（机械制造及其自动化专业论文）汽车主减速器总成综合性能试验台的研究.pdf

汽车主减速器总成综合性能试验台的研究 摘要 汽车驱动桥中的主减速器总成是汽车传动系的关键部件，它的主要功用是 将输入的转矩增大、转速降低、并将输入的驱动力改变传递方向，因此主减速 器总成质量的好坏直接影响到汽车总体质量。汽车试验及试验设备是保证产品 性能、提高产品质量和市场竞争力的重要手段。本文将对汽车主减速器总成综 合性能试验台进行分析与研究。 论文首先介绍了汽车试验的意义与分类，并阐述了研究汽车试验设备的必 要性，然后对国内外主减速器试验台的发展状况进行了分析与总结。接着研究 了主减速器总成在整个汽车传动系的位置及其重要性，然后对主减速器总成的 结构和性能做出分析，并对差速器的结构与原理进行了分析。紧接着通过对主 减速器总成常用的试验规范进行初步探究，并结合被试主减速器总成的结构性 能特点及其工作状况，制定被试主减速器总成的试验规范。 通过对主减速器总成试验的开放式和电封闭式两大基本方案的比较，本文 最终确定对主减速器总成试验台采用交流变频回馈加载的方案。然后，介绍了 主减速器总成试验台的总体布局和结构原理，并对试验台的驱动系统、翻转夹 具系统和加载系统的工作原理、设计方法进行了分析。接着简介了试验台的控 制软件，并对试验数据进行了验证分析。 关键词：主减速器总成；试验台；试验规范；加载 r e s e a r c ho nt h ei n t e g r a t e dc a p a b i l i t yo fa u t o m o b i l ef i n a l d r i v ea s s e m b l yt e s t e r a b s t r a c t f i n a ld r i v ea s s e m b l yi nt h ea u t o m o b i l ed r i v ea x l e i sak e yp a r to ft h e a u t o m o b i l ed r i v e t r a i n i t sm a i nf u n c t i o ni st oi n c r e a s et h ei n p u tt o r q u ea n dd e c r e a s e t h es p e e do fr o t a t i o n ，a n dc h a n g et h et r a n s f e rd i r e c t i o no ft h ei n p u td r i v i n gf o r c e t h e r e f o r et h eq u a l i t yo ff i n a ld r i v ea s s e m b l yi n f l u e n c e sd i r e c t l yt h eq u a l i t yo ft h e w h o l ea u t o m o b i l e t h ea u t o m o b i l et e s ta n dt e s te q u i p m e n ti st h ei m p o r t a n tm e t h o d t oe n s u r ea u t oc a p a b i l i t y ，i m p r o v ea u t oq u a l i t ya n de n h a n c et h ec o m p e t i t i o n c a p a c i t y o fm a r k e t t h ep a p e rw i l lr e s e a r c h a n da n a l y z et h ei n t e g r a t e do f a u t o m o b i l ef i n a ld r i v ea s s e m b l yt e s t e r f i r s t l y , t h ep a p e ri n t r o d u c e st h es i g n i f i c a n c ea n dc l a s s i f y i n go f a u t ot e s t ，a n d e x p a t i a t e st h ei n d i s p e n s a b i l i t y o ft h ee q u i p m e n tf o ra u t ot e s t t h e nt h ep a p e r c o n c l u d e sa n da n a l y z e st h eo v e r s e a sa n dd o m e s t i cd e v e l o p m e n ts t a t eo ff i n a ld r i v e a s s e m b l yt e s t e r t h ef o l l o w i n go ft h ep a p e rr e s e a r c