江鈴全順汽車主減速器實驗臺架及測控系統(tǒng)設(shè)計摘要汽車驅(qū)動橋中的主減速器總成是汽車傳動系的重要總成，它的主要功用是將輸入的轉(zhuǎn)矩增大、轉(zhuǎn)速降低、并將輸入的驅(qū)動力改變傳遞方向，因此主減速器總成質(zhì)量的好壞直接影響到汽車總體質(zhì)量。本文將對汽車主減速器實驗臺架及測控系統(tǒng)進行分析與研究。論文首先介紹了汽車試驗的意義與分類，并闡述了研究汽車試驗設(shè)備的必要性，然后對國內(nèi)外主減速器試驗臺的發(fā)展狀況進行了分析與總結(jié)。接著研究了主減速器總成在整個汽車傳動系的位置及其重要性，然后對主減速器總成的結(jié)構(gòu)和性能做出分析，并對差速器的結(jié)構(gòu)與原理進行了分析。本文以實際工程項目為背景，根據(jù)主減速器產(chǎn)品生產(chǎn)的特點，通過對主減速器總成常用的試驗規(guī)范進行初步探究，并結(jié)合將要設(shè)計的主減速器實驗臺架總成的結(jié)構(gòu)性能及其工作狀況，制定被試主減速器總成的試驗規(guī)范。通過對主減速器總成試驗的開放式和電封閉式兩大基本方案的比較，本文最終確定對主減速器總成試驗臺采用交流變頻回饋加載的方案。然后，對主減速器總成試驗臺的總體布局、設(shè)計方法、結(jié)構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)和工作程序進行了闡述。重點介紹了夾具的設(shè)計。制定了典型工況下的檢測方案，研制開發(fā)出針對上述性能同時又滿足工程實踐要求的在線檢測系統(tǒng)，通過運用此試驗臺進行的試驗，可以檢測出主減速器總成的實際性能，為以后產(chǎn)品的完善與改進提供了參考。接著簡介了試驗臺的控制軟件，其控制系統(tǒng)以工業(yè)控制計算機為核心。采用軟件濾波技術(shù)對轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速傳感器的數(shù)據(jù)進行平滑處理，并具有完備的檢測數(shù)據(jù)存儲、檢索和報表功能。并對試驗數(shù)據(jù)進行了驗證分析。文章介紹的汽車主減速器總成試驗臺可以實現(xiàn)六種主減速器總成的綜合性能檢測，并能根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)進行產(chǎn)品性能評判。其控制系統(tǒng)以工業(yè)控制計算機為核心，采用軟件濾波技術(shù)對轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速傳感器的數(shù)據(jù)進行平滑處理，并具有完備的檢測數(shù)據(jù)存儲、檢索和報表功能。關(guān)鍵字：主減速器總成；試驗臺；性能檢測；夾具體；控制系統(tǒng)；軟件濾波；插圖表：目錄：第一章緒論汽車主減速器總成是汽車傳動系的重要部件之一，其功用是降速增矩(將輸入的轉(zhuǎn)矩增大并相應(yīng)降低轉(zhuǎn)速)，并可改變發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的傳遞方向，以適應(yīng)汽車的行駛方向。主減速器總成對裝配精度的要求很高，其制造和裝配質(zhì)量對驅(qū)動橋乃至整車的性能有很大的影響。由于受到傳統(tǒng)制造、裝配工藝和測控手段限制，主減速器的裝配質(zhì)量往往滿足不了高質(zhì)量汽車的要求。近年國內(nèi)許多車橋生產(chǎn)廠家先后使用了成套制造設(shè)備和主減速器柔性裝配線，使制造和裝配質(zhì)量有了一定的提高，但針對其裝配精度的檢測，目前尚缺乏自動化測控設(shè)備。本試驗臺正是在這種背景下研制出來的。用于后橋主減速器裝性能的檢測，通過模擬主減速器的實際工作狀態(tài)獲取其轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率等性能指標參數(shù)，實時檢測數(shù)據(jù)采用數(shù)字和圖形顯示并存儲，并可通過數(shù)據(jù)分析為產(chǎn)品設(shè)計、制造和裝配提供反饋信息。1.1汽車試驗及試驗設(shè)備分析1.1.1課題的研究背景和意義近年來，在交通建設(shè)和物流增長的推動下，中國的汽車市場進入空前繁榮的時期。由于汽車的重型化和高速化，不僅對整車性能提出了更高的要求，對汽車主減速器的性能要求也相應(yīng)提高。汽車主減速器具有產(chǎn)量大、品種多，對產(chǎn)品性能、壽命、質(zhì)量和成本等方面要求高的特點，因此，即使在設(shè)計和制造時考慮得很周密，也都必須通過試驗來檢驗。汽車試驗是汽車工程的重要組成部分，它對于汽車技術(shù)性能的提高具有舉足輕重的作用。汽車試驗的目的是為了對產(chǎn)品的性能進行考核，使其缺陷和薄弱環(huán)節(jié)得到充分暴露，以便進一步研究并提出修改意見，以提高汽車的性能。試驗是發(fā)現(xiàn)問題的重要手段，是對汽車各種性能做出客觀評價的依據(jù)。汽車試驗技術(shù)研究工作是伴隨汽車工業(yè)的建立和發(fā)展而逐漸成長起來。社會對汽車試驗工程的重視程度越來越高。世界上每家汽車公司都有關(guān)于汽車的各種性能、安全、檢測等試驗。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車的使用條件越來越復(fù)雜，對產(chǎn)品的性能、壽命、質(zhì)量和成本等方面要求也越來越高，技術(shù)上許多新的發(fā)現(xiàn)和突破以及新的設(shè)計的或者是新生產(chǎn)的產(chǎn)品，即使在設(shè)計和制造上考慮的非常周密，也都必須以試驗測試為基礎(chǔ)來檢驗。試驗是幫助人們深入了解汽車在實際使用中各種現(xiàn)象的本質(zhì)及其規(guī)律，并推動其技術(shù)進步的一種極為重要的方法。汽車試驗是保證產(chǎn)品性能、提高產(chǎn)品質(zhì)量和市場競爭力的重要手段，因此近年來汽車企業(yè)非常重視試驗研究工作，在產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域設(shè)立專門的試驗研究機構(gòu)，投入的財力和精力越來越大，用于試驗的設(shè)備、設(shè)施及手段越來越先進。同時為了發(fā)展汽車理論、汽車制造及汽車的運輸使用，試驗的研究具有非常重大的意義。汽車的設(shè)計、制造過程始終離不開試驗，無論是設(shè)計思想和理論計算、初步設(shè)計、技術(shù)設(shè)計、汽車定型還是在生產(chǎn)過程，都要進行大量的試驗。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和社會文明的進步，出于專業(yè)化和協(xié)作生產(chǎn)的需要，進行了制定各種標準、規(guī)范的研究工作，其中包括汽車試驗標準的制定，包括整車、專用車、發(fā)動機、傳動系、制動系、懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系、車輪車身及附件、電子設(shè)備與儀表等方面的技術(shù)要求與試驗方法，實驗標準不同于一般性的試驗方法，它具有一定的權(quán)威性、先進性、通用性和相對穩(wěn)定性。但是汽車試驗在不同國家甚至不同廠家的試驗規(guī)范可能不同，因此在查看某種產(chǎn)品的試驗數(shù)據(jù)時，必須弄清他們試驗所依據(jù)的規(guī)程或標準。我國汽車行業(yè)在80年代末90年代初建立了汽車標準委員會，旨在擬定適應(yīng)我國國情的汽車標準，以推動我國的汽車工業(yè)發(fā)展，比如現(xiàn)役的有中國汽車技術(shù)研究中心標準化研究所編制的汽車標準匯編對汽車的各部分的術(shù)語作了說明和規(guī)定，以及試驗的標準。