别将变速箱挡位切换到二至五挡，重复第二步至第九步，测量变速箱其他挡位下的动态传动误差。

在模拟变速箱实际工况的条件下，测试变速箱在试验规范给定的转速下各挡位的传动误差，通过对传动误差的分析，溯源变速箱的结构、制造缺陷，从而为变速箱的设计制造给出合理化建议，为精确测量变速箱的传动误差，本发明实现对变速箱静态、动态传动误差的测量。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用“U”型布局形式，相比直线型布局可缩短试验台长度达30％以上，结构紧凑，减小占地面积，充分利用实验场地空间，降低成本。

2、创新性的提出一种传动误差综合检测装置，通过集成高精度角度编码器、扭矩传感器、单轴加速度传感器，在一台试验台上实现对变速箱的静态、动态传递误差的测量，达到了一机多用的目的。

3、利用减速箱可降低变速箱输出转速，选择额定转速更低的加载电机，减少电机的投入；使用两挡减速箱可以灵活调节输出转速，兼容不同型号的变速箱，提高试验台的通用性。

4、驱动电机底座采用滑台机构，方便被试变速箱的安装，实现对不同型号的变速箱的测试。

5、采用球笼式同步万向联轴器连接驱动端与变速箱输入轴、负载端与变速箱输出轴，减小由同轴度误差造成的传动轴额外载荷，提高传动轴的疲劳寿命与试验台传动效率；同时，采用球笼式同步万向联轴器可适应不同型号的变速箱被试，提高试验台的通用性。

6、采用共直流母线技术，实现试验台电能的回收利用，能源利用率高，减小后期运行成本；同时，由于加载电机反馈的电能不直接并入交流电网，可避免对交流电网造成电气污染。

7、采用空气弹簧支撑试验台，可有效抑制试验台振动幅值、隔离冲击，提高试验台固有频率，避免发生共振现象。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本发明输入端传动误差综合检测装置；

图4是图3的A—A剖视图；

图5是本发明交流驱动电机滑台底座。

具体实施方式

T型槽安装平台18下方分别与T型槽安装平台刚性支撑座17、空气弹簧支撑装置15连接，交流驱动电机滑台底座16、变速箱专用夹具6分别安装在T型槽安装平台18上方，交流驱动电机1和输入端传动误差综合检测装置3安装在交流驱动电机滑台底座16上，该交流驱动电机1的输出端与输入端传动误差综合检测装置3通过输入端弹性联轴器2连接，输入端传动误差综合检测装置3与变速箱输入花键轴5通过输入端球笼式同步万向联轴器4连接；通过变速箱专用夹具6将被试变速箱7定位夹紧，被试变速箱输出轴与变速箱输出法兰轴8连接，输出端传动误差综合检测装置10与变速箱输出法兰轴8通过输出端弹性联轴器一9连接，输出端传动误差综合检测装置10与两挡减速箱12输入端通过输出端弹性联轴器二11连接，两挡减速箱12输出端与交流加载电机14通过输出端球笼式同步万向联轴器13连接；

所述的后驱汽车变速箱传动误差检测试验台，其特征在于所述的两挡减速箱12的输入轴与输出轴位于同一侧，呈“U”型布局。

所述的输入端传动误差综合检测装置3，轴承座302中的轴承安装在输出法兰轴301轴颈上，输入端扭矩传感器303通过螺栓与输出法兰轴301连接，输入端扭矩传感器303通过螺栓与输入法兰轴309连接，输入端角度编码器308内圈安装在输入法兰轴309法兰盘上、外圈通过螺栓固定在角度编码器支架307上，单轴加速度传感器一304、单轴加速度传感器二305呈180度分别安装于输入法兰轴309法兰盘上，所述的轴承座302、输入端扭矩传感器303、角度编码器支架307通过螺栓安装在固定底座306上。

单轴加速度传感器一和单轴加速度传感器二的敏感方向为传动轴的切线方向。

所述的输出端传动误差综合检测装置10与所述的输入端传动误差检测装置3结构相同，参数可根据需要调整。

所述的交流驱动电机滑台底座16由驱动电机移动底座1605、滑台固定底座1607、三角形导轨副1604、矩形导轨副1603、丝杠螺母副1602、手轮1601、夹紧机构1606组成，交流驱动电机滑台底座可实现电机的轴向移动以适应不同型号的变速箱。

工作原理：

驱动电机通过输入端弹性联轴器一、输入端传动误差综合检测装置、输入端弹性联轴器二、变速箱输入花键轴将动力输入到变速箱，变速箱输出端通过输出端弹性联轴器一、输出端传动误差综合检测装置、输出端弹性联轴器二、两挡减速箱、输出端球笼式万向联轴器与加载电机连接。驱动电机工作在转速控制模式，加载电机工作在扭矩控制模式。变速箱的输入端与输出端转速、转矩、切向加速度信号分别由输入端、输出端传动误差综合检测装置检测。