h e st h ei m p o r t a n c ea n dp o s i t i o n o ff i n a ld r i v ea s s e m b l yi nt h ea u t o m o b i l ed r i v e t r a i n ，t h e na n a l y z et h ec a p a b i l i t ya n d s t r u c t u r eo ft h ef i n a ld r i v ea s s e m b l y a n dt h ep r i n c i p l ea n ds t r u c t u r eo ft h e d i f f e r e n t i a l t h e nt h ep a p e re s t a b l i s h e st h et e s tc r i t e r i o no ft h ef i n a ld r i v ea s s e m b l y t ot e s t ，a c c o r d i n gt os t u d y i n gt h ec o m m o nt e s tc r i t e r i o no ft h ef i n a ld r i v ea n d t h e c a p a b i l i t ya n ds t r u c t u r ea n dt h ew o r k i n gc o n d i t i o no ft h ef i n a ld r i v ea s s e m b l yt o t e s t a c c o r d i n gt oc o m p a r i n gt h et w of i n a ld r i v ea s s e m b l yt e s tp r o j e c t s o fo p e n p a t t e r n a n d e l e c t r i c i t y c l o s e dp a t t e r n ，t h ep a p e r d e c i d e sf i n a l l yt ou s et h e a l t e r n a t i n gc u r r e n tf r e q u e n c yc o n v e r s i o nc l o s e dl o a d i n gp r o j e c ti nt h ef i n a ld r i v e a s s e m b l yt e s t e r t h e n t h ep a p e ri n t r o d u c e st h eo v e r a l la r r a n g e m e n ta n dt h e f r a m e w o r kp r i n c i p l eo ft h ef i n a ld r i v ea s s e m b l yt e s t e r ，a n da n a l y z e st h ew o r k i n g p r i n c i p l ea n dt h ed e s i g nm e t h o do ft h ed r i v i n gs y s t e m a n dt h et u r n i n gf i x t u r e s y s t e ma n dt h el o a d i n gs y s t e m t h e nt h ep a p e ri n t r o d u c e st h ec o n t r o ls o f t w a r eo f t h et e s t e rb r i e f l y , a n a l y z e st h ee x p e r i m e n t a ld a t a a n dc o m p a r e sw i t ht h et e s t c r i t e r i o n k e yw o r d s ：f i n a ld r i v ea s s e m b l y ；t e s t e r ；t e s tc r i t e r i o n ；l o a d 图1 1 图2 1 图2 2 图2 3 图2 4 图2 5 图2 6 图2 7 图2 8 图2 - 9 图3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 - 6 图4 1 图4 2 图4 3 图4 4 图4 5 图4 6 图4 7 图4 8 图4 9 图4 1 0 图4 1 1 图4 1 2 图4 13 图5 1 图5 2 图5 3 图5 4 图5 5 插图清单 汽车及其总成与机构的试验的分类2 汽车传动系统示意图8 汽车驱动桥分解图1 0 汽车单级式主减速器总成分解图1 1 从动锥齿轮正确的啮合印迹位置1 2 主动锥齿轮总成1 2 汽车转向时驱动轮运动示意图1 3 