CN106353093B - 变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试系统，包括：试验轴，包括前端外花键；高挡输出轴挡位集油装置，包括输出轴、滚针轴承、外衬套、齿毂、中部集油套筒、外集油套筒以及集油管；外集油套筒上开设有出油孔，集油管与出油孔连通；低挡输出轴挡位集油装置，与高挡输出轴挡位集油装置结构相同；第一驱动装置和第二驱动装置，用于驱动输出轴转动。本发明提供的变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试系统通过设置试验轴来模拟待测的输入轴，并设置高挡输出轴挡位集油装置和低挡输出轴挡位集油装置来对实际流入滚针轴承的润滑油进行收集并测量，有效地模拟了滚针轴承的实际油量，从而为校正理论设计提供了依据，积累了设计经验。

Description

变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试系统
技术领域
本发明涉及变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试技术，尤其涉及一种变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试系统。
背景技术
在现有的变速箱领域，无论是MT、AT、DCT等，滚针轴承的应用都极为普遍，其多用于支撑挡位空套齿轮及嵌套轴的旋转，滚针轴承实际的润滑状况对其寿命及性能起着至关重要的影响。
滚针轴承的理论润滑油量一般可以通过经验公式进行预估计算，其具体的润滑一般通过径向油孔及端面油槽等特征实现一个开式油路通道的形式实现，但其实际流经轴承处的油量目前是没有手段进行量化测试的。
当前变速箱性能测试领域，并未有相关滚针轴承实际润滑油量的测试装置及相关方法，目前涉及到与轴承润滑测试相关的技术主要有以下两种方法：
1、配合透明壳体，观测轴承润滑情况；
2、润滑油液按比例参合荧光粉，变速箱短时运转后进行拆解，采用紫外线灯照明的方式观察各油液流经处的荧光粉分布状态；
针对上述两种现有技术的方法，其缺点分别如下所述：
第一种现有技术(简称透明壳体方案)的缺点：
配合透明壳体的方式，只能实现对暴露在轴系外围的轴承的油液浸覆状况进行观测，无法实现滚针轴承(因为滚针轴承均在齿轮或嵌套轴的内孔处布置)的润滑观测；
第二种现有技术(简称荧光粉方案)的缺点：
通过荧光粉分布状况，只能实现定性测量的目的，无法定量分析；此方案属于初步润滑试验的内容，其试验方法定义的工况(主要指运转的速度与时间)均远低于实际工况，与变速箱实际工作的工况相去甚远。
图1为现有技术中变速箱的局部剖视图，图2为现有技术中变速箱内各挡位滚针轴承实际润滑油的走向示意图。请参照图1和图2所示，离合器冷却润滑油甩出后沿着导油筋进入高挡输出轴1′和低挡输出轴2′的内孔，该润滑油的走向如图2中的箭头方向所示，针对进入各挡位滚针轴承的润滑油量目前还没有好的办法进行测试。
发明内容
本发明的目的是提供一种变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试系统，以解决现有技术中的问题，实现精准测试滚针轴承在不同转速工况下的实际润滑油量的目的。
本发明提供了一种变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试系统，其中，包括：
用于模拟输入轴的试验轴，包括前端外花键，所述前端外花键用于对离合器进行径向支撑和轴向定位；
高挡输出轴挡位集油装置，包括输出轴、套设在所述输出轴上的滚针轴承、套设在所述滚针轴承上的外衬套、套设在所述输出轴上的齿毂、套设在所述外衬套和所述齿毂上的中部集油套筒、套设在所述中部集油套筒上的外集油套筒以及集油管；所述外集油套筒上开设有出油孔，所述集油管与所述出油孔连通；
低挡输出轴挡位集油装置，与所述高挡输出轴挡位集油装置结构相同；
第一驱动装置，用于驱动所述试验轴转动；
第二驱动装置，用于驱动所述输出轴转动。
如上所述的变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试系统，其中，优选的是，所述外集油套筒包括均为半圆筒状的顶部集油套筒和底部集油套筒，所述顶部集油套筒和底部集油套筒对接后形成圆柱筒状；
所述底部集油套筒对应各挡位滚针轴承的位置设置有弧状凹槽，所述弧状凹槽的中部设置所述出油孔。