但是現(xiàn)在汽車試驗行業(yè)中還是有許多缺陷。標準的內(nèi)容不是很詳細，比如說沒有對主減速器試驗的標準做出規(guī)定。汽車試驗中試驗臺試驗的費用最省，試驗所需的時間較短，試驗條件較易控制，但這種試驗一般多用于單項性能或耐久性試驗，或少數(shù)相關(guān)項目的綜合性試驗，不能較全面地考核綜合性能，試驗標準有待于進一步探究。汽車試驗可以按其用途、研究對象以及運行試驗的方法與條件可以分為不同的實驗類型。其中按照汽車機構(gòu)及總成體試驗分類，如果發(fā)動機除外，可以分成傳動部分、行駛部分、轉(zhuǎn)向與制動部分。其中傳動部分即汽車的傳動系試驗又可以分為離合器試驗、變速箱試驗、萬向傳動裝置試驗、驅(qū)動橋試驗、主減速器試驗等。汽車驅(qū)動橋中的主減速器是汽車傳動系的關(guān)鍵部件之一，它的功用是將輸入的轉(zhuǎn)矩增大，轉(zhuǎn)速降低，并將接受的動力傳遞方向改變后傳給差速器。因此檢驗主減速器的性能是很有必要的。1.1.2 研究汽車試驗設(shè)備的必要性在汽車技術(shù)發(fā)展的過程中，針對市場變化和用戶的需求，已不斷出現(xiàn)了許多新的需要研究解決的問題：一方面相關(guān)領(lǐng)域新的技術(shù)和研究成果的應(yīng)用，技術(shù)上許多創(chuàng)新和突破以及新車型的開發(fā)設(shè)計，都要求以試驗研究為基礎(chǔ)，或是經(jīng)過試驗來檢驗，幫助研究人員深入了解汽車在實際使用中各種現(xiàn)象的本質(zhì)及其規(guī)律，并推動其技術(shù)的進一步發(fā)展；另一方面，汽車的試驗研究，往往可以有效地解決汽車開發(fā)研究過程中無法通過理論計算和分析得到有效解決的問題，如汽車的結(jié)構(gòu)強度設(shè)計，汽車抗撞特性研究，汽車的空氣動力性能等?？梢?，汽車的試驗研究是汽車技術(shù)發(fā)展的一種極為重要的方法。它是保證產(chǎn)品性能，提高產(chǎn)品質(zhì)量和市場競爭力的重要手段。汽車在使用過程中，其技術(shù)狀況和使用性能會逐漸變壞，從而導(dǎo)致汽車的動力性下降、經(jīng)濟性變差、安全可靠性降低，嚴重的影響汽車經(jīng)濟效益和運輸效率的發(fā)揮。造成汽車運行性能不佳的原因是多方面的。首先，汽車本身是一個復(fù)雜的光機電一體化系統(tǒng)，隨著行駛里程的增加、使用時間的延續(xù)，其技術(shù)狀況必然發(fā)生改變，出現(xiàn)動力性下降、經(jīng)濟性變差、安全性降低等問題，嚴重影響汽車經(jīng)濟效益和運輸效率的發(fā)揮，甚至威脅到生命安全。因此要借助各種手段保持汽車良好的技術(shù)狀態(tài)，其中在產(chǎn)品研制后對其進行各種性能檢測就是使運行技術(shù)狀態(tài)受控的一種措施。其次，如果汽車性能檢測設(shè)備的量值不準，自身的技術(shù)指標不合格，也就談不上去開展汽車的安全性能檢測。國內(nèi)這種現(xiàn)象普遍存在，由于檢測汽車存在著一定的不安全因素和事故隱患，由此而引發(fā)的事故也必然增多。所以保證試驗設(shè)備本身的技術(shù)狀態(tài)良好，才能確保被檢設(shè)備的結(jié)果準確可靠。因此，必須嚴格按照汽車性能試驗裝備的相關(guān)國家標準及行業(yè)標準，設(shè)計汽車試驗設(shè)備。本實驗依照國家和行業(yè)有關(guān)標準，再根據(jù)本實驗的特點確定了比較理想的實驗設(shè)備和方案。1.2 主減速器總成試驗臺發(fā)展簡介與發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1主減速器總成試驗臺發(fā)展簡介主減速器總成試驗臺是對主減速器進行綜合性能測試的試驗設(shè)備。通過試驗來檢驗主減速器設(shè)計的合理性，加工、制造、裝配和調(diào)試的工藝性。對試驗結(jié)果的深入分析將有助于了解和評定傳動部件和裝置的綜合機械性能，同時也為工程設(shè)計人員提供實踐的參考資料和設(shè)計依據(jù)。隨著機械工業(yè)向著高速比、大功率、低噪聲等方向飛速發(fā)展，人們對于主減速器的性能提出了更高的要求，因此，本文對于主減速器試驗臺的深入研究將具有重要的實際應(yīng)用意義。國外較早地開始了這方面的研究，如美國Gleason公司在五十年代就設(shè)計出了用輪系作為加載系統(tǒng)的傳動試驗臺的方案。比較著名的還有美國國家航空航天)面(NASA)T屬的Lewis研究中心、前蘇聯(lián)中央機械制造與設(shè)計研究院、美國通用動力公司、德國RENK公司、日本明電舍動力公司、日本豐田汽車公司、美國伊利諾斯大學(xué)機械工程系、法國Skoda公司等。從試驗臺方案的設(shè)計到最終的樣品制造他們都進行了大量的研究工作，形成了系列化的設(shè)計模式。與國外相比，國內(nèi)對于傳動試驗臺的研究起步相對較晚。研究工作始于八十年代初期。國內(nèi)較早從事這方面研究工作的主要單位有重慶大學(xué)、鄭州機械研究所，長春汽車研究所、西安重型機械研究所、西安理工大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)、四川工業(yè)學(xué)院、西安減速機廠、西安公路交通大學(xué)等單位。他們先后建立起了各種形式的傳動試驗臺，這些試驗臺的建立從理論上和實踐上都取得了很大的進步，積累了豐富的經(jīng)驗，代表著我國機械傳動試驗設(shè)備的發(fā)展水平。1.2.2主減速器總成試驗臺發(fā)展現(xiàn)狀汽車驅(qū)動橋中的主減速器總成是汽車傳動系的關(guān)鍵部件，對汽車的行駛性能有直接影響。國家行業(yè)標準規(guī)定：新設(shè)計或有重大改進的主減速器定型生產(chǎn)，或進行產(chǎn)品質(zhì)量考核時，應(yīng)對主減速器總成進行性能試驗。可見，對主減速器總成進行性能試驗的重要性。主減速器總成試驗臺通過加載裝置可模擬主減速器在實際運行過程中的多種受載狀態(tài)，在主減速器總成開發(fā)的早期，無需裝車就可對主減速器總成的特性進行全面測試，為主減速器總成的測試、研究和開發(fā)提供了強有力的手段，是當(dāng)今汽車主減速器總成開發(fā)技術(shù)的一個重要手段。主減速器總成性能試驗從負載形式上，主要分為空載試驗、部分加載試驗以及全加載試驗等。空載試驗通常在主減速器總成裝配完畢后，進行試驗，主要是檢查主減速器總成裝配情況以及對各部件進行跑合，提高主減速器齒輪齒面的強度。部分加載和全加載試驗臺可在有載荷的情況下檢測主減速器，這樣更接近主減速器的實際使用狀況，能發(fā)現(xiàn)一些空載試驗所檢查不出來的問題，可有效控制主減速器的質(zhì)量。加載試驗臺，根據(jù)其加載部件的不同，又分為機械加載和電加載等。由于以上原因，國內(nèi)也相繼建造了一些開放式試驗臺：如長春汽車研究的驅(qū)動橋試驗臺，杭州齒輪箱廠的船用齒輪箱試驗臺，重慶汽車研究所的后橋開放式耗能型試驗臺等，這些試驗臺都在試驗工作中發(fā)揮了作用，但由于它們大都存在著控制精度不高、動態(tài)響應(yīng)速度不快、控制不夠靈活、功能不夠完善等缺點，還不能充分滿足性能試驗的要求。為了提高我國主減速器試驗水平，并盡快提高自行設(shè)計和開發(fā)主減速器的能力，在消化、吸收的基礎(chǔ)上，必須采取新的適宜方案，開發(fā)適合我國國情的低成本高性能的主減速器試驗臺，代替進口產(chǎn)品，發(fā)展民族汽車工業(yè)。近些年來，隨著科技的發(fā)展和交流變頻回饋技術(shù)的日益成熟，國內(nèi)一些科研院所、試驗裝備企業(yè)亦開始研制電封閉變頻加載主減速器試驗臺，并取得了一定的成果。試驗臺的加載電機發(fā)出的電能通過直流母線直接回饋到驅(qū)動電機輸入端，而不反饋回電網(wǎng)，這樣不但節(jié)能效果好，而且對電網(wǎng)無影響。