对称式锥齿轮轮间差速器零件分解图1 4 对称式锥齿轮轮间差速器差速原理图1 5 差速器转矩分配特性( 差速器壳未在图中画出) 1 6 主减速器磨合试验工作循环2 1 主减速器空载阻力矩试验工作循环2 2 主减速器加载试验工作循环2 3 汽车转向做等速圆周运动的示意图2 4 差速器性能试验工作循环2 5 噪声振动信号检测处理系统框图2 6 开放式试验台主要结构原理示意图一2 7 电封闭式试验台主要结构原理示意图2 8 驱动桥总成疲劳寿命、性能试验台布置图3 0 主减速器总成综合性能试验台机械结构布置图3 1 试验台整体布局平面图3 2 主减速器试验台结构原理图3 3 试验台驱动系统结构简图3 4 汽油发动机外特性中的功率与转矩曲线3 5 驱动电机扭矩功率特性曲线图3 8 应变传感器测量原理图3 9 试验台翻转夹具系统结构图一4 1 试验台加载系统结构简图4 2 加载电机扭矩、功率特性曲线图一4 3 主减速器试验台工作控制流程图4 6 试验模式的选择界面4 7 实时试验模式的参数设定界面4 8 驱动端转速和转矩变化曲线4 8 左输出端转速和转矩变化曲线4 9 图5 - 6 右输出端转速和转矩变化曲线4 9 图5 7主减速器总成综合性能试验台整体实物照片一5 5 表2 1 表3 1 表4 1 表4 2 表4 3 表4 4 表4 5 表4 6 表4 7 表4 8 表4 9 表5 1 表5 2 表5 3 表5 4 表5 5 表5 - 6 表5 7 表5 8 表5 - 9 表5 10 表格清单 主减速器锥齿轮支承刚性试验评价指标1 3 试验规范参照标准2 1 磁粉制动器加载特点2 8 交流变频加载技术特点一2 8 负载经济损耗分析表2 9 交流异步电动机容量选择的基本原则3 6 电动机额定转速的选用原则3 7 驱动电机的基本参数3 7 联轴器技术参数一览表4 0 膜片式联轴器的选型原则一4 0 加载电机的基本参数4 3 空载阻力矩试验数据5 0 加载试验数据( n 驱动端= 3 4 3 r p m ) 5 1 加载试验数据( n 驱动端= 7 4 3 r p m ) 5 1 加载试验数据( 咒驱动端= 1 4 2 8 r p m ) 5 1 差速器性能试验数据( n 驱动端= 3 4 3 r p m ) 5 2 差速器性能试验数据( n 驱动端= 3 4 3 r p m ) “5 3 差速器性能试验数据( n 驱动端= 7 2 0 r p m ) 5 3 差速器性能试验数据( n 驱动端= 7 2 0 r p m ) 一5 3 差速器性能试验数据( n 驱动端= 1 2 9 l r p m ) 5 4 差速器性能试验数据( n 驱动端= 1 2 9 1 r p m ) 5 4 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得 金且巴工业太堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示谢意。 淞黼签名嚆，稳一舢嘶们日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金肥工业太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授 权盒旦巴工业太生可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 签名预呱 签字日期：o g 年参月，7 日 学位论文作者毕业后去向： 导师签名： 冬箍车 分恺了 签- - ? - a 期：口子年彳月孑日 电话：o y - 3 - 一2 罗9l jz - z 邮缎2 主。罗 致谢 两年多紧张而充实的研究生生活即将结束。在此毕业论文成稿之际， 谨以只言片语向两年来在各个方面支持、帮助、关心过我的人们表示真挚 的谢意。 本文是在导师李旗号教授的悉心指导下完成的。在两年多的学习生涯 中，导师在学习、生活等方面均给予了我无私的帮助与支持。在我学位课 程的拟定、研究课题的落实、论文撰写等方面给予了悉心指导和热情关怀， 使我从中受益匪浅。可以说本文得以完成，倾注了导师大量的心血和汗水。 在此谨向我的导师李旗号教授致以崇高的敬意和衷心的感谢! 导师渊博的 学识、严谨的治学态度、科学求实的作风、忘我的敬业精神和虚怀若谷的 学术作风给我留下了深刻的印象，并将激励我在今后的科学道路上不懈攀 登! 感谢合肥工业大学汽车装备工程技术研究所所有的师兄、师姐、师弟 和师妹给予的手足般的支持和关爱。感谢研究所的所有老师和安徽江淮自 动化装备有限公司的全体员工，他们在专业技能上给予我很大的帮助，让 我在业务水平上有很大提高。他们的敬业精神、脚踏实地的作风、平和谦 虚的为人、团结奋进的精神风貌为我树立了良好的榜样，这种潜移默化的 作用将对我今后的工作、学习起着不可估量的影响。 我要特别感谢我的父母多年来对我的学习和生活的支持和鼓励。在我 困难的时候，是他们给予了我战胜困难的信心和力量，使我得以顺利完成 了学业。