如上所述的变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试系统，其中，优选的是，所述底部集油套筒的外部对应所述出油孔的位置设置有管状凸头，所述集油管套装在所述管状凸头上，所述凸头内设置有与所述出油孔连通的第一通孔。
如上所述的变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试系统，其中，优选的是，所述顶部集油套筒和所述底部集油套筒上均设置有翻边，在所述翻边上穿设螺栓将所述顶部集油套筒和所述底部集油套筒紧固连接。
如上所述的变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试系统，其中，优选的是，所述外衬套的轴向两端面均设置有第一油槽。
如上所述的变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试系统，其中，优选的是，所述齿毂的两侧端面均设置有第二油槽。
如上所述的变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试系统，其中，优选的是，所述中部集油套筒上设置有多组第二通孔，沿所述中部集油套筒的径向、呈180度分布。
如上所述的变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试系统，其中，优选的是，所述中部集油套筒上设置有用于与拆卸工具配合的拆卸孔。
如上所述的变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试系统，其中，优选的是，所述拆卸孔为矩形孔。
如上所述的变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试系统，其中，优选的是，所述第一驱动装置和所述第二驱动装置均为电机。
本发明提供的变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试系统通过设置试验轴来模拟待测的输入轴，并设置高挡输出轴挡位集油装置和低挡输出轴挡位集油装置来对实际流入滚针轴承的润滑油进行收集并测量，有效地模拟了滚针轴承的实际油量，从而为校正理论设计提供了依据，积累了设计经验。
附图说明
图1为现有技术中变速箱的局部剖视图；
图2为现有技术中变速箱内各挡位滚针轴承实际润滑油的走向示意图；
图3为本发明实施例提供的变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试系统的结构示意图；
图4为试验轴、高挡输出轴挡位集油装置以及低挡输出轴挡位集油装置相配合的示意图；
图5为试验轴的结构示意图；
图6为高挡输出轴挡位集油装置的外形结构示意图；
图7为高挡输出轴挡位集油装置的结构剖视图；
图8为外衬套的结构示意图；
图9为齿毂的结构示意图；
图10为中部集油套筒的结构示意图；
图11为顶部集油套筒由外向内看的结构示意图；
图12为顶部集油套筒由内向外看的结构示意图；
图13为底部集油套筒由外向内看的结构示意图；
图14为底部集油套筒由内向外看的结构示意图。
附图标记说明：
1′-高挡输出轴 2′-低挡输出轴
1-试验轴 11-前端外花键 2-高挡输出轴挡位集油装置 21、22-2挡滚针轴承外衬套 23-5挡滚针轴承外衬套 24-2/6挡同步器改制齿毂 25-5/6挡轴向挡圈 26-5挡同步器改制齿毂 27-中部集油套筒 271-第二通孔 272-拆卸孔 28-油封 29-顶部集油套筒 210-底部集油套筒 211-端面法兰盘 212-集油管 213-输出轴 214-第一油槽 215-第二油槽216-弧状凹槽 217-出油孔218-凸头 3-低挡输出轴挡位集油装置 4-第一驱动装置 5-第二驱动装置
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
图3为本发明实施例提供的变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试系统的结构示意图，如图3所示，本发明实施例提供了一种变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试系统，其中，包括试验轴1、高挡输出轴挡位集油装置2、低挡输出轴挡位集油装置3、第一驱动装置4和第二驱动装置5。
