客车变速器疲劳寿命试验台机械结构设计 4文献综述

文献综述
题目客车变速器疲劳寿命试验台机械结构设计
二级学院车辆工程学院
专业车辆工程
班级 112040507
学生姓名徐朝聪学号 11204050725
指导教师职称
时间
客车变速器疲劳寿命试验台机械结构设计
徐朝聪
摘要：变速器是客车传动系统中的重要组成部分，其质量的好坏直接影响到客车的动力性、燃油经济性和操作性。

本文归纳出几种典型试验台的布置方案，并且进行一定的优缺点的比较。

简单阐述了国内国外变速器试验台架的发展现状。

对试验台架的夹具系统作出介绍。

关键字：变速器试验台机械结构夹具设计
Abstract：Bus transmission gearbox is an important part of its quality directly affects the bus power, fuel economy and maneuverability. This article summarizes the layout plan several typical test station, and carry out certain comparative advantages and disadvantages. Briefly discusses the development situation of domestic and foreign Transmission Test Bench. On the test bench clamping systems make a presentation.
Keywords: Transmission Test Bench Mechanical Structure Fixture Design
1 课题研究的目的和意义
1.1 客车变速器的发展现状
目前，汽车的变速器主要有5类：MT、AT、CVT、AMT、DCT。

在欧洲，客车自动变速器配备率达到70%以上，但是在我国考虑到客车与乘用车作为消费品有所不同，自动变速器的配比率只有10%。

客车主要是用于交通运输，追求营运效果，因此对成本比较敏感，手动变速器的生产及维修较自动变速器简单，可以降低商用车的购置和使用成本，所以客车变速器市场主要还是手动变速器一统天下。

国内商用车变速器行业中具有大规模和较大生产规模的企业主要有陕西法士特汽车传动集团有限公司、一汽集团解放公司变速器分公司、哈尔滨一汽变速器股份有限公司、浙江万里扬变速器股份有限公司、浙江中马汽车变速器股份有限公司、格特拉克（江西）传动系统有限公司、一汽轿车长春齿轮有限公司、东风汽车变速器有限
公司、中国重汽集团大同齿轮有限公司、綦江齿轮传动有限公司、杭州前进齿轮箱集团股份有限公司等。

此外，我国还分散着一些规模较小的商用车变速器生产企业。

特别是綦江齿轮传动有限公司，荣登国内大中型客车变速器的市场份额排名第一，其主要产品有S6-161、S6-160 、S6-100、QJ16、S2200、 QJ16、S1900 等。

本课题综和考虑技术可行性、变速器未来发展趋势及产业化等方面因素，最终确定采用MT作为研究对象。

1.2变速器实验台的重要性
汽车变速器开发研究主要是通过理论计算和分析得出所需性能要求。

在根据设计计算的结果进行生产，这不可避免存在缺陷。

产品在后期的实验和检测工作就显得尤为重要，因此有人说“汽车是实验出来的”。

国外汽车工业由于发展时间较长，并对试验检测工作十分重视，在资金上给予了巨大的投入，一般都有较为齐全的实验装备。

再加上严格管理和精良的设备，与国内形成了较大的差距。

所以，我国必须加大对试验检测设备的投入，才能大大缩短同国外同类厂家在试验手段上的差距，有利于我国汽车产品在国内外的竞争能力。

近年来，变速器质量不过关的事件频频出现：2003年8月，本田公司召回CRV 车型，是由于该车型变速器故障，泊车档位出现问题，会导致汽车碰撞事故的发生。

2005年，戴姆勒-克莱斯勒公司召回了476辆克莱斯勒300C（LX)车型，召回汽车的问题在于其使用的42RLE变速器内，有一个用于保持驻车制动爪定位销卫视的杯状固定塞存在不当装配，有可能妨碍驾驶员视线车辆驻车档功能。

因此，在工厂生产过程中，能对变速器做负荷试验和换挡等各种性能试验，及时发现产品的缺陷，对保证整车质量，主机厂的经济效益和声誉至关重要。

1.3变速器试验台内容
变速器性能试验主要包括：1变速器起步测试；2各档换挡测试；3疲劳寿命测试；4变速器加载能力；5变速器操纵（同步器）性能的测试；6跳档测试，除此之外还有噪音监测和温度检测等。

