變速箱殼體變形試驗系統的製作方法

2023-04-28 21:52:47

本實用新型涉及汽車零部件檢測技術領域，特別的涉及一種變速箱殼體變形試驗系統。

背景技術：

變速箱殼體作為變速器總成中的重要基礎部件，與發動機、懸置等整車部件連接，將變速箱中的齒輪、軸、軸承及撥叉等有關零部件組裝成一個整體，保持齒輪、軸系之間的正確位置，並使它們按照一定的傳動關係協調地傳遞動力。變速器的各軸均通過軸承支撐在箱體上，齒輪傳動過程中，箱體承受較大的載荷，同時其又承受整車制動或者加速時動力總成引起的慣性力與衝擊並產生較大的變形和應力，因此箱體的強度、剛度和疲勞性能直接影響變速器的可靠性和壽命，進而影響整車的使用性能。目前，鮮有對變速箱箱體的強度和剛度進行試驗的研究。

技術實現要素：

針對上述現有技術的不足，本實用新型所要解決的技術問題是：如何提供一種加載方法簡單，控制與響應精度高，重複性好，有利於提高變速箱殼體變形試驗的效率和準確性的變速箱殼體變形試驗系統。

為了解決上述技術問題，本實用新型採用了如下的技術方案：

一種變速箱殼體變形試驗系統，其特徵在於，包括試驗臺架裝置以及測控系統，所述試驗臺架裝置包括底座，用於固定變速箱的輸入軸端的端連接支架以及用於支撐變速箱的輸出軸端的末端支撐座，所述端連接支架和末端支撐座上按照實車安裝定位方式安裝有待測變速箱；所述底座位於所述待測變速箱的輸出軸的一側設置有用於固定抱死待測變速箱的輸出軸的固定抱死機構，所述待測變速箱的輸出軸固定連接在所述固定抱死機構上；所述底座位於所述待測變速箱的輸入軸的一側設置有加載器支架以及安裝在所述加載器支架上的扭矩加載裝置，所述扭矩加載裝置的輸出軸與所述待測變速箱的輸入軸同軸連接；所述測控系統包括安裝在所述扭矩加載裝置的輸出軸上的轉矩傳感器，粘貼在待測變速箱的殼體的待測點上的應變式傳感器，數據採集系統以及計算機，所述轉矩傳感器和應變式傳感器均通過所述數據採集系統連接至所述計算機；所述計算機還連接有用於控制所述扭矩加載裝置的輸出扭矩的加載控制器，所述加載控制器連接至所述扭矩加載裝置。

採用上述系統，通過計算機控制加載控制器，主要控制扭矩加載裝置按照設定值對待測變速箱的輸入軸進行扭矩的加載，由於固定抱死機構將待測變速箱的輸出軸抱死，使得變速箱的輸入軸和輸出軸存在相對的扭轉變形，改變殼體軸承支撐處的受力情況，使扭矩作用到變速箱殼體上，引起變速箱殼體的變形，通過粘貼在待測變速箱殼體上的應變式傳感器可以檢測到殼體的應變數據，並通過數據採集系統輸入到計算機中，計算得到主應力值，完成對變速箱殼體變形的測量。在扭矩加載裝置的輸出軸上安裝轉矩傳感器，便於數據採集系統和計算機能夠獲取到扭矩加載裝置輸出的實時扭矩，可以實現對扭矩加載裝置閉環控制，提高扭矩輸出的精度。

進一步的，所述加載器支架為下端具有彈性的彈性支架。

這樣，可以減少施加扭轉負荷時因樣品變形帶動扭矩加載裝置微小的扭轉負荷，具有緩衝和復位的作用。

進一步的，所述應變式傳感器設置有多個，分別粘貼在待測變速箱的輸出軸後軸承孔的外側邊緣、中間軸後軸承孔的外側邊緣、後殼軸承位置施加載荷處、中殼軸承位置施加載荷處以及主箱體外側。

由於上述位置通常是變速箱在實際行車過程中受力以及有限元分析應力較大的位置，在這些部位設置應變式傳感器可以得到更加準確地測量結果。

進一步的，所述扭矩加載裝置為液壓伺服扭轉作動器。

液壓伺服扭轉作動器具有動態響應精度高、負載剛度大、控制功率大等特性。採用液壓伺服扭轉作動器能夠實現精準的扭矩輸入，有利於提高測量準確性。

綜上所述，本實用新型具有加載方法簡單，控制與響應精度高，重複性好等優點，可以提高變速箱殼體變形試驗的效率和準確性。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例的結構示意圖。