图4为试验轴、高挡输出轴挡位集油装置以及低挡输出轴挡位集油装置相配合的示意图，图中所示的三者配合后的总成姿态基本与变速箱在台架及整车中的实际安装姿态保持一致，高/低挡输出轴挡位集油装置2和3安装后的姿态需保持图4所示的姿势。图4中的左边为差速器总成，其结构与现有技术中的差速器结构相同，在本发明实施例提供的测试系统中，其仅是在模拟试验中使用，在此不再赘述。
图5为试验轴的结构示意图，如图5所示，试验轴1用于模拟输入轴，由第一驱动装置4驱动，该第一驱动装置4可以是电机。试验轴1可利用现有技术中的输入轴改制，改制的试验轴1基于原始状态仅将各挡位主动齿轮(1挡、3/5挡、4/6挡、2/R挡)的轮齿部分去除，改为圆柱替代，其目的是为了为高/低挡输出轴挡位集油装置2、3留出足够的安装布置空间。该试验轴1包括前端外花键11，所述前端外花键11用于对离合器进行径向支撑和轴向定位，使双离合器可以正常按照各种设定工况进行运转，使双离合器冷却润滑油可以按照实际流量留出，并依附壳体导油筋流入高/低挡输出轴213的内孔内，最终以保证集油装置采集的油量的精确性。
低挡输出轴挡位集油装置3与所述高挡输出轴挡位集油装置2结构相同，本发明实施例以高挡输出轴挡位集油装置2的结构为例进行说明。图6为高挡输出轴挡位集油装置2的外形结构示意图，图7为高挡输出轴挡位集油装置2的结构剖视图。请参照图6和图7，高挡输出轴挡位集油装置2，包括输出轴213、套设在所述输出轴213上的滚针轴承、套设在所述滚针轴承上的外衬套、套设在所述输出轴上的齿毂、套设在所述外衬套和所述齿毂上的中部集油套筒、套设在所述中部集油套筒上的外集油套筒以及集油管；所述外集油套筒上开设有出油孔，所述集油管与所述出油孔连通。其中，输出轴213由第二驱动装置5驱动，第二驱动装置5可以是电机。
本发明实施例提供的变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试系统通过设置试验轴1来模拟待测的输入轴，并设置高挡输出轴挡位集油装置2和低挡输出轴挡位集油装置3来对实际流入滚针轴承的润滑油进行收集并测量，有效地模拟了滚针轴承的实际油量。
如图6和图7所示，高挡输出轴挡位集油装置2需装配在部分原始轴系部件之上，如上图6中未标示出的部分零件，自右向左分别为高挡输出轴213、前端圆锥滚子轴承、前端内孔集油环、2挡滚针轴承、2/6挡同步器齿毂轴向卡环、6挡滚针轴承、5挡滚针轴承组件、后端圆锥滚子轴承、后端预紧螺栓。
图8为外衬套的结构示意图，如图8所示，外衬套包括2挡滚针轴承外衬套21、22和5挡滚针轴承外衬套23，2挡滚针轴承外衬套21、22和5挡滚针轴承外衬套23均为径向薄壁衬套结构，在轴向两端面各设有两对第一油槽214(油槽结构完全参照原始挡位齿轮端面油槽特征)，其内孔孔径设定与原始挡位齿轮内孔尺寸完全一致，外径小于中部集油套筒27的内孔孔径，且保证径向单边至少2mm的间隙即可；其主要作用为模拟各挡位从动齿轮作用，对滚针轴承产生一定的径向压力，最终目的是使滚针轴承润滑油流向及流量均尽可能贴近实际工况。
图9为齿毂的结构示意图，如图9所示，齿毂包括2/6挡同步器改制齿毂24和5挡同步器改制齿毂26，2/6挡同步器改制齿毂24、5/6挡轴向挡圈25、5挡同步器改制齿毂26外径相同，且均通过外圆表面和中部集油套筒27的内孔过盈配合。其中5/6挡轴向挡圈25的内孔与高挡输出轴213轴颈过盈配合，2/6挡同步器改制齿毂24和5挡同步器改制齿毂26的内孔通过花键和高挡输出轴213过盈配合，花键参数保持和原始同步器齿毂花键相同；2/6挡同步器改制齿毂24和5挡同步器改制齿毂26的左右端面设有第二油槽215，其油槽结构完全参照原始同步器齿毂端面油槽特征加工而成。
图10为中部集油套筒的结构示意图，如图10所示，优选的是，中部集油套筒27在轴向分别对应各挡位滚针轴承中部位置处，沿径向方向，分别设有3组径向通孔，即第二通孔271。每组设有2个，角度距180°。进一步地，在中部集油套筒27左端，沿径向方向设有拆卸孔272，该拆卸孔272优选为矩形通孔，其作用是为了拆卸时方便配合工具进行拆卸。需要说明的是，中部集油套筒27的安装后其前端端面需与高挡输出轴213常啮合主动齿轮端面严密贴合，不允许油液从贴合端面流出。