一种后驱汽车变速箱传动误差综合测试方法，包括静态传动误差测试方法和动态传动误差测试方法，步骤分别如下：

(1)静态传动误差测试方法

第一步，按照所述的连接方式将试验台各组成部分连接，通过换挡杆将变速箱切换到一挡；

第二步，设置驱动电机转速为n₁、加载电机扭矩T₁；

第三步，空载启动驱动电机，当驱动电机转速达到n₁时，将加载电机扭矩从0增加到T₁；

第四步，传感器采集信号，测量一挡下变速箱在输入转速n₁、加载扭矩T₁下的静态传动误差；

第五步，通过变速箱输入端角度编码器测得被测挡位下变速箱输入端的角位移θ₁(t)，通过变速箱输出端角度编码器测得被测挡位下变速箱输出端的角位移θ₂(t)，得到变速箱被测挡位在转速n₁、加载扭矩T₁下的静态传动误差STE₁(t)为：

STE₁＝θ₁(t)-i×θ₂(t) (1)

其中i为该挡位下的传动比；

第六步，存储采集的数据；

第七步，停机，设置驱动电机转速为n₁、加载电机扭矩T₂；

第八步，空载启动驱动电机，当驱动电机转速达到n₁时，将加载电机扭矩从0增加到T₂，重复第四步到第六步，得到变速箱被测挡位在转速n₁、加载扭矩T₂下的静态传动误差STE₂(t)；

第九步，绘制静态传动误差在不同负载扭矩下曲线图；

第十步，分别将变速箱挡位切换到二至五挡，重复第二步至第九步，测量变速箱其他挡位下的静态传动误差；

(2)动态传动误差测试方法

第一步，按照所述的连接方式将试验台各组成部分连接，通过换挡杆将变速箱切换到一挡；

第二步，设置驱动电机转速为n₁、加载电机扭矩T₁；

第三步，空载启动驱动电机，当驱动电机转速达到n₁时，将加载电机扭矩从0增加到T₁；

第四步，设置驱动电机转速为n₂，将驱动电机从n₁加速到n₂，传感器采集信号，测量一挡下变速箱在加载扭矩为T₁的条件下，输入转速从从n₁加速到n₂过程中的动态传动误差；

第五步，通过变速箱输入端传动误差综合检测装置的单轴加速度传感器测得被测挡位下变速箱输入端的切向加速度a_1T(t)、a_2T(t)，通过变速箱输出端传动误差综合检测装置的单轴加速度传感器测得被测挡位下变速箱输出端的切向加速度a_3T(t)、a_4T(t)，得到变速箱被测挡位在转速区间n₁到n₂、加载扭矩T₁下的动态传动误差DTE₁(t)为：

${\mathrm{DTE}}_1\left(t\right)=\frac{K}{2\mathrm{\ρ}}\∫\∫\[\[a_{1T}\left(t\right)+a_{2T}\left(t\right)\]+i\[a_{3T}\left(t\right)+a_{4T}\left(t\right)\]\]dtdt---\left(2\right)$

其中i为该挡位下的传动比，K为与变速箱该挡位下的传动齿轮模数、齿数有关的参数，ρ为单轴加速度传感器回转半径；

第六步，存储采集的数据；

第七步，停机，设置驱动电机转速为n₁、加载电机扭矩T₂；

第八步，空载启动驱动电机，当驱动电机转速达到n₁时，将加载电机扭矩从0增加到T₂，重复第四步到第六步，得到变速箱被测挡位在转速区间n₁到n₂、加载扭矩T₂下的动态传动误差DTE₂(t)；

第九步，绘制动态传动误差在不同负载扭矩下曲线图；

第十步，分别将变速箱挡位切换到二至五挡，重复第二步至第九步，测量变速箱其他挡位下的动态传动误差。

Claims (6)

1.一种后驱汽车变速箱传动误差检测试验台，其特征在于：T型槽安装平台下方分别与T型槽安装平台刚性支撑座、空气弹簧支撑装置连接，交流驱动电机滑台底座、变速箱专用夹具分别安装在T型槽安装平台上方，交流驱动电机和输入端传动误差综合检测装置安装在交流驱动电机滑台底座上，该交流驱动电机的输出端与输入端传动误差综合检测装置通过输入端弹性联轴器连接，输入端传动误差综合检测装置与变速箱输入花键轴通过输入端球笼式同步万向联轴器连接；通过变速箱专用夹具将被试变速箱定位夹紧，被试变速箱输出轴与变速箱输出法兰轴连接，输出端传动误差综合检测装置与变速箱输出法兰轴通过输出端弹性联轴器一连接，输出端传动误差综合检测装置与两挡减速箱输入端通过输出端弹性联轴器二连接，两挡减速箱输出端与交流加载电机通过输出端球笼式同步万向联轴器连接。