這一技術(shù)已與國際水平接軌，并且與國際同類產(chǎn)品相比便宜很多，現(xiàn)已在國內(nèi)很多主減速器生產(chǎn)企業(yè)以及整車試驗研究中心推廣，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。主減速器總成性能試驗從結(jié)構(gòu)形式上，又分為開放式和封閉式兩種。具體的將在后面章節(jié)中作詳細介紹。1.3主減速器性能檢測方法汽車主減速器性能試驗分為室外道路試驗法和室內(nèi)臺架模擬試驗法道路試驗法路試法是通過整車在道路試驗場上行駛，通過多種典型路面下的整車試驗獲取零、部件的信息。由于采用整車在實際的路面上試驗，道路試驗法更接近實際的工況，獲取的數(shù)據(jù)量最豐富，但成本太高，試驗結(jié)果帶有很大的隨機性。臺架試驗法臺架試驗法是現(xiàn)在用的比較廣泛的檢測方法，它并不是通過整車在試驗場上行駛而檢測主減速器的性能，而是采用臺架模擬的方法，通過一定的機構(gòu)來模擬車輪、地面阻力、發(fā)動機等的運行狀況。這種方法效率較高，試驗數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性好、規(guī)律性強，缺點是由于臺架模擬的缺陷，并不能模擬任意的行駛條件和工作狀態(tài)，而只能對典型的工況進行模擬，比如：在良好的路面上直線行駛、汽車轉(zhuǎn)彎過程、兩側(cè)路面不同時引起的一側(cè)車輪打滑現(xiàn)象等。在這些典型的工況下制定試驗方法，檢測主減速器的性能。臺架試驗的典型結(jié)構(gòu)主減速器總成檢測試驗臺根據(jù)是否有能量回饋可分為功率封閉型和開放型兩種結(jié)構(gòu)：1功率封閉型試驗裝置功率封閉試驗臺一般由驅(qū)動電機、被測裝置和負載裝置組成，其中負載裝置選用具有發(fā)電功能的直流電機或交流電機，具有很好的節(jié)能效果，特別適合長時間運轉(zhuǎn)的疲勞試驗；但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本和維護都比較高，不適合用于運行時間很短的性能試驗。2功率開放型試驗臺裝置這是一種運轉(zhuǎn)式試驗裝置，通常由原動機、被試件和耗能負載裝置等部分組成。原動機的能量通過被試件的傳遞，消耗在負載裝置上，因此原動機的容量和能量的消耗均較大。但這種機械結(jié)構(gòu)較為簡單，配置靈活，無論是機械還是硬件的設(shè)計都比較簡單，適用于非長期運轉(zhuǎn)的性能試驗。其原理圖如1-3所示，其中粗箭頭表示能量的流動方向，可見其能量傳動方向為單向的，沒有能量的回饋。1.4本課題的目的汽車主減速器總成在正常條件下工作應(yīng)滿足如下基本要求：工作平穩(wěn)，噪聲小，并具有足夠的剛度、強度和高的傳動效率。而所說的正常條件是指汽車主減速器在裝配時各個部件應(yīng)能夠正確的裝配，其中關(guān)鍵的是要保證主減速器能正確地傳遞扭矩轉(zhuǎn)速及功率。由于主減速器轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)矩較大，且轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩變化幅度較大，對齒輪副嚙合精度要求較高，尤其主減速器螺旋錐齒輪副，錐頂稍有不吻合就會使工作條件急劇變壞，隨之而來的就是齒輪齒面的磨損加劇，噪聲增大，齒輪副使用壽命降低，進而影響到整個主減速器的使用壽命，因此對主減速器的裝配精度要求很高。該試驗臺架安裝在實驗室內(nèi)，隨機檢驗裝配線上主減速器的綜合性能進行，以判斷裝配后的主減速器總成是否合格。即使反應(yīng)主減速器的設(shè)計質(zhì)量和性能狀況。1.5本課題的主要研究內(nèi)容及要求1.5.1研究內(nèi)容本課題研制的主減速器總成試驗臺是布置在實驗室內(nèi)，用于檢測主減速器總成的綜合運轉(zhuǎn)性能的試驗臺。該試驗臺主要完成以下試驗項目：主減速器轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩性能試驗；主減速器差速器性能試驗；主減速器運行噪聲試驗。本試驗臺要求實現(xiàn)部分加載，可以在有載荷的情況下檢測主減速器的綜合運轉(zhuǎn)性能，這樣能夠發(fā)現(xiàn)一些空載試驗所檢查不出來的問題，可有效控制主減速器的運行質(zhì)量。此試驗臺系統(tǒng)不僅要求對主減速器的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩性能、差速器性能、噪聲性能做出判斷和做出分析，而且要求該試驗臺可以自動控制，并采用軟件濾波技術(shù)對轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速傳感器的數(shù)據(jù)進行處理，并具有完備的檢測數(shù)據(jù)存儲、檢索和報表功能。所以該試驗臺要具有較高的柔性化和自動化。因而我們對本系統(tǒng)的設(shè)計進行了較為深入的研究，主要研究的內(nèi)容如下：1、主減速器總成結(jié)構(gòu)與性能的分析對汽車傳動系和驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)進行了概述，并探討了主減速器總成對于整個傳動系的重要性。然后對主減速器總成的結(jié)構(gòu)和性能做出了分析，并對主減速器總成中的差速器的結(jié)構(gòu)與原理進行了分析。2、主減速器總成試驗規(guī)范的研究通過對主減速器總成常用的試驗規(guī)范進行初步探究，并結(jié)合被試主減速器總成的結(jié)構(gòu)性能的特點及其工作狀況，制定了被試主減速器總成的試驗規(guī)范。3、主減速器總成試驗臺總體設(shè)計的研究通過對主減速器總成試驗的開放式和電封閉式兩大基本方案的比較，再與磁粉制動器相比較。最后確定試驗臺架結(jié)構(gòu)類型。然后介紹了主減速器總成試驗臺的總體布局和結(jié)構(gòu)原理，并對試驗臺的機械部分、翻轉(zhuǎn)夾具系統(tǒng)和加載系統(tǒng)的工作原理、電氣控制系統(tǒng)，床身基礎(chǔ)系統(tǒng)進行了分析。4、試驗臺控制軟件簡介和試驗數(shù)據(jù)分析首先對試驗臺的工作控制流程進行了敘述，接著對試驗臺的控制軟件進行了簡介，采用WinCC開發(fā)的控制軟件界面。最后對試驗數(shù)據(jù)與前面所研究的試驗規(guī)范進行了驗證分析。1.5.2試驗功能要求1根據(jù)用戶要求，實驗系統(tǒng)要能完成以下功能：(1)能夠?qū)Ξa(chǎn)品進行國標(QCT 5681999)要求條件下的噪聲試驗，測取噪聲的標稱值，自動判斷噪聲指標是否合格。(2)能夠在廠方自定義的載荷和轉(zhuǎn)速下，對產(chǎn)品進行噪聲值的測量。(3)能測定主減速器的內(nèi)阻力矩、差速性能和傳動效率等附加信息。(4)對不合格產(chǎn)品，通過信號處理方法能夠進行自動的初步故障診斷。2對機械系統(tǒng)的要求：(1)機械系統(tǒng)要有足夠的精度和剛度。(2)機械系統(tǒng)本身的噪聲要小，要有一定的聲學(xué)結(jié)構(gòu)，以減小對測試結(jié)果的影響。(3)測試房間要滿足國標規(guī)定的聲學(xué)測試條件。3對電氣系統(tǒng)的要求；(1)有完善的安全保護措施。(2)控制電路簡單、可靠。(3)測量電路能保證測量的準確，有一定的抵御外界電磁干擾的能力。4對軟件系統(tǒng)的要求：(1)人機界面友好，操作簡單。(2)功能完善，運行可靠。(3)要有標準、完整的開發(fā)文檔。第二章主減速器總成結(jié)構(gòu)性能及實驗內(nèi)容汽車驅(qū)動橋中的主減速器總成是汽車傳動系的關(guān)鍵部件，它的主要功用是將輸入的轉(zhuǎn)矩增大，轉(zhuǎn)速降低，并將接受的動力傳遞方向改變后，分配到左右驅(qū)動輪，使汽車行駛。