图11为顶部集油套筒由外向内看的结构示意图，图12为顶部集油套筒由内向外看的结构示意图，图13为底部集油套筒由外向内看的结构示意图，图14为底部集油套筒由内向外看的结构示意图。参照图11至图14，优选的是，所述外集油套筒包括均为半圆筒状的顶部集油套筒29和底部集油套筒210，所述顶部集油套筒29和底部集油套筒210对接后形成圆柱筒状；所述底部集油套筒210对应各挡位滚针轴承的位置设置有弧状凹槽216，所述弧状凹槽216的中部设置所述出油孔217。
具体地，顶部集油套筒29为一半圆筒状构，其内孔处在分别对应4个SC型油封28的安装位置处设有4个安装槽，槽的公称外径与SC型油封28外径相同，彼此过盈配合。油封28根据实际设计尺寸进行选型即可，达到将收集的油液隔离成不同闭合区域且相互不允许油液混淆的目的即可，在此不做赘述。
进一步地，所述顶部集油套筒29和所述底部集油套筒210上均设置有翻边，在所述翻边上穿设螺栓将所述顶部集油套筒29和所述底部集油套筒210紧固连接。顶部集油套筒29在圆周方向的两端设有延伸出的翻边，在两端翻边等距设有3个M5螺栓通孔；在轴向方向的后端设有一个法兰板，在法兰板上间隔120°位置设有2个M5螺栓通孔。
底部集油套筒210在圆周方向的两端设有延伸出的翻边，两端翻边上各等距设有3个M5螺栓通孔，且保证安装后与顶部集油套筒29两端翻边上的螺栓孔位一致。在轴向方向的后端设有一个法兰板，在法兰板上设有1个M5螺栓通孔，且保证该螺栓通孔与顶部集油套筒29的法兰板上的螺栓通孔之间角度均互为120°
在底部集油套筒210内孔中4个油封28安装槽之间的3个区域，分别在对应各挡位滚针轴承中部位置设有一段弧形凹槽(此凹槽具有主动导油的作用)，并在各弧形凹槽中部位置设有一个圆形通孔，即出油孔217。
进一步地，集油管212与出油孔217之间的连通可以通过如下方式实现：在底部集油套筒210的外圆对应出油孔217的位置设有3个管状凸头218，凸头218内部设有第一通孔并与弧形凹槽中部的出油孔217连通。
集油管212的材质可以是透明胶质软管，透明胶质软管紧固安装在底部集油套筒210的管状凸头218上，在壳体对应位置需预先开孔，使透明胶质软管的另外一端穿过壳体开孔，引出后需保证软管无明显能阻碍油液流向的弯折变形或打结，引出的透明胶质软管自由端放入对应量杯即可，并对壳体开孔和软管交接的缝隙处涂胶封闭，防止油液泄露。
端面法兰盘211的内外径尺寸与顶部集油套筒29的后端法兰板内外径尺寸一致，端面设有3个M5和3个M10的螺栓孔，每个孔位之间间隔60°。3个M5螺栓孔分别对应顶部集油套筒29和底部集油套筒210的端面法兰板上的M5螺栓孔，通过M5螺栓进行紧固连接。
3个M10螺栓通孔对应壳体相应的位置设有3个M10螺栓通孔，通过M10螺栓将端面法兰盘2112.11紧固安装在壳体上，需对壳体上的3M10螺栓孔的位置度提出较高要求，并保证安装后端面法兰盘211的内孔与高挡轴锥轴承壳体轴承座孔之间的同轴度达到φ0.05；上述要求的目的是为了保证SC型油封28的安装可靠性及在工作状态(高转速差下)的封油性能。
低挡输出轴挡位集油装置3和上述高挡输出轴挡位集油装置2的总体设计、装配思路及零部件结构特征、功能基本一致，在此不做赘述。
利用本发明实施例提供的测试系统时，其具体的测试方法如下：
步骤1、泄漏测试。
将所测试的变速箱总成(加油口螺栓不装，方便试验中加注润滑油)安装至台架上，并连接驱动电机；从变速箱加油口加注1L润滑油，观察变速箱是否存在油液泄漏点，尤其关注壳体开孔位置，若发现有油液泄露处，需进行打胶堵住泄漏点，直至无油液泄露为止。
完成测试后，将变速箱中润滑油量加注至规定值，各透明胶质软管暴露在变速箱外部的接头均置于相应量杯内。
步骤2、油液流失速度初步测试。
启动两个驱动电机和，均设定转速为2000rpm，运行时间5min后停机，同时将各透明胶质软管出油口夹住，禁止继续出油；将各量杯油液汇总，测得5min内变速箱油液流失总量为A L，计算得油液平均流失速度为A/5(L/mim)。
完成初步测试后，将搜集的油液重新注入变速箱内。
步骤3、驱动电机进行正式试验。
根据所测试的变速箱各挡位速比参数设计相应的试验工况，已知1/3/4/R挡布置在低挡输出轴213上，2/5/6挡布置在高挡输出轴上；1/2/3/4/5/6/R挡的挡位速比分别为i1/i2/i3/i4/i5/i6/iR，低挡主减速比为id1，高挡主减速比为id2；
试验工况分为1/2/3/4/5/6/R共计7个工况，两个驱动电机同时驱动转速，按照下表1所示的试验工况逐一进行，试验过程中需按照A/5(L/mim)的速率往变速箱内均匀加注油液(目的是保证变速箱内油液一直基本处于正常状态，防止由于油液流失过多导致油泵产生吸空情况)。每个试验工况完成后，需停机，同时将各透明胶质软管出油口夹住，禁止继续出油。将各量杯油液总量进行统计记录后，清空量杯。进行下一个试验工况，依次类推，直至完成所有试验工况。