上诉实验的完成都是基于试验台架对变速器实际工况进行模拟的条件下进行的。

本课题仅针对疲劳寿命试验台做机械结构设计。

疲劳试验需按照汽车行业标准QC\T 568.4-2010汽车机械式变速器总成台架试验方法的规定，对每个挡位进行规定次数和规定时间的试验。

试验结束之后，需对测试的变速器进行拆箱检验。

2 变速器疲劳寿命试验台的结构特点
自1876年5月汽车的发动机性能测试的开始，汽车实验技术发展了100多年，特别是现代测试技术的发展，从最初的汽车的零部件测试到目前动力系统测试，安全性测试，汽车电子试验等。

从机构形式上讲，变速器疲劳寿命试验台有开式试验台( 如电涡流测功机) 和闭式试验台。

开式试验台往往由于变速器输出的功率不能回收利用, 目前只有少数传递功率较小的变速器试验还在使用开式试验台; 对于传递功率较大的变速器, 使用功率封闭的闭式试验台。

闭式试验台在试验台上安装一台与被试验变速器档位数及各档速比相同的变速器作为陪试箱, 陪试箱输出端与主试箱输出端联接( 背靠背) 。

由于陪试变速器输出端实际运转时成为功率输入端, 且运转方向与主试样件相反, 故其运转时间数据仅可作为参考数据。

闭式试验台根据功率封闭的形式不同又可分为以下两种：
2.1电封闭式变速器疲劳寿命试验台
如图一所示，电封闭式试验台用一台发电机作为负载, 其所发出的电能通过处理后重新返回电网再利用。

电能通路有的采用大循环式( 电能返回电网) ,也有的采用小循环式( 电能经过处理后直接进入驱动电机)。

主试变速器的输入端安装一台转矩转速传感器,陪试箱与主试箱背靠背串接, 在陪试箱的输出端接一台与主试箱输入端一致的传感器( 量程范围, 转速范围、精度等级相同) ,扭矩传感器测量得到的输入、输出功率经计算后可以得到机械效率。

但该测量方法得到的数据是两台变速器的平均值。

图一电封闭式变速器疲劳寿命试验台结构
电封闭试验台有以下特点：
A.其工作原理是调整负载电机的励磁电压进行加载，所以机械部分较简单；
B.试验台可以进行道路工况载荷模拟，不仅可以=进行稳态工况模拟，又可以与道路工况相联系，进行瞬态工况模拟，更切合道路工况实际的模拟实验；
C.试验台的驱动电机可以进行电能回馈，做到能量回收，提高能量利用率；
D.需速比级基本相同的变速器做陪试；
E.扭矩、转速完全靠电器控制与保证，电器复杂，故障诊断难，维修不便。

2.2机械封闭式试验台
结构如图二所示。

加载器用于机械闭环系统扭矩的施加及调整, 结构型式有液压加载器、电动同步加载器、机械式手动加载器;被试变速器输入功率是从被试变速器输出端传出经由陪试箱、变速器2、加载器、变速器1返回的功率和由驱动电机输出的功率构成的。

驱动电机输出功率相当于系统运转过程中损耗功率的重新补充。

由于机械闭环系统功率损耗不大,故所需驱动电机的功率仅仅是被试变速器运转功率的一小部分。

图二机械封闭式试验台结构
机械封闭式试验台有以下特点：
A.通过闭环内的电动或液压加载，维修方便。

B.性能稳定可靠；
C.尺寸链长,系统安装调整难；
D.工作噪声大，温度高。

3 变速器试验台在国内外发展现状概况
变速器作为汽车传动系统的核心部件，其品质的提高也必将是汽车厂商重点研究的对象，要想设计出性能优越的变速器，设计人员不仅要扎实的理论知识基础，同时大量的试验也是必不可少的。

因此，为获得详尽、准确的试验数据，就必须有性能优良的变速器试验台。

研制能够准确检测变速器质量的实验设备，已经引起了国内外各大汽车制造商的普遍重视。

通过对变速器试验台架的长期研究与创新，国内外研究机构及相关企业已经开发出了形式各异，种类繁多的试验台架，其测试功能基本满足了当今变速器试验的需求。

国外比较著名的试验台架公司主要有采埃孚（ZF）、吉孚（GIF）等。

国外的试验台设备在各方面都有优异的表现，比如，在结构上，他们能够基于人机工程学角度进行试验台的结构设计，并充分考虑现场操作空间环境，设计出结构合理，操作方便的试验台，同时试验台还兼顾了外表的美观性；在性能方面，国外的试验台生产企业不惜花费高额成本，采用高精度的格式传感器以及先进的计算机控制技术，所得到的试验数据快速、准确、详尽，检验结果形象直观。