圖2為變速箱處於一檔位置時扭矩幅值為100Nm加載曲線1。

圖3為變速箱處於一檔位置時扭矩幅值為100Nm加載曲線2。

圖4為變速箱處於一檔位置時扭矩幅值為200Nm加載曲線1。

圖5為變速箱處於一檔位置時扭矩幅值為200Nm加載曲線2。

圖6為變速箱處於一檔位置時扭矩幅值為270Nm加載曲線1。

圖7為變速箱處於一檔位置時扭矩幅值為270Nm加載曲線2。

圖8為變速箱處於一檔位置時扭矩幅值為300Nm加載曲線1。

圖9為變速箱處於一檔位置時扭矩幅值為300Nm加載曲線2。

圖10為變速箱處於一檔位置時測點1在200Nm加載水平下的應變圖。

圖11為變速箱處於一檔位置時測點1在200Nm加載水平下的計算應力圖。

圖12為變速箱處於一檔位置時測點2在200Nm加載水平下的應變圖。

圖13為變速箱處於一檔位置時測點2在200Nm加載水平下的計算應力圖。

圖14為測點1在300Nm加載水平下3個檔位的主應力值。

圖15為測點2在300Nm加載水平下3個檔位的主應力值。

圖16為變速箱處於一檔位置時測點1在不同加載幅值穩態工況下主應力值。

圖17為變速箱處於一檔位置時測點2在不同加載幅值穩態工況下主應力值。

圖18為變速箱處於一檔位置時測點1在不同加載幅值穩態工況下主應力差值對比圖。

圖19為變速箱處於一檔位置時測點2在不同加載幅值穩態工況下主應力差值對比圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步的詳細說明。

具體實施時：如圖1所示，一種變速箱殼體變形試驗系統，包括試驗臺架裝置1以及測控系統2，所述試驗臺架裝置1包括底座11，用於固定變速箱的輸入軸端的端連接支架12以及用於支撐變速箱的輸出軸端的末端支撐座13，所述端連接支架12和末端支撐座13上按照實車安裝定位方式安裝有待測變速箱14；所述底座11位於所述待測變速箱14的輸出軸的一側設置有用於固定抱死待測變速箱的輸出軸的固定抱死機構15，所述待測變速箱14的輸出軸固定連接在所述固定抱死機構15上；所述底座11位於所述待測變速箱14的輸入軸的一側設置有加載器支架16以及安裝在所述加載器支架16上的扭矩加載裝置17，所述扭矩加載裝置17的輸出軸與所述待測變速箱14的輸入軸同軸連接；所述測控系統2包括安裝在所述扭矩加載裝置17的輸出軸上的轉矩傳感器21，粘貼在待測變速箱14的殼體的待測點上的應變式傳感器22，數據採集系統23以及計算機24，所述轉矩傳感器21和應變式傳感器22均通過所述數據採集系統23連接至所述計算機24；所述計算機24還連接有用於控制所述扭矩加載裝置17的輸出扭矩的加載控制器25，所述加載控制器25連接至所述扭矩加載裝置17。

採用上述系統，通過計算機控制加載控制器，主要控制扭矩加載裝置按照設定值對待測變速箱的輸入軸進行扭矩的加載，由於固定抱死機構將待測變速箱的輸出軸抱死，使得變速箱的輸入軸和輸出軸存在相對的扭轉變形，改變殼體軸承支撐處的受力情況，使扭矩作用到變速箱殼體上，引起變速箱殼體的變形，通過粘貼在待測變速箱殼體上的應變式傳感器可以檢測到殼體的應變數據，並通過數據採集系統輸入到計算機中，計算得到主應力值，完成對變速箱殼體變形的測量。在扭矩加載裝置的輸出軸上安裝轉矩傳感器，便於數據採集系統和計算機能夠獲取到扭矩加載裝置輸出的實時扭矩，可以實現對扭矩加載裝置閉環控制，提高扭矩輸出的精度。

實施時，所述加載器支架16為下端具有彈性的彈性支架。

這樣，可以減少施加扭轉負荷時因樣品變形帶動扭矩加載裝置微小的扭轉負荷，具有緩衝和復位的作用。

實施時，所述應變式傳感器22設置有多個，分別粘貼在待測變速箱14的輸出軸後軸承孔的外側邊緣、中間軸後軸承孔的外側邊緣、後殼軸承位置施加載荷處、中殼軸承位置施加載荷處以及主箱體外側。

