變速箱系統(tǒng)變形試驗與仿真分析

李丹，陳偉，盧金星，寇仁杰

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

變速箱受載變形后引起的運動干涉、齒輪嚙合偏載等問題，直接影響整機結(jié)構(gòu)緊湊性、輕量化和NVH性能的設計，在設計階段通過仿真手段耦合計算出變速箱系統(tǒng)的變形量并進行針對性設計補償，但仿真精度未經(jīng)實測數(shù)據(jù)驗證。通過仿真和測試對比的形式提升變速箱殼體、軸承、軸系等各系統(tǒng)耦合的系統(tǒng)剛度和變形仿真準確度。

1 變速箱系統(tǒng)變形仿真

變速箱系統(tǒng)是由許多零部件組成的彈性機械系統(tǒng)，包括傳動系統(tǒng)（齒輪、軸、軸承）和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（殼體）兩部分，在仿真分析齒輪系統(tǒng)時需要把變速箱作為一個整體進行仿真計算，建立同時包含傳動系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在內(nèi)的系統(tǒng)分析模型。把整個變速箱系統(tǒng)搭建起來，耦合齒輪、軸、軸承、殼體來計算系統(tǒng)的變形情況，變形結(jié)果直接影響傳動系統(tǒng)的強度以及齒輪微觀修形。

2 系統(tǒng)變形測試

2.1 試驗前準備

根據(jù)仿真結(jié)果選擇測點，測點布置如下圖1所示。徑向位移分別測量兩個方向位移后再合成計算矢量位置。確定零部件的改制圖紙進行加工并準備相應的位移傳感器和支架，待測位置需進行加工精磨保證零件表面的粗糙度及跳動度，減小待測點的加工誤差。根據(jù)測試工況制定試驗大綱。

2.2 測試過程

試驗臺架輸入端及輸出端加載電機控制轉(zhuǎn)速和扭矩。變速箱裝在臺架后布置傳感器如下圖1所示，位移傳感器需垂直于待測面，測徑向位移需通過圓心，傳感器需要用支架進行固定，保證無晃動，不引入臺架或其他部件位移。布置好傳感器并編號記錄后進行加載測試。試驗工況如下表所示。

圖1 位移傳感器布置

2.3 數(shù)據(jù)整理

完成所有測點測試后，整理匯總測試數(shù)據(jù)，計算各測點在穩(wěn)定扭矩下變形量的均值，對于徑向位移，由于分別測量兩個方向的位移，需綜合計算兩個方向的變形量計算其圓心處的矢量位移，如表1所示實測與仿真對比整理數(shù)據(jù)，以10Nm測試結(jié)果為為基準，抵消系統(tǒng)間隙，與仿真的徑向變形對比如圖2所示。

表1 試驗結(jié)果

試驗結(jié)果與仿真結(jié)果會存在一定偏差，偏差在20%之內(nèi)是可以接受的，對差別較大的位置檢查仿真模型，例如：殼體約束與實際是否相符、軸承細節(jié)參數(shù)設定是否合理、溫度設定是否準確等。再從測試過程中尋找誤差，相互驗證。

圖2 測試與仿真結(jié)果對比

3 總結(jié)

進行變速箱系統(tǒng)變形仿真過程中，關鍵細節(jié)需要把握，例如仿真模型的搭建中懸置約束、軸承座的節(jié)點連接方式等影響仿真結(jié)果，實測過程中關鍵點在于傳感器支架要放置在連接板上，避免引入連接板的變形，處理數(shù)據(jù)過程中關鍵點在于至少要取測點的兩個周期，避免加工及安裝誤差，另外一個關鍵點在于計算徑向位移矢量和，需要計算中心點的位移。在不斷的對比與總結(jié)過程，提高軟件仿真的準確性以及測試的準確度。