主減速器總成質(zhì)量的好壞直接影響到汽車總體質(zhì)量。這一章將首先研究汽車傳動系的基本結(jié)構(gòu)和原理。說明主減速器總成在汽車傳動系的位置及重要性，然后分析主減速器的基本結(jié)構(gòu)及其性能，并對差速器的結(jié)構(gòu)與原理進行分析。然后根據(jù)主減速器結(jié)構(gòu)和性能確定本系統(tǒng)的檢測項目和實驗內(nèi)容。2.1汽車傳動系及驅(qū)動橋概述如圖2-1所示，汽車傳動系主要有發(fā)動機、離合器、變速器、萬向傳動裝置即傳動軸、萬向節(jié)，后橋總成和驅(qū)動橋（主減速器、差速器、半軸）等組成。 汽車傳動系的功用是將發(fā)動機發(fā)出的動力傳遞給驅(qū)動車輪。使汽車在各種不同的工況下均能正常行駛，以適應(yīng)汽車行駛的需要。再經(jīng)過差速器的差速和轉(zhuǎn)矩分配作用，將轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩輸出到汽車兩側(cè)的驅(qū)動輪上。除此之外，主減速器的功能在于當(dāng)變速器處于最高檔位時，使汽車有足夠的牽引力、并具有良好的經(jīng)濟性和動力性。下面對這些功能進行詳細的介紹。1）減速；通過傳動系的作用，使驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速降低為發(fā)動機轉(zhuǎn)速的若干分之一，相應(yīng)驅(qū)動輪所得的轉(zhuǎn)矩增大到發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的若干倍。2）變速；保持發(fā)動機在有利的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作，汽車牽引力又在足夠大的范圍內(nèi)變化。3）倒車；在傳動系的變速器中加設(shè)倒檔使汽車能在某些情況下倒車。4)中斷傳動；發(fā)動機只能在無負荷情況下起動，而且啟動后轉(zhuǎn)速必須保持在最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速以上所以在汽車起步以前，必須將發(fā)動機與驅(qū)動輪之間的傳動路線切斷，即傳動系的中斷傳動作用。5）差速作用；汽車轉(zhuǎn)彎時，左右車輪滾動過的距離不同，傳動系的差速作用可以使左右兩輪以不同的角速度旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動橋是傳動系中的一部分，由主減速器、差速器、主軸和驅(qū)動橋殼等組成，其作用是將萬向傳動裝置傳來的發(fā)動機扭矩傳遞到驅(qū)動車輪上，實現(xiàn)降速、增大扭矩，同時改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向，并實現(xiàn)差速以保證內(nèi)外側(cè)車輪以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向。 主減速器總成(主減速器總成由主動錐齒輪總成、差速器總成、減速器殼體等部分組成)是驅(qū)動橋的核心部件，驅(qū)動橋所實現(xiàn)的作用全部是由主減速器總成實現(xiàn)的，因此要求主減速器總成要有好的性能和質(zhì)量。如圖21所示，是一種典型汽車驅(qū)動橋(含減速器、半軸、橋殼等部件)的分解圖，現(xiàn)在也有多驅(qū)汽車，變速器后面配有的分動器，將變速器的輸出扭矩分給不同的驅(qū)動橋，在這里我們將不作討論。2.2汽車主減速器總成的結(jié)構(gòu)與性能概述2.2.1汽車主減速器總成的結(jié)構(gòu)分析汽車主減速器是汽車驅(qū)動橋中的主要總成結(jié)構(gòu)之一，是汽車傳動系最主要的傳動部件，它位于動力傳輸?shù)哪┒?，要求主減速器具有更高的可靠性，主要由主從動錐齒輪總成、減速器殼體和差速器總成等部分組成，是驅(qū)動橋的核心部件。其中一種主減速器的結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。1一差速器軸承蓋；3，13，17一軸承；4一主減速器殼；5一差速器殼；7一從動螺旋錐齒輪；18D主動螺旋錐齒輪；21-行星齒輪；23一半軸齒輪；24一行星齒輪軸為了不同的使用要求，主減速器的結(jié)構(gòu)形式也是不同大的。主減速器的結(jié)構(gòu)形式按照齒輪類型、減速器形式不同而不同。主減速器的齒輪主要有螺旋錐齒輪、雙曲面齒輪、圓柱齒輪和渦輪蝸桿等形式。按照參加減速傳動的齒輪副輸目分為：單級式主減速器、雙級式主減速器、雙速式主減速器、單雙級貫通式主減速器、單雙級式主減速器配以輪邊主減速器等幾種。圖2-2所示的為單級式主減速器。目前，轎車和一般輕、中型貨車采用單級式主減速器。單級式主減速器可有一對圓錐齒輪或由渦輪蝸桿組成，既滿足汽車動力性的要求，而且具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕和傳動效率高等優(yōu)點。本文研究的主減速器試驗臺架的實驗對象就是單級式主減速器總成。2.2.2汽車主減速器總成的性能分析在圖22中，可以看到動力傳遞給主減速器的主動齒輪后，通過主動和從動齒輪嚙合，后帶動差速器旋轉(zhuǎn)，并通過差速器的行星齒輪實現(xiàn)差速。由此要求主減速器的主動和從動錐齒輪之間必須有正確的相對位置，方能使兩齒輪嚙合傳動時沖擊噪聲輕，而且輪齒沿其長度方向磨損均勻。因此主減速器的結(jié)構(gòu)不僅要使得主動和從動錐齒輪有足夠的支撐剛度，使其在傳動過程中不至于發(fā)生較大變形而影響正常嚙合，而且應(yīng)有必要的嚙合調(diào)整裝置。汽車驅(qū)動橋主減速器的裝配質(zhì)量是影響整個汽車驅(qū)動橋性能的一個重要因素，主動錐齒輪總成是主減速器的關(guān)鍵部件，結(jié)構(gòu)如圖23所示。裝配主減速器時，為了減小在錐齒輪傳動過程中產(chǎn)生的軸向力所引起的齒輪軸的軸向位移，提高軸的支承剛度，保證錐齒輪副的正常嚙合，圓錐滾子軸承應(yīng)有一定的裝配預(yù)緊度，即在消除軸承間隙的基礎(chǔ)上，再給予一定的壓緊力。軸承的軸向間隙不應(yīng)超過01mm，可通過更換不同厚度的隔套4，或者在兩軸承內(nèi)座圈間裝入一組厚度不同的調(diào)整墊片3，通過調(diào)整墊片的厚度來實現(xiàn)調(diào)整軸承預(yù)緊度的目的。裝配主錐總成部分時，要求用較大的力矩擰緊螺母，其在主動錐齒輪軸上產(chǎn)生的軸向力包括兩部分，第一部分是給圓錐滾子軸承加載，保證其預(yù)緊需要，第二部分則作用于軸承內(nèi)圈、隔套及調(diào)整墊片上。由于圓錐滾子軸承承受的軸向力一般為幾千牛頓，因此，螺母軸向力的大部分作用于軸承內(nèi)圈、隔套及調(diào)整墊片上。調(diào)整墊片太薄則圓錐滾子軸承分配的軸向力增大，造成預(yù)緊力矩過大，汽車運行時發(fā)熱嚴重甚至燒壞軸承，而調(diào)整墊片太厚則圓錐滾子軸承上分配的軸向力減小，預(yù)緊不足，降低了軸系的回轉(zhuǎn)精度，影響錐齒輪副的使用壽命，噪聲增大。合適的調(diào)整墊片即可控制主動錐齒輪軸上軸向力的分配比例，當(dāng)主動錐齒輪鎖緊螺母擰緊到規(guī)定擰緊力矩范圍內(nèi)時，保證圓錐滾子軸承的預(yù)緊符合要求。在汽車驅(qū)動橋臺架試驗評價指標中對單級主減速器的主錐總成做出了規(guī)定。按照扭矩Mp加載時，各方向主從動齒輪及其相對位移量作為錐齒輪支撐剛性試用評價指標，見表2-1。注：X一沿主動錐齒輪軸向位移Y一沿從動錐齒輪軸向位移Z一垂直于X、Y方向的位移2.2.3差速器的結(jié)構(gòu)和原理分析差速器能使同一驅(qū)動橋的左右車輪以不同角速度旋轉(zhuǎn)，并傳遞轉(zhuǎn)矩的機構(gòu)，起輪間差速作用的稱為輪間差速器，起橋間參數(shù)作用的稱為橋間差速器。