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 王順利，劉  義，楊  林，張發(fā)勇

 （陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司，陜西  西安  710119）

摘要：從理論上對(duì)目前常用的兩個(gè)拖曳扭矩測(cè)試方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹和推理，并驗(yàn)證了其合理性，同時(shí)給出了兩種測(cè)試方法的具體測(cè)試步驟，有利于對(duì)拖曳扭矩的準(zhǔn)確測(cè)量和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的制定。

關(guān)鍵詞：拖曳扭矩；變速器；測(cè)試方法  中圖分類(lèi)號(hào)：U463. 212  

0  引言

 變速器的換檔性能直接決定著車(chē)輛換檔的柔和性和輕便性，而變速器換檔性能的理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算要盡可能地接近實(shí)際，就必須考慮各種因素對(duì)其的影響，否則，將只具有定性的指導(dǎo)意義。因此，研究變速器換檔規(guī)律，以及各種因素對(duì)變速器換檔性能的影響意義重大。其中拖曳扭矩就是影響變速器換檔性能的關(guān)鍵因素之一，如何準(zhǔn)確地測(cè)量拖曳扭矩，目前沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，也存在很大的分歧。本文詳細(xì)介紹目前普遍采用的拖曳扭矩測(cè)試方法，從原理上對(duì)其測(cè)量方法進(jìn)行了分析，指出了各種方法的合理性和局限性，并在實(shí)際的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中予以應(yīng)用。

1  拖曳扭矩

 眾所周知，變速器的換檔性能主要決定于同步器的容量、變速器轉(zhuǎn)動(dòng)零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和各檔速比、匹配的離合器從動(dòng)盤(pán)慣量、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等因素，但在上述因素確定的情況下，變速器內(nèi)各種阻力的大小將影Ⅱ向同步器換檔性能的發(fā)揮。變速器內(nèi)的阻力包括齒輪等轉(zhuǎn)動(dòng)零件的攪油阻力、軸承阻力和變速器內(nèi)的空氣阻力等。毫無(wú)疑問(wèn)，上述阻力的數(shù)值較小，而且差異較大，要單獨(dú)測(cè)量難度較大，且也無(wú)必要，因?yàn)樯鲜龈髯枇��?duì)換檔性能的發(fā)揮都起負(fù)面作用，所以可以通過(guò)測(cè)量其代數(shù)和的方式來(lái)研究對(duì)換檔性能的影響。關(guān)于這方面的論述，很多文獻(xiàn)中都有，因此拖曳扭矩作為衡量上述各種阻力對(duì)換檔性能綜合影響的指標(biāo)被定義出來(lái)。所謂拖曳扭矩，也就是變速器內(nèi)所有能夠使轉(zhuǎn)動(dòng)零件的轉(zhuǎn)速下降的阻力矩的合力矩，如式(1)所示：

其中：T f為拖曳扭矩；T j為攪油阻力矩；Tb為軸承阻力矩；Ta為空氣阻力矩。

2  拖曳扭矩測(cè)試方法與應(yīng)用

 目前關(guān)于拖曳扭矩的測(cè)量尚無(wú)統(tǒng)一的方法，按現(xiàn)有方法進(jìn)行分類(lèi)，可將其歸為直接扭矩測(cè)量法和間接轉(zhuǎn)速計(jì)算法，本文將其命名為扭矩平衡試驗(yàn)法和自由降速法。

2.1  扭矩平衡試驗(yàn)法

 圖1為扭矩平衡試驗(yàn)法的試驗(yàn)臺(tái)架。主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、扭矩測(cè)量?jī)x、試驗(yàn)臺(tái)支架和被試件（變速器）組成。

 試驗(yàn)步驟如下：

 (1)將變速器安裝于試驗(yàn)臺(tái)架上，傾角為0，主箱掛空檔。

 (2)設(shè)定驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，將變速器油溫升至規(guī)定溫度（如80℃）。

 (3)將變速器輸入端驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速分別設(shè)定為600 r／min、800 r/min、1 000 r／min、…、2 400 r／min,并使臺(tái)架勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在以上各轉(zhuǎn)速條件下，分別運(yùn)轉(zhuǎn)15 s，并間隔1s采集一次扭矩測(cè)量?jī)x的數(shù)據(jù)（共15組扭矩值）。用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法計(jì)算其算術(shù)平均值，作為該轉(zhuǎn)速條件下變速器的輸入扭矩。

(4)對(duì)步驟(3)中測(cè)試并計(jì)算得到的輸入扭矩值進(jìn)行整理，得到表1的轉(zhuǎn)速一輸入扭矩關(guān)系。

 (5)根據(jù)勻速運(yùn)動(dòng)的力矩平衡原理可知，步驟(3)中的輸入扭矩即等于變速器的拖曳扭矩，即表1中各轉(zhuǎn)速下變速器的拖曳扭矩。

 (6)將表1中的各數(shù)據(jù)按對(duì)數(shù)關(guān)系進(jìn)行擬合，即可得到該變速器的轉(zhuǎn)速一拖曳扭矩關(guān)系曲線（對(duì)數(shù)扭矩），如圖2所示。

 表1和圖2是某款6速重型變速器的拖曳扭矩測(cè)試的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。從以上數(shù)據(jù)和曲線可以看出：拖曳扭矩隨著轉(zhuǎn)速的升高而增大。

 在分析換檔性能時(shí)，將圖2所示的轉(zhuǎn)速一拖曳扭矩關(guān)系代人分析模型，將使得換檔性能的計(jì)算值非常接近試驗(yàn)實(shí)測(cè)值。在簡(jiǎn)單計(jì)算時(shí)，取各檔位在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速（約1 450 r／min）時(shí)對(duì)應(yīng)的拖曳扭矩替代整個(gè)換檔過(guò)程的拖曳扭矩，可以快速、簡(jiǎn)單地計(jì)算同步器的換檔性能，并且其計(jì)算值與實(shí)測(cè)值也具有很高的一致性。