本文凝结了他们的心血、教诲和温暖! 最后，感谢评阅论文和出席硕士论文答辩委员会的诸位专家、教授在 百忙中给予的悉心指导! 同时也对曾给予我帮助和关心我的老师、同学和 朋友们表示衷心的感谢! 作者：戴军康 2 0 0 8 年2 月 第一章绪论 本章介绍了主减速器总成试验台在国内外的发展状况，并说明了各种传动 试验台的基本组成及其工作原理，最后阐明了本课题的来源和目的及其主要研 究内容。 1 1汽车试验及试验设备的分析 1 1 1 国内外汽车试验的意义和分类 汽车试验是汽车工程的重要组成部分，它对于汽车技术性能的提高具有举 足轻重的作用n3 。汽车试验的目的是为了对产品的性能进行考核，使其缺陷和 薄弱环节得到充分暴露，以便进一步研究并提出修改意见，以提高汽车的性能。 试验是发现问题的重要手段，是对汽车各种性能做出客观评价的依据。 汽车试验技术研究工作是伴随汽车工业的建立和发展而逐渐成长起来。社 会对汽车试验工程的重视程度越来越高。世界上每家汽车公司都有关于汽车的 各种性能、安全、检测等试验。随着汽车工业的发展，汽车的使用条件越来越 复杂，对产品的性能、寿命、质量和成本等方面要求也越来越高，技术上许多 新的发现和突破以及新的设计的或者是新生产的产品，即使在设计和制造上考 虑的非常周密，也都必须以试验测试为基础来检验。试验是帮助人们深入了解 汽车在实际使用中各种现象的本质及其规律，并推动其技术进步的一种极为重 要的方法。 汽车试验是保证产品性能、提高产品质量和市场竞争力的重要手段，因此 近年来汽车企业非常重视试验研究工作，在产品技术领域设立专门的试验研究 机构，投入的财力和精力越来越大，用于试验的设备、设施及手段越来越先进。 同时为了发展汽车理论、汽车制造及汽车的运输使用，试验的研究具有非常重 大的意义。汽车的设计、制造过程始终离不开试验，无论是设计思想和理论计 算、初步设计、技术设计、汽车定型还是在生产过程，都要进行大量的试验。 随着汽车工业的发展和社会文明的进步，出于专业化和协作生产的需要， 进行了制定各种标准、规范的研究工作，其中包括汽车试验标准的制定，包括 整车、专用车、发动机、传动系、制动系、悬架系统、转向系、车轮车身及附 件、电子设备与仪表等方面的技术要求与试验方法，实验标准不同于一般性的 试验方法，它具有一定的权威性、先进性、通用性和相对稳定性。但是汽车试 验在不同国家甚至不同厂家的试验规范可能不同，因此在查看某种产品的试验 数据时，必须弄清他们试验所依据的规程或标准。 我国汽车行业在8 0 年代末9 0 年代初建立了汽车标准委员会，旨在拟定适应 我国国情的汽车标准，以推动我国的汽车工业发展，比如现有的有中国汽车技 术研究中心标准化研究所编制的汽车标准汇编对汽车的各部分的术语作了 说明和规定，以及试验的标准。但是现在汽车试验行业中还是有许多缺陷。标 准的内容不是很详细，比如说没有对主减速器试验的标准做出具体规定。汽车 试验中试验台试验的费用最省，试验所需的时间较短，试验条件较易控制，但 这种试验一般多用于单项性能或耐久性试验，或少数相关项目的综合性试验， 不能较全面地考核综合性能，试验标准有待于进一步探究。 汽车试验总成与机构的各种不同类型的试验，可以按其用途、研究对象以 及运行试验的方法与条件来分类如图卜1 所示如下： 图1 1汽车及其总成与机构的试验的分类 其中按照汽车机构及总成体试验分类，如果发动机除外，可以分成传动部 分、行驶部分、转向与制动部分。其中传动部分即汽车的传动系试验又可以分 为离合器试验、变速箱试验、万向传动装置试验、驱动桥试验、主减速器试验 等。 汽车驱动桥中的主减速器是汽车传动系的关键部件之一，它的功用是将输 入的转矩增大，转速降低，并将接受的动力传递方向改变后传递给差速器。因 此检验主减速器的性能是很有必要的。 1 1 2 研究汽车试验设备的必要性 作为工业产品，汽车具有许多特点：汽车的使用条件复杂，既有复杂多变 的使用环境，又涉及不同的使用人群和使用方式，具有多种不同的用途；集成 2 度高，融合了机械、电子、材料、化工、石油等多个领域的先进技术和成果； 对产品的性能、寿命、质量和成本等方面综合质量和性能要求高；影响产品质 量和技术性能的因素和环节多，所涉及的技术领域也极为广泛；涉及了环境保 护和交通安全。随着产品品质与价格综合性能( 性价比) 不断提高，汽车已经 成为市场广阔的工业产品。 但是，在汽车技术发展的过程中，针对市场变化和用户的需求，已不断出 现了许多新的需要研究解决的问题：一方面相关领域新的技术和研究成果的应 用，技术上许多创新和突破以及新车型的开发设计，都要求以试验研究为基础， 或是经过试验来检验，帮助研究人员深入了解汽车在实际使用中各种现象的本 质及其规律，并推动其技术的进一步发展；另一方面，汽车的试验研究，往往 可以有效地解决汽车开发研究过程中无法通过理论计算和分析得到有效解决的 问题，如汽车的结构强度设计，汽车抗撞特性研究，汽车的空气动力性能等。 可见，汽车的试验研究是汽车技术发展的一种极为重要的方法。