表1试验工况
按照上述试验方法，进行单个工况试验后，设每个量杯收集的油液总量为B L,则该量杯对应的挡位滚针轴承的5min内流经的润滑油总量为B L，该挡位滚针轴承的润滑油量计算可得为B/5(L/min)；
本发明实施例提供的变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试系统，配合其设定的试验方法，可达到实测各挡位滚针轴承在不同转速工况下的实际润滑油量。其具有如下有益效果：
1、结合各挡位滚针轴承实测润滑油量数据，为校正理论设计提供依据，积累设计经验；
2、通过试验，验证各滚针轴承实际润滑油量的差异性，并根据试验结果对其润滑通道或润滑特征进行优化设计，提前预防由于润滑不良可能产生的后期失效；
3、由于变速箱内很多零部件的润滑冷却油来源一致，因此可采用此系统和方法验证局部润滑特征的设计失误是否导致其他零件的润滑状况；
4、在变速箱中若出现滚针轴承烧蚀、变色或布氏压痕等失效型式，则可通过该系统和方法，进行滚针轴承失效分析的专项验证，以确定是否存在润滑不良而导致相关失效型式的可能性及重要程度。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试系统，其特征在于，包括：
用于模拟输入轴的试验轴，包括前端外花键，所述前端外花键用于对离合器进行径向支撑和轴向定位；
高挡输出轴挡位集油装置，包括输出轴、套设在所述输出轴上的滚针轴承、套设在所述滚针轴承上的外衬套、套设在所述输出轴上的齿毂、套设在所述外衬套和所述齿毂上的中部集油套筒、套设在所述中部集油套筒上的外集油套筒以及集油管；所述外集油套筒上开设有出油孔，所述集油管与所述出油孔连通；
低挡输出轴挡位集油装置，与所述高挡输出轴挡位集油装置结构相同；
第一驱动装置，用于驱动所述试验轴转动；
第二驱动装置，用于驱动所述输出轴转动；
所述中部集油套筒上设置有多组第二通孔，沿所述中部集油套筒的径向、呈180度分布。
2.根据权利要求1所述的变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试系统，其特征在于，所述外集油套筒包括均为半圆筒状的顶部集油套筒和底部集油套筒，所述顶部集油套筒和底部集油套筒对接后形成圆柱筒状；
所述底部集油套筒对应各挡位滚针轴承的位置设置有弧状凹槽，所述弧状凹槽的中部设置所述出油孔。
3.根据权利要求2所述的变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试系统，其特征在于，所述底部集油套筒的外部对应所述出油孔的位置设置有管状凸头，所述集油管套装在所述管状凸头上，所述凸头内设置有与所述出油孔连通的第一通孔。
4.根据权利要求3所述的变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试系统，其特征在于，所述顶部集油套筒和所述底部集油套筒上均设置有翻边，在所述翻边上穿设螺栓将所述顶部集油套筒和所述底部集油套筒紧固连接。
5.根据权利要求1-4任一项所述的变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试系统，其特征在于，所述外衬套的轴向两端面均设置有第一油槽。
6.根据权利要求5所述的变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试系统，其特征在于，所述齿毂的两侧端面均设置有第二油槽。
7.根据权利要求1所述的变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试系统，其特征在于，所述中部集油套筒上设置有用于与拆卸工具配合的拆卸孔。
8.根据权利要求7所述的变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试系统，其特征在于，所述拆卸孔为矩形孔。
9.根据权利要求1-4任一项所述的变速器各挡位滚针轴承实际润滑油量的测试系统，其特征在于，所述第一驱动装置和所述第二驱动装置均为电机。
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