2.2  自由降速法

 該方法使用標(biāo)準(zhǔn)的變速器總成換檔性能試驗(yàn)臺(tái)架，如圖3所示。該臺(tái)架包括左側(cè)的驅(qū)動(dòng)端（包括模擬整車(chē)慣量的飛輪、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、扭矩測(cè)量?jī)x及傳動(dòng)軸等）、選換檔機(jī)構(gòu)、被試件（變速器）和右側(cè)的輸入軸轉(zhuǎn)速測(cè)量機(jī)構(gòu)等；虛框中的攪油電機(jī)等為可選組件，在主副箱結(jié)構(gòu)的變速器后副箱同步器試驗(yàn)中才會(huì)使用，本實(shí)驗(yàn)不需要。

 其試驗(yàn)步驟如下：

 (1)將變速器（試件）安裝于試驗(yàn)臺(tái)上，傾角為0，采用后驅(qū)方式，在變速器輸入軸上安裝已知慣量的實(shí)車(chē)離合器從動(dòng)盤(pán)或模擬慣量盤(pán)。

 (2)將變速器掛人某檔位（如5檔），設(shè)定試驗(yàn)臺(tái)架的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速（該轉(zhuǎn)速無(wú)特殊要求），進(jìn)行攪油升溫，直到變速器的油溫達(dá)到指定溫度（如80℃），并穩(wěn)定。

 (3)將變速器掛入某檔位（如3檔），根據(jù)該檔速比i和式(2)重新設(shè)定試驗(yàn)臺(tái)架的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速n0（即變速器輸出軸的轉(zhuǎn)速）：

 (4)待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，將變速器摘至空檔，使變速器自由降速至怠速，測(cè)量并記錄變速器輸入軸轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的下降曲線，如圖4所示。

 (5)重新掛人該檔位，重復(fù)步驟(4)的操作，測(cè)得3組以上類(lèi)似圖4所示的數(shù)據(jù)和曲線。

 (6)將變速器分別掛人其他檔位，重復(fù)步驟(3)～(5)的操作，可分別得到由各檔位摘到空檔時(shí)變速器輸入軸轉(zhuǎn)速隨時(shí)間下降的曲線。

 根據(jù)步驟(5)中測(cè)量的數(shù)據(jù)和曲線，得到曲線的平均斜率K，并設(shè)J(kg．m2)為離合器從動(dòng)盤(pán)慣量J c(kg．m2)和變速器所有轉(zhuǎn)動(dòng)零件轉(zhuǎn)換到其輸入軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J g( kg．m2)之和，則：

 根據(jù)上述測(cè)試步驟和分析方法，對(duì)某輕型變速器（3檔）進(jìn)行了拖曳扭矩的相關(guān)測(cè)試，得到該變速器在80℃油溫下的拖曳扭矩值為1.98 N．m（轉(zhuǎn)化到輸入軸處）。

 由圖4和式(5)可以得出：在高轉(zhuǎn)速范圍段內(nèi)曲線的斜率較大，拖曳扭矩值也較大，而隨著轉(zhuǎn)速的降低，斜率逐漸變小，拖曳扭矩值也在減小。這與扭矩平衡試驗(yàn)法的測(cè)量結(jié)果相吻合，并與定性分析結(jié)果相一致。

 根據(jù)上述分析可知，因?yàn)樵谕弦放ぞ氐挠?jì)算公式中沒(méi)有與相關(guān)檔位速比的聯(lián)系，所以對(duì)某款變速器而言，采用自由降速法測(cè)量拖曳扭矩時(shí)，不管使用哪個(gè)檔位進(jìn)行測(cè)量，拖曳扭矩都應(yīng)相等。然而，由于在不同檔位時(shí)變速器的振動(dòng)、潤(rùn)滑及摩擦狀態(tài)不同，測(cè)量出的拖曳扭矩會(huì)有稍許差異。所以可以看到2種測(cè)試方法都可以較為準(zhǔn)確地測(cè)量拖曳扭矩，但也存在各自的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)： 

(1)扭矩平衡法是一種直接測(cè)量法，具有易于理解、臺(tái)架簡(jiǎn)單、試驗(yàn)前無(wú)需知道變速器零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量值等優(yōu)勢(shì)，但存在對(duì)測(cè)試儀器分辨率要求高、測(cè)試誤差變化大、測(cè)試過(guò)程長(zhǎng)等缺點(diǎn)。該方法適合中小企業(yè)對(duì)拖曳扭矩較大的中重型變速器的拖曳扭矩的測(cè)量。

 (2)自由降速法是一種間接測(cè)量法，具有測(cè)試方法簡(jiǎn)單、測(cè)試時(shí)間短、對(duì)儀器精度要求較低等優(yōu)點(diǎn)，但臺(tái)架相對(duì)復(fù)雜，且試驗(yàn)前需要有準(zhǔn)確的變速器零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量值。該方法更適合大型企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)對(duì)各種變速器（尤其是輕微型變速器）的理論研究和設(shè)計(jì)分析。

3結(jié)語(yǔ)

 本文對(duì)提出的扭矩平衡法和自由降速法進(jìn)行了詳細(xì)介紹、分析、對(duì)比和驗(yàn)證，得出的拖曳扭矩與轉(zhuǎn)速、檔位的一些關(guān)系具有普遍意義，有利于兩種方法在業(yè)界的應(yīng)用與普及。