它是保证产品 性能，提高产品质量和市场竞争力的重要手段心1 。 汽车在使用过程中，其技术状况和使用性能会逐渐变坏，从而导致汽车的 动力性下降、经济性变差、安全可靠性降低，严重的影响汽车经济效益和运输 效率的发挥。造成汽车运行性能不佳的原因是多方面的。首先，汽车本身是一 个复杂的光机电一体化系统，随着行驶里程的增加、使用时间的延续，其技术 状况必然发生改变，出现动力性下降、经济性变差、安全性降低等问题，严重 影响汽车经济效益和运输效率的发挥，甚至威胁到生命安全3 。因此要借助各 种手段保持汽车良好的技术状态，其中在产品研制后对其进行各种性能检测就 是使运行技术状态受控的一种措施。其次，如果汽车性能检测设备的量值不准， 自身的技术指标不合格，也就谈不上去开展汽车的安全性能检测。遗憾的是， 国内这种现象普遍存在，由它检测汽车存在着一定的不安全因素和事故隐患， 由此而引发的事故也必然增多。所以保证试验设备本身的技术状态良好，才能 确保被检设备的结果准确可靠。因此，必须严格按照汽车性能试验装备的相关 国家标准及行业标准，设计汽车试验设备。 1 2 主减速器总成试验台发展简介与发展现状 1 2 1主减速器总成试验台发展简介 主减速器总成试验台是对主减速器进行综合性能测试的试验设备。通过试 验来检验主减速器设计的合理性，加工、制造、装配和调试的工艺性。对试验 结果的深入分析将有助于了解和评定传动部件和装置的综合机械性能，同时也 为工程设计人员提供实践的参考资料和设计依据。随着机械工业向着高速比、 大功率、低噪声等方向飞速发展，人们对于主减速器的性能提出了更高的要求， 因此，本文对于主减速器试验台的深入研究将具有重要的实际应用意义h 。 国外较早地开始了这方面的研究，如美国g l e a s o n 公司在五十年代就设计 出了用轮系作为加载系统的传动试验台的方案。比较著名的还有美国国家航空 航天) 面( n a s a ) t 属的l e w i s 研究中心、前苏联中央机械制造与设计研究院、美 国通用动力公司、德国r e n k 公司、日本明电舍动力公司、日本丰田汽车公司、 美国伊利诺斯大学机械工程系、法国s k o d a 公司等。从试验台方案的设计到最 终的样品制造他们都进行了大量的研究工作，形成了系列化的设计模式h 。 与国外相比，国内对于传动试验台的研究起步相对较晚。研究工作始于八 十年代初期。国内较早从事这方面研究工作的主要单位有重庆大学、郑州机械 研究所，长春汽车研究所、西安重型机械研究所、西安理工大学、合肥工业大 学、四川工业学院、西安减速机厂、西安公路交通大学等单位。他们先后建立 起了各种形式的传动试验台，这些试验台的建立从理论上和实践上都取得了很 大的进步，积累了丰富的经验，代表着我国机械传动试验设备的发展水平。 1 2 2 主减速器总成试验台的发展现状 主减速器总成作为汽车上一个重要的总成，对汽车的行驶性能有直接影响。 国家行业标准规定：新设计或有重大改进的主减速器定型生产，或进行产品质 量考核时，应对主减速器总成进行性能试验1 。可见，对主减速器总成进行性 能试验的重要性。主减速器总成试验台通过加载装置可模拟主减速器在实际运 行过程中的多种受载状态，在主减速器总成开发的早期，无需装车就可对主减 速器总成的特性进行全面测试，为主减速器总成的测试、研究和开发提供了强 有力的手段，是当今汽车主减速器总成开发技术的一个重要手段。 主减速器总成性能试验从负载形式上，主要分为空载试验、部分加载试验 以及全加载试验等。空载试验通常在主减速器总成装配完毕后，进行试验，主 要是检查主减速器总成装配情况以及对各部件进行跑合，提高主减速器齿轮齿 面的强度。部分加载和全加载试验台可在有载荷的情况下检测主减速器，这样 更接近主减速器的实际使用状况，能发现一些空载试验所检查不出来的问题， 可有效控制主减速器的质量。加载试验台，根据其加载部件的不同，又分为机 械加载1 和电加载h 1 等。 主减速器总成性能试验从结构形式上，又分为开放式和封闭式两种。目 前，国内试验台绝大部分为机械闭式试验台n3 ，这种试验台存在如下不足：( 1 ) 机械结构复杂，体积大而连接部分较多，因而容易引起各种有害振动和噪音， 给试验样品附加各种有害弯矩和外力。既给试件和试验台的安装调整带来很大 困难，又使试验台试验控制精度不易提高。( 2 ) 这种试验台在试验过程中的转 速和扭转也可以通过电控系统，很方便地进行调节。 国外目前的结构总成试验己经淘汰了这种试验台，而改用机械开式的电封 闭试验台。前后两者相比，电封闭试验台有以下优点1 ： ( 1 ) 电封闭试验台结构简单，转换环节少，在机械方面还采取一些必要措 4 施，如增加支承( 有增加机械刚度作用) ，既简化了安装调整的工作又消除了由 于机械结构复杂引起振动而带来的测量、控制误差。 ( 2 ) 这种试验台的加载电机可以向电网回馈电，做到能量回收，一般轻型 车主减速器试验台最大负载时，功率不大于被试主减速器额定功率的2 0 3 0 ，和机械闭式试验台的功耗相当。 