本文研究對象中的差速器是輪間差速器，其功用是當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎行駛或在不平路面行駛時，使左右驅(qū)動輪作純滾動運動。如圖2-6所示目前汽車上使用的齒輪式差速器有圓錐齒輪式和圓柱齒輪式兩種，而按照兩側(cè)的輸出轉(zhuǎn)矩是否相等，又分為對稱式（等轉(zhuǎn)矩式）和不對稱式（不等轉(zhuǎn)矩）。本文研究的實驗對象就是對稱式錐齒輪輪間差速器的結(jié)構(gòu)性能進行分析。2.2.4對稱式錐齒輪輪間差速器的結(jié)構(gòu)分析對稱式錐齒輪輪間差速器由圓錐行星齒輪、行星齒輪軸(十字軸)、圓錐半軸齒輪和差速器殼組成，如圖27。差速器殼由用螺栓緊固的左、右外殼組成。主減速器的從動齒輪用鉚釘或螺栓固定在差速器右外殼的凸緣上。裝配時，十字形的行星齒輪軸的四個軸頸嵌在差速器殼兩半端面上相應(yīng)的凹槽所形成的孔內(nèi)，差速器殼的剖分面通過行星齒輪軸各軸頸的中心線。每個軸頸上空套著一個直齒圓錐行星齒輪，它們均與兩個直齒圓錐半軸齒輪嚙合。而半軸齒輪的軸頸分別支承在差速器殼相應(yīng)的左右座孔中，并借花鍵與半軸相連。動力自主減速器從動齒輪依次經(jīng)差速器殼、十字軸、行星齒輪、半軸齒輪及半軸輸出給驅(qū)動車輪。當(dāng)兩側(cè)車輪以相同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動時，行星齒輪繞半軸軸線轉(zhuǎn)動一公轉(zhuǎn)。若兩側(cè)車輪阻力不同，則行星齒輪在作上述公轉(zhuǎn)運動的同時，還繞自身軸線轉(zhuǎn)動一自轉(zhuǎn)，這樣兩半軸齒輪帶動兩側(cè)車輪能夠以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動叫。因為本實驗臺的實驗對象中的差速器為對稱式錐齒輪輪間差速器，其功用是當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎行駛或在不平路面上行駛時使左右驅(qū)動車輪以不同的轉(zhuǎn)速滾動，即保證兩側(cè)驅(qū)動車輪做純滾動運動，如圖3-4所示：汽車有勻速直線運動通過穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，轉(zhuǎn)為等速圓周運動，汽車驅(qū)動橋的運轉(zhuǎn)狀況如圖 如圖所示，分別代表左右車輪，L為左右之間的輪距，V表示汽車轉(zhuǎn)向做等速圓周運動時的線速度，而表示左右車輪的線速度，w表示汽車轉(zhuǎn)向做等速圓周運動時的角速度，R表示轉(zhuǎn)向半徑假設(shè)輪胎的半徑為而汽車轉(zhuǎn)向做等速圓周運動時左右車輪的旋轉(zhuǎn)角速度為左右輸出端的電機采用轉(zhuǎn)速控制方式。根據(jù)公式3-2可知，首先確定轉(zhuǎn)向半徑R和左右車輪之間的L，再確定整車速度V,從而得到左右車輪的線速度，最終計算得出左右車輪的旋轉(zhuǎn)角速度通過左右輸出的轉(zhuǎn)速來間接控制主減速器驅(qū)動端的轉(zhuǎn)速，進行測量。左右輸出端差速不加載，帶動主減速器運轉(zhuǎn)，而驅(qū)動電機與主減速器的驅(qū)動端之間保持脫離狀態(tài)，在下述運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，測試左右輸出的運轉(zhuǎn)阻力矩2.3主減速器性能檢測儀器概述2.3.1聲級計聲級計是一種最為常用的測量噪聲聲壓級和聲級高低的儀器，它按照一定的頻率計權(quán)和時間計權(quán)測量聲音的聲壓級或者聲級。1聲級計的工作原理一般聲級計的主要組成部分有：傳聲器、放大器、衰減器、計權(quán)網(wǎng)絡(luò)、檢波電路、指示器和電源等組成，工作原理如圖27所示。 聲壓信號經(jīng)過傳聲器，被轉(zhuǎn)換為電壓信號，該電壓信號被前置放大器進行阻抗變換，經(jīng)過變換后的電信號被送入衰減器和放大器，衰減器對幅值較大的信號進行衰減，而放大器對微弱的信號進行放大。然后信號進入計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，計權(quán)網(wǎng)絡(luò)會對信號進行頻率計權(quán)，測量出相應(yīng)的聲級信號。經(jīng)過計權(quán)后的信號再次送入衰減器和放大器。此時的信號被檢波器檢波后，信號變換成直流信號以便指示。指示值所代表的意義取決于計權(quán)網(wǎng)絡(luò)的選擇。當(dāng)選擇A、B或者C計權(quán)檔時，指示值為相應(yīng)的聲級。當(dāng)選用線性檔時，示值為聲壓級；當(dāng)接入外接濾波器時，顯示的是濾波器相應(yīng)頻帶寬度下的頻帶聲壓級。另外聲級計的輸出還可以外接示波器，分析儀等。2聲級計的分類按照國際電工委員會(IEC)651關(guān)于聲級計的標準，可以將聲級計按照測量精度和穩(wěn)定性分為0、1、2和3四種類型。其中0型為標準聲級計；l型為精密聲級計；2型為一般用途聲級計；3型為普及型聲級計。此外，從功能及用途上又可將聲級計分為普通聲級計、精密脈沖聲級計、積分聲級計、個人聲暴露計、噪聲統(tǒng)計分析儀、噪聲頻譜分析儀等。普通聲級計僅能測量指數(shù)時間計權(quán)聲級，常用在噪聲普查中；精密脈沖聲級計比普通聲級計的精度高，并有脈沖檔時間計權(quán)，廣泛用在產(chǎn)品檢測和脈沖性噪聲測量中；積分聲級計可以測量一段時間內(nèi)的平均聲級(等效聲級)，在環(huán)境噪聲監(jiān)測、勞動場所噪聲監(jiān)測場合采用此類儀器；個人聲暴露計的體積小巧，能方便地佩帶在工人身上，可以準確測量工人一天內(nèi)所接受的噪聲暴露量；噪聲統(tǒng)計分析儀是在積分聲級計的基礎(chǔ)上加入了統(tǒng)計聲級測量、定時監(jiān)測等功能，目前在環(huán)境保護、勞動保護部門應(yīng)用廣泛。噪聲頻譜分析儀是在通用聲級計、積分聲級計或噪聲統(tǒng)計分析儀上又加入了倍頻程或13倍頻程濾波器，這樣不但能測量噪聲的聲級和聲壓級，也可對聲音的頻譜成份進行分析。本系統(tǒng)的噪聲測量所采用的聲級計，包括兩只噪聲傳感器探頭和兩只對應(yīng)的二次儀表，其外形如圖年6所示該型聲級計是種測量指數(shù)時間計權(quán)聲級和時間積分平均聲級的噪聲測量儀器，其性能符合GB廠137851983和IEC61672-2002標準對2級聲級計的要求。該儀器采用了先進的數(shù)字檢波技術(shù)，具有可靠性高、穩(wěn)定性好、動態(tài)范圍寬等優(yōu)點，具有Rs232和交直流輸出接口，專門用于噪聲長期在線測量。 2.3.2轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器機械動力參數(shù)(如轉(zhuǎn)速、扭矩、功率、效率等)是機械系統(tǒng)研究、設(shè)計、制造和維修的重要依據(jù)，對其快速精確測量是機械行業(yè)必不可少的重要環(huán)節(jié)。在測試扭矩和轉(zhuǎn)速的場合中，扭矩和轉(zhuǎn)速是傳動系統(tǒng)的重要參數(shù)，扭矩測量是傳動系統(tǒng)參數(shù)測試的技術(shù)難點。由于溫度補償和初始相位補償問題較難解決好，動態(tài)扭矩的測量準確度較低。通常要將扭矩和轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換成電信號進行測量。測量方案有以下方法：(1)采用電阻應(yīng)變式傳感器，這種傳感器的工作原理是：力一應(yīng)變一電阻變化一電壓輸出。