2.根据权利要求1所述的一种后驱汽车变速箱传动误差检测试验台，其特征在于：所述的两挡减速箱的输入轴与输出轴位于同一侧，呈“U”型布局。

3.根据权利要求1所述的一种后驱汽车变速箱传动误差检测试验台，其特征在于：所述的输入端传动误差综合检测装置结构是：轴承座中的轴承安装在输出法兰轴轴颈上，输入端扭矩传感器通过螺栓与输出法兰轴连接，输入端扭矩传感器通过螺栓与输入法兰轴连接，输入端角度编码器内圈安装在输入法兰轴法兰盘上、外圈通过螺栓固定在角度编码器支架上，单轴加速度传感器一、单轴加速度传感器二呈180度分别安装于输入法兰轴法兰盘上，所述的轴承座、输入端扭矩传感器、角度编码器支架通过螺栓安装在固定底座上。

4.根据权利要求3所述的一种后驱汽车变速箱传动误差检测试验台，其特征在于：所述的单轴加速度传感器一和单轴加速度传感器二的敏感方向为传动轴的切线方向。

5.根据权利要求1所述的一种后驱汽车变速箱传动误差检测试验台，其特征在于：所述的输出端传动误差综合检测装置与所述的输入端传动误差检测装置结构相同。

6.一种后驱汽车变速箱传动误差综合测试方法，包括静态传动误差测试方法和动态传动误差测试方法，步骤分别如下：

(1)静态传动误差测试方法

第一步，按照所述的连接方式将试验台各组成部分连接，通过换挡杆将变速箱切换到一挡；

第二步，设置驱动电机转速为n₁、加载电机扭矩T₁；

第三步，空载启动驱动电机，当驱动电机转速达到n₁时，将加载电机扭矩从0增加到T₁；

第四步，传感器采集信号，测量一挡下变速箱在输入转速n₁、加载扭矩T₁下的静态传动误差；

第五步，通过变速箱输入端角度编码器测得被测挡位下变速箱输入端的角位移θ₁(t)，通过变速箱输出端角度编码器测得被测挡位下变速箱输出端的角位移θ₂(t)，得到变速箱被测挡位在转速n₁、加载扭矩T₁下的静态传动误差STE₁(t)为：

STE₁＝θ₁(t)-i×θ₂(t) (1)

其中i为该挡位下的传动比；

第六步，存储采集的数据；

第七步，停机，设置驱动电机转速为n₁、加载电机扭矩T₂；

第八步，空载启动驱动电机，当驱动电机转速达到n₁时，将加载电机扭矩从0增加到T₂，重复第四步到第六步，得到变速箱被测挡位在转速n₁、加载扭矩T₂下的静态传动误差STE₂(t)；

第九步，绘制静态传动误差在不同负载扭矩下曲线图；

第十步，分别将变速箱挡位切换到二至五挡，重复第二步至第九步，测量变速箱其他挡位下的静态传动误差；

(2)动态传动误差测试方法

第一步，按照所述的连接方式将试验台各组成部分连接，通过换挡杆将变速箱切换到一挡；

第二步，设置驱动电机转速为n₁、加载电机扭矩T₁；

第三步，空载启动驱动电机，当驱动电机转速达到n₁时，将加载电机扭矩从0增加到T₁；

第四步，设置驱动电机转速为n₂，将驱动电机从n₁加速到n₂，传感器采集信号，测量一挡下变速箱在加载扭矩为T₁的条件下，输入转速从从n₁加速到n₂过程中的动态传动误差；

第五步，通过变速箱输入端传动误差综合检测装置的单轴加速度传感器测得被测挡位下变速箱输入端的切向加速度a_1T(t)、a_2T(t)，通过变速箱输出端传动误差综合检测装置的单轴加速度传感器测得被测挡位下变速箱输出端的切向加速度a_3T(t)、a_4T(t)，得到变速箱被测挡位在转速区间n₁到n₂、加载扭矩T₁下的动态传动误差DTE₁(t)为：

${\mathrm{DTE}}_1\left(t\right)=\frac{K}{2\mathrm{\ρ}}\∫\∫\[\[a_{1T}\left(t\right)+a_{2T}\left(t\right)\]+i\[a_{3T}\left(t\right)+a_{4T}\left(t\right)\]\]dtdt---\left(2\right)$

其中i为该挡位下的传动比，K为与变速箱该挡位下的传动齿轮模数、齿数有关的参数，ρ为单轴加速度传感器回转半径；

第六步，存储采集的数据；

第七步，停机，设置驱动电机转速为n₁、加载电机扭矩T₂；

第八步，空载启动驱动电机，当驱动电机转速达到n₁时，将加载电机扭矩从0增加到T₂，重复第四步到第六步，得到变速箱被测挡位在转速区间n₁到n₂、加载扭矩T₂下的动态传动误差DTE₂(t)；

第九步，绘制动态传动误差在不同负载扭矩下曲线图；

第十步，分别将变速箱挡位切换到二至五挡，重复第二步至第九步，测量变速箱其他挡位下的动态传动误差。