由于以上原因，国内也相继建造了一些开放式试验台：如长春汽车研究所 的驱动桥试验台，杭州齿轮箱厂的船用齿轮箱试验台，重庆汽车研究所的后桥 开放式耗能型试验台等，这些试验台都在试验工作中发挥了作用，但由于它们 大都存在着控制精度不高、动态响应速度不快、控制不够灵活、功能不够完善 等缺点，还不能充分满足性能试验的要求。 为了提高我国主减速器试验水平，并尽快提高自行设计和开发主减速器的 能力，在消化、吸收的基础上，必须采取新的适宜方案，开发适合我国国情的 低成本高性能的主减速器试验台，代替进口产品，发展民族汽车工业。近些年 来，随着科技的发展和交流变频回馈技术的日益成熟，国内一些科研院所、试 验装备企业亦开始研制电封闭变频加载主减速器试验台，并取得了一定的成果。 试验台的加载电机发出的电能通过直流母线直接回馈到驱动电机输入端，而不 反馈回电网，这样不但节能效果好，而且对电网无影响1 。这一技术已与国际 水平接轨，并且与国际同类产品相比便宜很多，现已在国内很多主减速器生产 企业以及整车试验研究中心推广，产生了良好的经济效益和社会效益。 1 3本课题的来源及其目的 本课题来源于合肥工业大学汽车装备技术研究所与合肥车桥有限公司合作 研发的项目。该项目主要完成三个系列多个品种的主减速器总成的在线检测， 主减速器总成在线检测是该柔性装配线的最后一道工序。 汽车主减速器总成在正常条件下工作应满足如下基本要求：工作平稳，噪 声小，并具有足够的刚度、强度和高的传动效率。而所说的正常条件是指汽车 主减速器在装配时各个部件应能够正确的装配，其中关键的是要保证主减速器 能正确地传递扭矩转速及功率。由于主减速器转速较高，转矩较大，且转速转 矩变化幅度较大，对齿轮副啮合精度要求较高，尤其主减速器螺旋锥齿轮副， 锥顶稍有不吻合就会使工作条件急剧变坏，随之而来的就是齿轮齿面的磨损加 剧，噪声增大，齿轮副使用寿命降低，进而影响到整个主减速器的使用寿命， 因此对主减速器的装配精度要求很高。该装配线的最后一道工序的主减速器试 验台能够对主减速器的综合性能进行检测，以判断装配后的主减速器总成是否 合格，从而对不合格品进行及时地更正，避免损失。 1 4 本课题的主要研究内容 本课题研制的主减速器总成试验台是布置在主减速器总成装配线线尾，用 于检测主减速器总成装配下线的综合运转性能的试验台。该试验台主要完成以 下试验项目：主减速器磨合试验：主减速器空载阻力矩试验；主减速器加载试 验：主减速器差速器性能试验；主减速器运行噪音试验。本试验台要求实现部 分加载，可以在有载荷的情况下检测主减速器的综合运转性能，这样能够发现 一些空载试验所检查不出来的问题，可有效控制主减速器的运行质量。 本试验台采用电封闭方案，以电动机作为驱动部分，并采用交流变频电机 作为负载，完成主减速器的性能试验。本文采用的交流变频器电封闭方案是内 封闭，加载电机可逆使用，当作为发电机使用时，回馈的电能不送入电网，直 接通过变频器的公共直流母线，返还给驱动电机使用。由于不返还电能给电网， 就不存在对电网的污染。 此试验台系统不仅要求对装配好的主减速器的质量做出判断并对故障做出 分析，而且要求该试验台可以检i 贝! h f l 5 0 1 5 、h f l 6 0 2 4 、h f l 7 0 3 0 等三种系列不 同型号的主减速器，所以该试验台要具有较高的柔性化和自动化。因而我们对 本系统的设计进行了较为深入的研究，主要研究的内容如下： 1 、主减速器总成结构与性能的分析 对汽车传动系和驱动桥的结构进行了概述，并探讨了主减速器总成对于整 个传动系的重要性。然后对主减速器总成的结构和性能做出了分析，并对主减 速器总成中的差速器的结构与原理进行了分析。 2 、主减速器总成试验规范的研究 通过对主减速器总成常用的试验规范进行初步探究，并结合被试主减速器 总成的结构性能特点及其工作状况，制定了被试主减速器总成的试验规范。 3 、主减速器总成试验台总体设计的研究 通过对主减速器总成试验的开放式和电封闭式两大基本方案的比较，最终 确定了对主减速器总成试验台采用交流变频回馈加载的方案。然后介绍了主减 速器总成试验台的总体布局和结构原理，并对试验台的驱动系统、翻转夹具系 统和加载系统的工作原理、设计方法进行了分析。 4 、试验台控制软件简介和试验数据分析 首先对试验台的工作控制流程进行了叙述，接着对试验台的控制软件进行 了简介，采用w i n c c 开发的控制软件界面友好，简单易懂，功能强大。最后对 试验数据与前面所研究的试验规范进行了验证分析。 6 第二章主减速器总成结构与性能的分析 汽车驱动桥中的主减速器总成是汽车传动系的关键部件，它的主要功用是 将输入的转矩增大，转速降低，并将接受的动力传递方向改变后，分配到左右驱 动轮，使汽车行驶。主减速器总成质量的好坏直接影响到汽车总体质量口1 。这一 章将首先研究主减速器总成在整个汽车传动系的位置及其重要性，然后分析主 减速器的基本结构及其性能，并对差速器的结构与原理进行分析。 