它的優(yōu)點在于體積小，但它的輸出信號是基于電阻的變化而得到的，受溫度、電源電壓等環(huán)境參數(shù)的影響較大，由于它輸出電壓值只有毫伏級，使用它必須對其信號進行放大，需要高精度的放大電路。(2)采用磁電式或者光電式相位差型傳感器，其工作原理是當(dāng)輸入、輸出軸未施加扭矩時，傳感器輸出兩路正弦信號，彼此相差180度。當(dāng)施加扭矩時，兩路正弦信號彼此相差會發(fā)生變化，根據(jù)相差即可計算出扭矩大小，根據(jù)某路正弦信號頻率即可計算出轉(zhuǎn)速大小?？梢酝瑫r獲得扭矩、轉(zhuǎn)速信號，且工作穩(wěn)定可靠。下面將介紹采用第二種原理進行工作的轉(zhuǎn)速扭矩傳感器的具體測量方法，以便更充分的認識扭矩轉(zhuǎn)速傳感器。(1)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器的動態(tài)扭矩測量原理扭矩測量系統(tǒng)原理如圖3-3所示。信號輪l和信號輪2分別安裝在彈性軸兩端。當(dāng)彈性軸上加載動態(tài)扭矩M時，信號輪隨軸旋轉(zhuǎn)，軸受到扭轉(zhuǎn)變形，兩信號輪相對位置發(fā)生變化，即信號輪1相對于信號輪2轉(zhuǎn)過一個角度或者信號輪2相對于信號輪l轉(zhuǎn)過一個角度，這個角度稱為彈性軸的扭矩角口。在扭矩的計算中，瞬時扭矩M通過扭矩角a來定義，這里考慮最大扭矩Max200 N·m，即：式中G為彈性軸材料的剪切模量，不是一個常數(shù)，而且與環(huán)境溫度相關(guān)；I為彈性軸的轉(zhuǎn)動慣量；L為信號輪l與信號輪2之間的距離；K為傳感器系數(shù)。以上傳感器系數(shù)K=GIL，也受環(huán)境溫度影響，需要在傳感器工作過程中加以修正。從公式(31)中可以看到，瞬時扭矩M與扭矩角a成正比，修正環(huán)境溫度對傳感器系數(shù)K的影響后，只要精確測量扭矩角a就可測量瞬時扭矩M。實際傳感器中測量到的是兩路正弦信號轉(zhuǎn)換成的方波信號，扭矩角a也就有相位差來定義了。(2)輸出信號處理當(dāng)輸入、輸出軸未施加轉(zhuǎn)矩時口=0，傳感器輸出相位差為0；當(dāng)施加扭矩時，信號輪發(fā)生偏轉(zhuǎn)口0，對應(yīng)的相位差發(fā)生變化。將變化的信號送入工控機，工控機計算出相位差，根據(jù)相差即可計算出扭矩大小。24國內(nèi)外主減速器試驗臺的檢測標準按照主減速器的結(jié)構(gòu)和性能要求，在對主減速器進行試驗時，一般檢測以下項目和內(nèi)容。根據(jù)檢測項目的標準判斷主減速器的質(zhì)量。 (1)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速性能檢測：在電機帶動主減速器升速狀態(tài)下，檢測主減速器總成的內(nèi)阻力矩，同時檢測轉(zhuǎn)速并繪制輸入速度一阻力矩的對應(yīng)曲線。轉(zhuǎn)速在200rmin400rmin內(nèi)可調(diào)，在運轉(zhuǎn)過程中，其阻力矩是不斷變化的感器高速測取各個瞬時的阻力矩，再通過計算機處理成平均值和波動值。平均值反映著齒輪軸承的預(yù)緊情況和齒輪的嚙合運轉(zhuǎn)時的阻力，好的總成應(yīng)該在一定的范圍內(nèi)，對于EQl030輕型車來講，正常范圍在255Nm之問；波動值(在勻速運轉(zhuǎn)狀態(tài))的大小反映軸承的旋轉(zhuǎn)精度、齒輪的綜合誤差等造成的運轉(zhuǎn)過程中的沖擊和震動情況，這個值越小越好。(2)噪聲和振動性能檢測：在中華人民共和國汽車行業(yè)標準QCT290631992(JBn 412585)汽車機械式變速器總成技術(shù)條件和QCT 5681999(JB 398785)，汽車機械式變速器臺架試驗方法中規(guī)定了汽車用變速器總成的技術(shù)要求、試驗方法和檢驗規(guī)則。對噪聲部分的規(guī)定：各類汽車機械式變速器總成在為變速器所匹配的發(fā)動機的最大功率時的轉(zhuǎn)速，rmin)的轉(zhuǎn)速下，最大允許聲壓級為91dB(A)。根據(jù)JB3863-84標準，主減速器在輸入轉(zhuǎn)速300rmin，兩側(cè)加載20N·m時，主減速器的主、被動齒輪嚙合面正上方300mm處噪聲值不應(yīng)超過75bB(A)。因此可以根據(jù)噪聲方面的理論在試驗臺架上對主減速器進行噪聲檢測。但是在實驗室內(nèi)上，機器的運轉(zhuǎn)噪聲測量常常要在較強的背景噪聲下進行，傳統(tǒng)的聲級計很難直接測得其真實噪聲，而較為準確的聲強法則由于耗時及操作不便等因素，難以滿足生產(chǎn)線上的工作節(jié)拍，且對于有異響的機器，也很難進行進一步的故障診斷。車間環(huán)境噪聲一般都在80dB(A)以上，有時甚至達90dB(A)或更高，噪聲過高，會嚴重影響主減速器噪聲測試的準確性，因此要在標準規(guī)定工況下準確檢測主減速器噪聲，要有一定的隔音消噪措施。在汽車主減速器噪聲振動檢測系統(tǒng)研究一文中提出了以下方法：使系統(tǒng)自身基座的剛性足夠大，使傳動軸在測試過程中不會發(fā)生大的變形，以保證各軸的同心度；系統(tǒng)采取減振設(shè)計，選用適當(dāng)?shù)膹椥云骷?；建造隔音房，使測試系統(tǒng)核心部分與電機等主要噪聲源隔離。但是該方法要求投入的成本高，整個試驗系統(tǒng)要有好的機械性能，并對外界環(huán)境也做出要求，因此存在著一定的局限性。在文獻在線噪聲檢測及噪聲信號的故障診斷技術(shù)中提出了基于背景噪聲修正法。在物理上進行了簡單隔離，然后利用基于背景噪聲的修正方法，從軟件上對強背景下測得的聲壓值進行修正。對于兩測量差在10 dB(A)之內(nèi)的情況，可通過下面的公式進行修正：。本方法在主減速器的在線檢測中取得了良好的使用效果。環(huán)境噪聲的干擾是一直致力于解決的問題，此方法也存在一定隨機誤差性。(3)噪聲的頻譜分析：通過對噪聲的頻譜分析，協(xié)助判斷異晌情況。首先通過大量的試驗獲得各種數(shù)據(jù)，獲得主減速器在不同工況下不同部位的有效數(shù)據(jù)，根據(jù)這些有效數(shù)據(jù)形成被試驗主減速器的噪聲頻譜。在對主減速器進行試驗時，如果出現(xiàn)高頻并且高于某極限值，根據(jù)噪聲值出現(xiàn)的位置就可以知道主減速器哪里有故障。(4)差速器差速特性標準：主減速器總成在一邊加載正轉(zhuǎn)時候，向一側(cè)差速器的半軸齒輪孔施加止動阻扭矩的狀態(tài)下，使得差速器一側(cè)止動半軸齒輪，看另一側(cè)的半軸齒輪的工作狀況；并向差速鎖氣室充氣，給出差速鎖的響應(yīng)情況。從兩邊的輸出轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的數(shù)據(jù)即扭矩值，即可得到差速器的內(nèi)摩擦力矩大小和分配特性。對于EQl030車型來講，好的主減速器能以1525Nm的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動差速器組件，因此，當(dāng)一側(cè)止動時，如果另一側(cè)能有正常運轉(zhuǎn)，沒有大的波動和沖擊，則說明差速器正常。2.4本實驗臺架的試驗規(guī)范本文所研究的主減速器試驗臺架的是布置在試驗室內(nèi)，用于檢測江鈴全順主減速器的差速性能，噪聲性能和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩性能。目前對于主減速器總成的試驗，國家標準和行業(yè)標準以及企業(yè)標準，沒有一個統(tǒng)一明確的規(guī)定和說明。根據(jù)對被測試的內(nèi)容以及內(nèi)容特點，對江鈴全順主減速器在實驗室內(nèi)進行試驗我遵循了如下實驗標準進行參照：2.4.1試驗臺架系統(tǒng)差速性能試驗規(guī)范在測試過程中，主減速器驅(qū)動端運轉(zhuǎn)取低速、中速、高速三個運轉(zhuǎn)水平實驗，在一定狀態(tài)下運行一定時間，如60秒。