由於上述位置通常是變速箱在實際行車過程中受力以及有限元分析應力較大的位置，在這些部位設置應變式傳感器可以得到更加準確地測量結果。

實施時，所述扭矩加載裝置17為液壓伺服扭轉作動器。

液壓伺服扭轉作動器具有動態響應精度高、負載剛度大、控制功率大等特性。採用液壓伺服扭轉作動器能夠實現精準的扭矩輸入，有利於提高測量準確性。

具體實施時，所述扭矩加載裝置17的輸出軸上還設置有角位移傳感器。這樣，可以通過角度的控制調整變速器初始位置，消除間歇，以便於進行扭矩控制，有利於提高測量的準確性。

試驗時，採用如下步驟：A、先獲取上述變速箱殼體變形試驗系統，將待測變速箱按照實車安裝定位方式安裝在試驗臺架裝置1上，並將待測變速箱的輸出軸抱死固定；

B、將待測變速箱的輸入軸與扭矩加載裝置的輸出軸相連，並在二者之間設置扭矩傳感器和角位移傳感器，分別用於檢測扭矩加載裝置的輸出軸的轉角和施加在待測變速箱的輸入軸的扭矩；

C、在待測變速箱的殼體上選取殼體變形的待測點，並將應變片或應變花貼在選取的待測點處；

D、通過計算機實時獲取扭矩傳感器和角位移傳感器的檢測信號，將變速箱掛入前進檔位或倒車檔位中，採用閉環控制的方式控制扭矩加載裝置對待測變速箱的輸入軸進行加載，加載時，先將扭矩加載裝置的輸出扭矩在時間t1內由零逐漸增加至扭矩設定值，並在時間t2內保持穩定，然後在時間t3內由該扭矩設定值逐漸減小至零；

E、記錄粘貼在待測點上的應變片或應變花的應變數據，通過應力-應變換算公式計算得到待測點的主應力值。

採用上述方法，將變速箱掛入前進或倒車檔位，通過扭矩加載裝置對變速箱的輸入軸進行加載，由於變速箱的輸出軸固定抱死，使得變速箱的輸入軸和輸出軸存在相對的扭轉變形，改變殼體軸承支撐處的受力情況，使扭矩作用到變速箱殼體上，引起變速箱殼體的變形，採用應變片或應變花對變速箱殼體的應變數據進行檢測，通過應力-應變的換算公式，可以獲得準確的主應力值。採用計算機的閉環控制方式能夠確保扭矩加載裝置輸出的轉矩精度較高，且穩定可靠；將扭矩由零逐漸增加至扭矩設定值和由扭矩設定值逐漸減小至零的加載過程，可以對變速箱殼體的動態變形過程進行試驗；將扭矩保持在扭矩設定值，可以對變速箱殼體的靜態變形過程進行試驗。這樣，可以完成對變速箱殼體的動態和靜態變形過程進行試驗，接近變速箱的實際約束情況，有利於提高試驗的可靠性和準確性。設置角位移傳感器，可以通過角度控制調整變速器初始位置，消除間歇，以便於進行扭矩控制，有利於提高測量的準確性。

其中，所述步驟D中，分別將變速箱掛入1檔、2檔和倒擋中，對處在不同檔位上待測變速箱的輸入軸進行加載，在相同的時間t1內將扭矩加載裝置的輸出扭矩由零逐漸增加至同一扭矩設定值，並在相同的時間t2內保持穩定，然後在相同的時間t3內由該扭矩設定值逐漸減小至零。

由於變速箱1檔、2擋和倒擋的速比較大，輸出轉速低且扭矩大，所以在1檔、2擋和R擋齒輪所傳遞的扭矩、嚙合力以及殼體受力都比較大。採用上述工況加載方法，可以模擬變速箱殼體在實際行駛過程中受力較大的情況，有利於提高試驗的效率以及準確性。

其中，所述步驟D中，在同一檔位上，分別採用多個不同的扭矩設定值對待測變速箱的輸入軸進行加載，保證每次加載過程中的t1、t2和t3分別對應相等。

採用上述方法，在不同的扭矩設定值時，控制t1、t2和t3分別對應相等，使得在相同的時間t1和相同的時間t3內，由於幅值的不同，使得扭矩加載曲線的斜率會發生變化，這樣，可以對不同的動態加載過程中殼體的動態變形過程進行測試。而將不同的扭矩設定值保持穩定在相同的時間t2內，可以對不同靜態幅值加載情況下變速箱殼體變形過程進行測試。這樣，可以測試變速箱在實際行駛過程中所受到的不同幅值的穩態載荷、不同的斜率的動態載荷變下的變形情況，可以有效提高試驗的效率和準確性。

實施例：由於變速箱一檔二擋和倒擋的速比大，輸出轉速低且扭矩大，所以一檔、二擋和R擋齒輪所傳遞的扭矩、嚙合力，殼體受力都比較大，因此主要考慮變速器總成在1擋、2擋和R擋在輸入扭矩作用下的受力情況。