2 1 汽车传动系概述 如图2 1 所示，汽车传动系主要由发动机，离合器，变速器，万向传动装置 ( 传动轴、万向节) ，后桥总成和驱动桥( 主减速器、差速器和半轴) 等组成。 汽车传动系的功用是将发动机发出的动力传递给驱动车轮，使汽车在各种 不同的工况下均能正常行驶，并具有良好的经济性和动力性。而汽车传动系的 功能是：减速、变速、倒车、中断动力、轮间差速和轴间差速等阳1 。下面对这 些功能进行详细介绍旧3 。 1 ) 减速：通过传动系的作用，使驱动轮的转速降低为发动机转速的若干分 之一，相应驱动轮所得到的转矩增大到发动机转矩的若干倍。 2 ) 变速：保持发动机在有利的转速范围内工作，汽车牵引力又在足够大的 范围内变化。 3 ) 倒车：在传动系的变速器中加设倒档，使汽车能在某些情况下倒车。 4 ) 中断传动：发动机只能在无负荷情况下起动，而且起动后转速必须保持 在最低稳定转速以上，所以在汽车起步以前，必须将发动机与驱动轮之间的传 动路线切断，即传动系的中断传动作用。 5 ) 差速作用：汽车转弯时，左右车轮滚过的距离不同，传动系的差速作用 可以使左右两驱动轮以不同的角速度旋转。 图2 - 1汽车传动系统不意图 1 发动机；2 离合器；3 变速箱：4 传动轴；5 万向节； 6 驱动桥；7 主减速器；8 差速器；9 一半轴； 2 1 1 发动机 发动机本身是一个主系统，其输出被认为是传动系的一个部件。发动机产 生的旋转运动或转矩，推动汽车在各种条件下运动，其转矩通过变速器增大。 发动机通过在其燃烧室内将燃油与空气的混气进行燃烧，产生动力。燃烧在气 缸中产生高压，迫使活塞向下运动。连杆将活塞向下的运动传至曲轴，并将动 力作用在传动系上。 在试验台中设计的驱动电动机，就相当于传动系中发动机的作用。 2 1 2 离合器 在汽车传动系中，作为离合器的驱动件即一大质量的圆盘( 飞轮) ，连于曲 轴的后端。飞轮的后端面为很光滑的机加工平面。当离合器接合时，发动机曲 轴的旋转运动从飞轮通过离合器传至变速器。此旋转运动接着通过变速器传至 主减速器，然后通过半轴传至轮胎，使汽车运行。 离合器总成固定在发动机后部，并通过飞轮直接连于发动机曲轴。离合器 的作用是：1 、使发动机与传动系逐渐结合，保证汽车平稳起步；2 、暂时切断 发动机与传动系的联系，便于发动机的起动和变速器的换档；3 、限制所传递的 扭矩，防止传动系过载。其中飞轮的作用是用来减小曲轴的振动，对曲轴转动 施加惯性力，以及作为起动电动机传动的大齿轮。 2 1 3变速器 变速器是通过离合器与发动机相连，改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速 的变化范围，以适应经常变化的行使条件( 如起步、加速、上坡等) ，同时使发 动机在有利的工况下( 功率较高而耗油率较低) 工作。在发动机曲轴旋转方向 不变的前提下，使汽车能倒退行使。利用空档中断动力传递，以使发动机能够 起动、待速，并便于变速器换挡或者进行动力输出。 2 1 4 万向传动装置 万向传动装置的主要功能是在轴间夹角和轴的相互位置经常发生变化的转 轴之间继续传递动力。汽车的传动轴及其万向节常称为万向传动装置，其作用 是将转矩从变速器传至驱动车轮。后轮驱动( r w d r e a rw h e e ld r i v e ) 汽车除 发动机外传动系均固定在车身底下，发动机固定在底盘前部，相关的动力系部 件延伸至后驱动车轮。后轮驱动车型采用长传动轴，连接变速器与后桥。 后轮驱动车型的万向传动装置的传动轴通常为由两万向节和一滑套联接组 成的钢管。传动轴将动力从变速器输出轴传至后驱动桥，经过桥壳中的差速器 将动力传至后驱动车轮，然后使车向前或向后运动。 2 1 5 后桥总成 后桥壳内安装了整个后车轮驱动桥总成。后桥壳除了容纳零件，也作为固 定车辆后悬架和制动系统的部位。后桥总成还有三种其他主要功能：使驱动车 轮在转弯时能分别以不同转速转动，用作主减速器齿轮减速装置将输入的转矩 增大并相应降低转速，以及当发动机纵置时还具有改变转矩旋转方向的作用。 在后轮驱动车型上，半轴位于后桥壳的空心水平管内，半轴的作用是将转 矩从差速器半轴齿轮传至驱动车轮。半轴由高强度钢材制成，其内端开有键槽， 与差速器中半轴齿轮孔相配合。驱动车轮通过螺栓连于半轴外端的车轮凸缘上。 车轮随轴转动，从而驱动车行驶。 2 2 驱动桥总成概述 驱动桥是汽车传动系中最末端总成，由主减速器、差速器、半轴和驱动桥 壳等组成，其功用是：将万向传动装置传来的发动机转矩通过主减速器、差 速器、半轴等传递到驱动车轮，实现降速、增大转矩；通过主减速器圆锥齿 轮副或双曲面齿轮副改变转矩的传递方向；通过差速器实现两侧车轮差速作 用，保证内、外侧车轮以不同转速转向；通过桥壳体和车轮实现承载及传力 作用阳1 。 驱动桥可以布置在汽车前轴，也可以布置在汽车后轴，或者前后轴同时为 驱动桥。当驱动桥与发动机在汽车前后布置形式相互关联时，分别形成了发动 机前置前轴驱动形式、发动机前置后轴驱动形式和发动机后置后轴驱动等布置 形式。