測試時左右輸出端的運轉(zhuǎn)工作方式也設(shè)為可調(diào)，即正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)可以任意選擇，但是要注意左右輸出端的方向是相反的。測試差速器的性能時，輸出端應(yīng)該在低速段比較好，這樣可減少空載功率損失所產(chǎn)生的阻力矩的影響。首先確定轉(zhuǎn)向半徑R，左右車輪之間的輪距L和整車速度V，從而得出左右車輪的旋轉(zhuǎn)角速度。此時左右車輪輸出端為差速運動，然后在此狀態(tài)下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)60秒，此時差速器工作，測得左端的阻力距M1，并測得右端的阻力距M2則M1與M2的絕對值差值的絕對值就能反映出差速器的內(nèi)阻力矩M4的大小。在檢測時繪制出輸入速度一阻力矩的對應(yīng)曲線。每次測得曲線中的速度水平是一定的。在整個運轉(zhuǎn)過程中，阻力矩是不斷變化的，傳感器高速測取各個瞬時的阻力矩，根據(jù)公式(33)，通過計算機處理成平均值和波動值。平均值和波動值(在一定運轉(zhuǎn)水平狀態(tài)下)定量地反映出差速器加工和裝配的狀況，合格的差速器應(yīng)該在一定的范圍內(nèi)，對于本試驗臺的試驗對象，其范圍要通過采集樣本獲得。所測得的平均值和波動值在所采集樣本的范圍內(nèi)，則說明加工或裝配精度合格，否則不合格。圖35為差速器性能試驗的工作循環(huán)圖；241主減速器運行噪聲試驗標準汽車主減速器總成的工作噪聲是汽車總體噪聲的重要來源之一。其噪聲產(chǎn)生的主要原因是由于主減速器總成的不正常運轉(zhuǎn)，常見的影響因素有裝配的零件不合格，主從動錐齒輪部件、主被齒之間齒側(cè)間隙調(diào)整不當(dāng)、差速器行星輪、半軸齒輪的裝配間隙不當(dāng)以及差速器軸承的調(diào)整間隙不當(dāng)?shù)鹊犬a(chǎn)生運動噪聲及異常振動。噪聲檢測的目的是判斷總成的運行狀態(tài)，是否出現(xiàn)異響及故障，通常一是靠工人經(jīng)驗判斷，二是在低背景噪聲環(huán)境下用聲級計進行離線檢測，本試驗就要用聲級計來檢測試驗臺架噪聲性能。2.4.2主減速器轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩性能試驗規(guī)范本試驗采用臺架模擬法模擬主減速器正常工作時的工況，要在試驗臺架上模擬主減速器和實際一樣的工況，在試驗系統(tǒng)中必須包括動力輸入部分和兩側(cè)獨立的加載部分。由于主減速器傳遞功率不大，而且檢測時間較短，因此，試驗臺采用功率開放式的試驗臺結(jié)構(gòu)。磁粉制動器采用電流控制的方式，產(chǎn)生的電磁力矩和控制電流成正比，線性關(guān)系好，響應(yīng)時間快，是最常用的加載裝置。因此采用磁粉制動器這種純耗能負載作為加載機構(gòu)是合理的，通過改變磁粉制動器的加載力矩來模擬轉(zhuǎn)向時以及直線行駛時兩側(cè)不等附著系數(shù)等工況。為更好的實現(xiàn)電機的調(diào)速和控制，更方便的模擬路面的阻力矩，采用交流變頻電機+磁粉制動器的方案，其結(jié)構(gòu)如圖41所示。(1)試驗臺輸入?yún)?shù)的選取對于主減速器傳動性能檢測，主要輸入?yún)?shù)為主減速器輸入轉(zhuǎn)速和兩側(cè)的阻力矩。對于如江鈴汽車在路面上行駛時，其速度一般分低速、中速和高速，對應(yīng)的車速一般為1525Kmh、3050Kmh和6080Kmh，輪胎的直徑為11 m， 根據(jù)汽車的行駛速度和主減速器輸入轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系式：取三種車速分別為177Kmh、35Kmh和70Kmh，三種車速對應(yīng)的主減速器輸入轉(zhuǎn)速分別為750 rmin、1500rrain、3000rmin。加載力矩的大小也要盡量接近汽車在實際路面上的運行工況。將汽車的載重狀態(tài)分為空載、半載和滿載狀態(tài)，對應(yīng)的后軸載荷分別為1400Kg、2100Kg和3000Kg，對于良好路面，滾動阻力系數(shù)取0015，對于冰雪路面，滾動阻力系數(shù)為0005，對于混凝土路面，滾動阻力系數(shù)為008。由式(229)可以計算三種路面下以不同的載重狀態(tài)運行時兩側(cè)車輪阻力矩如表42所示。25本系統(tǒng)實驗項目和內(nèi)容本試驗臺檢測內(nèi)容有以下幾方面：(1)對主減速器進行空載阻力矩、轉(zhuǎn)速和功率的測試，通過工控機對轉(zhuǎn)速扭矩傳感器的數(shù)據(jù)進行實時采集、處理、顯示和存儲，并能根據(jù)預(yù)先設(shè)定的技術(shù)參數(shù)進行產(chǎn)品性能評判。轉(zhuǎn)矩報警值為60Nm、功率報警值為18kW，當(dāng)檢測到實時轉(zhuǎn)矩值大于轉(zhuǎn)矩報警值，實時功率值大于功率報警值，判斷為不合格產(chǎn)品。 (2)檢查差速器工況。在試驗之前，將在夾具體上配有的專用花鍵止動軸，插入差速器半軸齒輪內(nèi)孔中，可使差速器一側(cè)止動半軸齒輪。在主減速器運轉(zhuǎn)過程中檢查另一側(cè)半軸齒輪是否運轉(zhuǎn)平滑，如果運轉(zhuǎn)正常，則表示合格。此系統(tǒng)由于模仿主減速器實際工況，原理簡單，直觀，不受環(huán)境的限制(比如環(huán)境噪聲)，且該系統(tǒng)有性能穩(wěn)定的工控機控制，自動化程度高，所以該系統(tǒng)可靠實用。有關(guān)于主減速器總成在線測控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、控制等，將在后面幾章作詳細的介紹。第三章 主減速器試驗臺的總體設(shè)計3.1總體設(shè)計方法系統(tǒng)總體設(shè)計階段首先要確定系統(tǒng)的原理方案。主減速器試驗臺架以及性能測控系統(tǒng)的原理方案設(shè)計采用如下方法：從系統(tǒng)的功能出發(fā)，對系統(tǒng)進行結(jié)構(gòu)分析，將系統(tǒng)的功能逐層地進行分解，最后形成可以直接由物理效應(yīng)或者其他方法實現(xiàn)的功能元。所謂功能元是能夠直接實現(xiàn)所需功能的單位，它可以是一個元件如實現(xiàn)測速功能的轉(zhuǎn)速傳感器，也可以是一個小系統(tǒng)，如實現(xiàn)開關(guān)控制的PLC等。 要實現(xiàn)試驗臺架的設(shè)計和測控系統(tǒng)的設(shè)計，要求的功能如下：(1)傳動裝置要實現(xiàn)通用。由于各類主減速器產(chǎn)品在夾具體裝好以后其主動齒輪的端部在空間位置不一樣，從而導(dǎo)致主齒端面與高速齒輪箱的傳動齒輪間中心距不同，在縱向的偏距也不一樣，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的原因，更換或者變動高速齒輪箱很困難，所以鏈接主齒端面與高速齒輪箱之間的連接軸要有一定的饒度。(2)實驗時支撐夾緊部位需在主減速器殼上，而主減速器殼為鑄件，尺寸公差較大，并且品種不同，主減速器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有差異，要實現(xiàn)各類產(chǎn)品共用同一試驗臺，夾具體的定位與夾緊的結(jié)構(gòu)必須具有一定的浮動性；同時產(chǎn)品不一樣，其重力、運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的力對夾具體不一樣，所以夾具體還要有很好的力學(xué)性能。(3)產(chǎn)品品種發(fā)展很快，其測量范圍跨度很大，這就需要有一臺測試范圍寬并能完成多品種試驗的試驗臺。