但是，国外研究机构设计出的试验台设备比较复杂，维修起来比较困难，通用性也比较差。

变速器厂商一旦需要增加检测变速器的种类，就必须要增加新的设备，需要试验台设计人员进行改进设计。

这不仅耽误工时，同时也增加了成本，因而会带来一些经济损失。

相比较于国外产品，国内相关企业由于起步比较晚，技术距离国外技术还有很大的差距，另外由于国外技术的保密性，所以在技术上，国内还有很多工作要做。

不过，现在国内厂商已经开始加大对试验台的投入，不仅开始逐步采用国外高精度的传感器以及先进的计算机控制系统，同时也对结构进行改进研发设计。

4 变速器试验台夹具系统
试验台夹具系统是变速器试验台架的重要部件，他起着保证变速器牢固稳定的安装在实验台上使用，同时在在线测试实验台上还要保证变速器测试件能够方便快捷的安装到位。

夹具系统的设计是否优良直接影响到整个试验台架的品质。

夹具系统准确的定位性能够保证变速器定位是无撞击，可以避免卡滞甚至安装不到位的现象产生；而夹具系统的变形情况则会影响到已安装的变速器是否水平，进而会影响到变速器驱动端与加载段的传动轴衔接情况，影响他的同轴度。

二同行走读对高速旋转的试
验台是非常重要的。

不同轴不仅会引起试验台的极大振动，同时也可能损坏变速器。

同时夹具系统本身在试验台高速旋转是也会产生振动，也会在一定程度上影响到试验台的同轴度，并且如果夹具系统和试验台台架产生共振将会带来严重的后果。

通过对家具系统进行定位误差分析以及夹紧力的计算可以很好地保证变速器安装的快捷和牢固可靠性。

同时通过有限元对夹具系统进行静态和动态分析可以清楚的了解夹具系统的性能。

在提倡轻量化设计的今天，结合有限元分析，通过动态设计和结构优化，不仅可以设计出性能优良的夹具系统，同时也能在一定程度上达到轻量化设计的目的。

5 总结
学生在寒假期间，通过大量阅读国内外与课题相关的中英文文献资料，认识到有关汽车变速器试验台的基本知识，了解到国内外变速器试验台的发展状况。

归纳总结出几种典型试验台机械结构布置方案，并比较了其优缺点。

总共搜集到的文献资料有31篇，外文文献有6篇，相关论文18篇，相关书籍12本。

通过对资料的整理和阅读，充分认识了变速器试验台的重要作用，知道了变速器试验台目前所存在的主要难。

另一方面，提高了自己搜集整理资料的能力，改善了对待学习和研究的态度，培养了刻苦专研的精神，为以后的学习和工作提供了极大帮助。

参考文献
[1]王宝玺，贾庆祥. 汽车制造工艺学. 北京：机械工业出版社. 2007.7.
[2]张有禄. 变速箱疲劳寿命试验台的结构特点及选用. 机械管理开发第23卷第5
期.2008.10.
[3]卢立军. 大中型汽车变速箱综合性能试验台的设计. 北京机械工业自动化研究
所. 2007.2.
[4]万茂松,阂永军. 汽车自动变速器试验台的设计. 南京林业大学机电学院.
2002.8.
[5]蔡伟义,李贵炎.自动变速器试验台的研制. 客车技术与研究第25卷第6期.
2003.6.
[6]江征风，胡业发. 通用型汽车变速箱闭式试验台. 武汉理工大学.2005.7
[7]Amruta Lomate , Suhas Mohite. Design and Development of Torque Testing
Rig for a Gearbox.International Journal of Computer Communication and Information System.Vol2. No1. ISSN: 0976–1349 July – Dec 2010.
[8]李占贤,苏景存. 变速箱疲劳试验台的研究与应用. 机械工程与自动化第1期.
2013.2.
[9]李俊玉．重载车辆AMT测试试验台研究．浙江大学硕士论文．2014.3.
[10]栾奥天. 汽车变速箱耐久试验台系统设计. 盐城中马汽车零部件有限公司.
2012.3.
[11]石晓辉，施全. 一种汽车手自动变速器综合试验台. 重庆工学院.2008.7.
[12]樊俊松，陈辛波. 可自动调整位置的汽车变速器通用试验台架. 同济大学.
2010.11.
[13]李铁松. 汽车变速器试验台. 长春华伊变速箱有限责任公司. 2009.7.
[14]梁毅锋，何斌斌. 一种变速箱试验台架. 浙江中柴机械有限公司. 2013.8
[15]李海兵，孙懿. 前置前驱车用变速箱试验台. 南通常测机电设备有限公司. 2011.11。