採用變幅值、變斜率的加載方式，綜合考慮變速箱動態與靜態變形試驗過程，試驗時，在1擋、2擋和R擋的每個檔位上，在20s內，分別將扭矩緩慢加載至100Nm、200Nm、270Nm和300Nm，並保持穩定20s，然後在20s內，分別將扭矩從100Nm、200Nm、270Nm和300Nm緩慢將為0Nm。加載時，將扭矩逐漸增大或減小，可以對變速箱殼體的動態變形過程進行試驗。而將幅值穩定一段時間，可以對變速箱殼體的靜態變形過程進行試驗。在扭矩增大或減小的過程中，由於在相等的20s內，扭矩變化的幅值大小不同，使得幅值變化的斜率不一樣。這樣，可以對不同的動態加載過程中動態的殼體變形進行測量。而將扭矩穩定在不同幅值上可以對不同靜態幅值加載情況下變速箱殼體變形過程進行測量。扭矩加載如圖2至圖9所示，從加載曲線可以看出，扭矩加載穩定並且可以良好歸零，說明本試驗系統加載精度高、重複性好。

實際數據處理時，首先觀察每組數據的變化情況，粗看數據是否正常以及重複性是否良好並將每一個測點的應變數據通過應力-應變換算公式計算得到每一個測點的主應力值，計算每個測點在每種加載工況下3個樣本的穩態數據的差值，以及加載前和加載後穩態數據的差值，以檢查應變傳感器是否工作正常以及本試驗系統的重複性。

三軸Y型等角應變花的應變-應力換算公式如下：

其中，εx和εy分別為x軸和y軸方向的正應變，ε30、ε90和ε150分別沿30°、90°和150°方向的正應變，σ1,σ2為測點主應力，τmax為測點最大剪力，γxy為切應變，E為彈性模量，ν為泊松比。單軸應變片的應力-應變計算公式如下：

σ＝Eε (7)

σ為應力，ε為應變，E為彈性模量

現以變速器處於一檔位置，測點1三軸Y型等角應變花、測點2單軸應變片在200Nm加載水平下的應變-應力變化情況為例，數據處理結果如圖10～圖13所示。

安裝與調試完畢之後，進行試驗,分別採集5個測點R檔、1檔和2檔各3個應變樣本，根據公式(1)-(7)計算主應力值。僅以一檔的200Nm加載水平下測點2的應變曲線說明試驗結果。由圖9～圖12可知，試驗加載時，試驗數據穩定上升，扭矩穩定時，測點主應力和應變基本保持不變，卸載後應力與應變值恢復到試驗前，試驗數據可良好歸零，說明該變速箱殼體變形試驗系統具有良好的可重複性。

以測點1和測點2為例，圖14為測點1在300Nm加載水平下3個檔位的主應力值；圖15為測點2在300Nm加載水平下3個檔位的主應力值；圖16為變速箱處於一檔位置時測點1在不同加載幅值穩態工況下的主應力值；圖17為變速箱處於一檔位置時測點2在不同加載幅值穩態工況下的主應力值；圖18為變速箱處於一檔位置時測點1在不同加載幅值穩態工況下主應力差值對比圖；圖19為變速箱處於一檔位置時測點2在不同加載幅值穩態工況下主應力差值對比圖。

由圖14和15可知，穩態300Nm加載條件下，一檔、二擋和R檔的樣本測點1、測點2應力最大值，均小於箱體材料的抗拉強度值，滿足強度要求。

由圖16和17可知，測點1、測點2在不同加載水平下應力值不同，隨加載水平增加主應力值呈遞增趨勢，在300Nm時，主應力值最大；由圖18和19可知，在同一種扭矩加載水平下，每個測點的應力差值是穩定的，隨著扭矩加載水平的增加，應力差值逐漸增加，符合實際情況，樣本數據重複性良好，測點2的應力差較大，說明測點2承受的應力值較大。其中部分不同扭矩加載水平下S1初始應力值不同，主要是試驗測試間隔稍短，應變片存在殘餘應力導致。

由上述分析可知，採用液壓伺服系統設計的變速器殼體變形試驗系統，加載方法簡單，重複性好，精度高，具有較高的動態響應特性。採用變斜率和變幅值加載方式，綜合考慮變速箱的動態和靜態殼體變形過程，接近變速器的實際約束情況。試驗結果表明，在同一種扭矩加載水平下，每個測點的應力差值是穩定的，隨著扭矩加載水平的增加，應力差值逐漸增加，符合實際情況。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不以本實用新型為限制，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。