发动机前置前轴驱动形式，传动路线短，无万向传动轴，可使车身底板 降低，布置方便，广泛应用于近代轿车车型上。发动机前置后轴驱动形式，有 效提高承载能力和车辆驱动爬坡能力，广泛应用于各种类型载货汽车上。发动 机后置后轴驱动形式，广泛应用于大型客车上，有效降低车内振动和噪音，扩 9 大了乘员乘坐空间阳1 。本文所研究的主减速器总成是某轻型载货汽车上驱动桥 所用。如图2 - 2 所示，是一种典型汽车驱动桥( 含减速器、半轴、桥壳等部件) 的分解图随1 。 l 辔封垫2 埠轴油封3 车轮轴承4 车轮轴承盖5 半轴6 密封垫7 车轮轴承止 推垫氛2 1 轴承9 主动锥齿轮隔套垫片1 0 主动锥齿轮和舣动齿圈1 1 差速器 壳1 2 。密封垫1 3 。盏l 禾行星齿轮轴定位销1 5 差速器行星齿轮轴1 6 。蓉速器半袖 齿乾1 7 止推垫1 8 差速懿壳盏i 9 轴承调整螺母轴墩轿麓2 善齿翻紧萄蠓缝 图2 2汽车驱动桥分解图 2 3汽车主减速器总成的结构与性能分析 2 3 1汽车主减速器总成的结构分析 。 由汽车传动系及驱动桥总成的概述中可以知道主减速器总成位于动力传输 的末端，要求主减速器具有更高的可靠性，它对于汽车动力的传输起着重要的 作用。主减速器总成是汽车驱动桥的关键部件，它的主要功用是将输入的转矩 增大并相应降低转速，并可根据需要改变转矩的方向。主减速器总成由主从动 锥齿轮总成、差速器总成、减速器壳体等部分组成，是驱动桥的核心部件，驱 动桥所实现的作用全部是由主减速器总成实现的，因此要求主减速器总成要有 好的性能和质量。 为了不同的使用要求，主减速器的结构形式也是不同的。主减速器的结构 形式按照齿轮类型、减速器形式不同而不同。主减速器的齿轮主要有螺旋锥齿 轮、双曲面齿轮、圆柱齿轮和蜗轮蜗杆等形式。按照参加减速传动的齿轮副数 目分，有单级式主减速器、双级式主减速器、双速式主减速器、单双级贯通式 主减速器、单双级式主减速器配以轮边主减速器等。 目前，轿车和一般轻、中型货车采用单级式主减速器。单级主减速器可由 1 0 一对圆锥齿轮、一对圆柱齿轮或由蜗轮蜗杆组成，既可满足汽车动力性要求， 而且具有结构简单、体积小、重量轻和传动效率高等优点。本文研究的主减 速器综合性能试验台的试验对象就是单级式主减速器总成。图2 3 是一种典型的 单级式主减速器总成零部件的分解图= 8 。 161 7 1 819 1 2 漕 矗铲 1t l 巧 1 凸缘螺母2 垫片3 垫圈4 凸缘5 螺毪6 垫圈7 鬲套8 轴承座端盖9 。垫圈i o 轴 承11 轴承座1 2 轴承1 3 垫圈1 4 挡固1 5 套筒16 调整螺母1 了轴承1 8 螺毪1 9 开 口销2 0 螺母2 1 左壳2 2 衬齿2 3 螺检2 4 垫片2 5 十字轴2 6 行星齿轮2 7 上盖2 8 一 垫圈2 9 螺栓3 0 螺柱3 1 螺钉3 2 垫圈3 3 止动片3 4 螺母3 5 开口销3 8 在亮3 了垫 圈3 8 半轴齿乾3 9 减壳4 0 轴用挡圈4 1 轴承4 2 主齿4 3 垫圈4 4 螺桂t 图2 - 3y i 午单级式上减速器总成分解图 2 3 2 汽车主减速器总成的性能分析 在图23 中，可以看到动力传递给主减速器的主动锥齿轮后，通过主动和从 动齿轮啮合，实现输入转矩的增大，转速的降低，并改变了输入转矩的传递旋 转方向。同时带动差速器旋转，并通过差速器的行星齿轮实现差速。 由此要求主减速器的主动和从动锥齿轮之间必须有j 卜确的相对位避，办能 使两齿轮啮合传动时冲击噪音较小，而且轮齿沿其长度方向磨损均匀。为此主 减速器的结构不仅要使得主动和从动锥齿轮具有足够的支撑刚度，使其在传动 过程中不至于发牛较人变形丽影响正常啮合，而且应有必要的啮合调整装置。 在结构上为保证主动锥齿轮有足够的支承刚度，主动锥齿轮4 2 o j 轴制成一 体( 后面称之为主动齿轮轴或主动锥齿轮轴) ，前端支承在互相贴近而小端相向 的两个圆锥滚子轴承4 1 上，如图2 3 ”。 锥齿轮啮合的调整是指齿面啮合印迹和齿侧间隙的调整。先在t 动锥齿轮 03 ，l 3 2 3 。 3 上涂以红色颜料( 红丹粉与机油的混和物) ，然后使主动锥齿轮正反转动，于 是从动锥齿轮轮齿的两工作面上便出现红色印迹。若从动齿轮轮齿正转和逆转 工作面上的印迹均位于齿高的中间偏于小端，并占齿面宽度的6 0 以上，则为 正确啮合，如图2 4 所示。正确啮合的印迹位置可通过增减主减速器壳与主动 锥齿轮轴承座之间的调整垫片而获得”1 。 参一一，| | ) 疆 正转工作时正确 的啮合印迹位置 逆转工作时正确 的啮合e f 】迹位置 图2 4从动锥齿轮正确的啮合印迹位置 汽车驱动桥主减速器的装配质量是影响整个汽车驱动桥性能的一个重要因 素，主动锥齿轮总成是主减速器的关键部件，结构如图2 5 所示。装配主减速器 时，为了减小在锥齿轮传动过程中产生的轴向力所引起的齿轮轴的轴向位移， 提高轴的支承刚度，保证锥齿轮副的正常啮合，圆锥滚子轴承应有一定