必須要硬件與軟件要結(jié)合，只有這兩者協(xié)調(diào)一致才能要滿足這一目的。所以在機械結(jié)構(gòu)部分設(shè)計方面不僅要考慮其要有柔性，還要考慮試驗臺的性能再結(jié)合軟件控制來滿足試驗臺性能的要求。（4）實驗操作簡易方便，利用合適的電氣控制程序，一邊實驗一邊可以讀出實驗性能參數(shù)，自動存檔，當(dāng)測控時出現(xiàn)異常能夠及時提醒實驗者。在這一章里面將主要對機械部分、夾具系統(tǒng)、主傳動系統(tǒng)進行研究，做出理論性分析。3.2主減速器試驗臺架的方案設(shè)計本課題研制的主減速器總成試驗臺架布置在實驗室內(nèi)，用于檢測主減速器總成的特定性能，試驗臺要求實現(xiàn)部分加載，可以在無載荷和有載荷的情況下檢測主減速器總成的性能，這樣能夠發(fā)現(xiàn)一些空載實驗檢查不出來的問題。于此同時，要求該實驗臺架具有一定的通用性和可擴展性。該試驗臺主要完成以下測控項目：主減速器轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩性能的測控；主減速器差速器性能的測控；主減速器運行噪聲性能的測控。3.2.1 試驗臺架加載方式的設(shè)計3.2.1.1磁粉制動器概述交流變頻加載技術(shù)是在上世紀末逐步發(fā)展起來的一門新技術(shù)。標準的交流電力測功機由一臺交流電機，一套轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測量傳感器、底座及與動力機械連接的法蘭，一套可四象限運行的交流變頻調(diào)速與配電系統(tǒng)，一臺交流電力測功機測控儀組成。其工作原理是將交流電機發(fā)出的交流電經(jīng)變頻器逆變?yōu)橹绷麟姡缓笤倌孀優(yōu)榻涣麟娚暇W(wǎng)，交流變頻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)電機的上網(wǎng)電壓來控制原動機的轉(zhuǎn)速和扭矩。負載電機由變頻器驅(qū)動。變頻器為一臺帶整流回饋單元的變頻器，它由整流回饋單元、逆變器組成。整流回饋單元有兩個反并聯(lián)，能在兩個方向上有電能流動，即能將電能送回電網(wǎng)(四象限工作)。發(fā)電工作橋通過一臺自耦變壓器和電網(wǎng)相連接。當(dāng)電機處于發(fā)電狀態(tài)時，電能通過其回饋單元回饋到電網(wǎng)。磁粉制動器加載的基本原理是將原動機產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)化為熱能由水冷卻后把熱量帶走，原動機發(fā)出的能量不能回收，轉(zhuǎn)換過程中亦需耗費能量。而交流變頻加載卻町以把原動機產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)換為電能回饋到內(nèi)部電網(wǎng)，供其他設(shè)備使用。現(xiàn)就本課題所研制的主減速器試驗臺來分析比較，試驗臺是以功率為30kw電機來驅(qū)動，則采用交流變頻加載的試驗臺需要兩臺功率為15kw的加載電機，而采用磁粉制動器加載的試驗臺需要兩臺滑差功率為20kw的磁粉制動器和一臺15kw制冷電機。所以本試驗臺架采用磁粉制動器加載。以電機作為驅(qū)動部分。 主減速器輸出的機械功率首先通過加載電機轉(zhuǎn)換成電功率，再通過電參數(shù)的調(diào)節(jié)，將這部分電功率以合適的電壓、電流方式(交流模式時還包括頻率和相移)傳到主減速器的驅(qū)動電機，再由該電機將電能轉(zhuǎn)換成機械能，驅(qū)動主減速器的輸入軸，實現(xiàn)能量的回饋與利用。電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩也可以通過電控系統(tǒng)很方便地進行調(diào)節(jié)。3.2.1.2本試驗系統(tǒng)加載方式3.2.2試驗臺架的總體布局與結(jié)構(gòu)原理3.2.2.1 試驗臺架的布置方式（1）T型布置是汽車驅(qū)動橋?qū)嶒炛凶畛Ｒ姷牟贾梅绞?，如圖4-3所示，該方式的最大特點采用一臺電機作為驅(qū)動，兩臺電機作為負載。采用三臺變頻器分別控制驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速與負載電機的扭矩。電流在三臺電機的直流母線之間循環(huán)，負載電機吸引的功率扣除系統(tǒng)本身的損耗，可全部回饋至驅(qū)動電機作功，以達到節(jié)能的目的。（2）本文研制的試驗臺架的布置方式本文研制的主減速器總成特定性能試驗臺架的被試對象江鈴全順汽車后橋驅(qū)動橋上用的主減速器總成，根據(jù)其結(jié)構(gòu)以及放置地要求，采用的也是T型布置形式如圖4-4所示。該方案采用一臺交流電機與輸入轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器組成驅(qū)動系統(tǒng)。另外，有兩臺磁粉制動器與輸出轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器組成加載系統(tǒng)，本實驗臺架共有兩套加載系統(tǒng)，模擬后橋驅(qū)動橋的左右半軸驅(qū)動加載，當(dāng)模擬后橋驅(qū)動橋左右半軸的兩套加載系統(tǒng)同時工作時，就完成了對主減速器的兩端輸出部分的加載。加載裝置末端設(shè)置散熱系統(tǒng)，其目的是磁粉制動器產(chǎn)生的熱量傳遞到散熱箱內(nèi)。3.2.2.2 試驗臺架的總體布局該主減速器試驗臺結(jié)構(gòu)平面簡圖如圖3-1所示，包括基體座、主傳動電機、傳動系、加載系統(tǒng)、翻轉(zhuǎn)夾具體、潤滑系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、電器控制柜、計算機測試控制部分等組成?；w座根據(jù)傳動結(jié)構(gòu)與夾具體的形狀設(shè)計為整平面，基礎(chǔ)床身均采用鑄造結(jié)構(gòu)，用來安放驅(qū)動系統(tǒng)，左右半軸加載系統(tǒng)和翻轉(zhuǎn)夾具體系統(tǒng)?？梢约訌娫囼炁_的剛性并降低試驗臺系統(tǒng)在進行試驗時的振動噪聲，對實驗過程中的平穩(wěn)起著重要作用。主傳動電機是試驗臺的主要驅(qū)動系統(tǒng)，為了能更好的控制電機的速度，避免電機的磁場對傳感器的信號的干擾，選用了電磁調(diào)速電機拖動，功率4千瓦。試驗臺利用起吊裝置，安裝到合適的位置，采用液壓加緊并通過夜動調(diào)節(jié)到試驗位置，電機翻轉(zhuǎn)，該系統(tǒng)配有獨立的液壓工作站為其液壓系統(tǒng)供油，試驗臺架潤滑系統(tǒng)是為了主減速器在試驗過程的潤滑供油。噪音系統(tǒng)用來檢測主減速器在試驗過程中的噪聲。并判斷是否有異響。傳動系是整個試驗臺的動力傳送結(jié)構(gòu)，同時適時采集要檢測項目的數(shù)據(jù)，對整個試驗過程的檢測以及待檢工件的轉(zhuǎn)速起著紐帶的作用。試驗臺架配置獨立的計算機控制、檢測和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，試驗臺架試驗控制程序具有基本技術(shù)參數(shù)和工藝參數(shù)設(shè)定、修改功能，電器控制柜及控制部分是整個試驗臺的控制核心。試驗臺采用自動控制，能對各種參數(shù)進行自動采集、計算機處理、自動監(jiān)控等，能自動判斷試件失效及自動報警。該系列試驗臺選用性能先進的工業(yè)控制計算機、國內(nèi)外高性價比傳感元件、電器元件及自行開發(fā)的多功能專用控制軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)的工