机械式变速箱传动效率实验研究分析

汪震 郑晋军 王雨蒙 洪哲浩

摘 要：传动效率是机汽车变速箱传动效率是直接反映变速箱设计、制造水平的一项重要参数。文章对汽车变速箱传动效率测量影响因素、测试方法、及数据处理方面进行探讨，并结合实际测试工作中的经验总结了一些实际应用方法及对此参数的影响因素，藉此对机械式变速器效率测量精度提高方面起到参考及指导作用。

关键词：机械式变速器;传动效率;测量;精度

中图分类号：U463.212  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）05-154-03

Abstract： Transmission efficiency is an important parameter that directly reflects the level of transmission design and manufacturing. This article discusses the influencing factors， testing methods， and data processing aspects of the transmission efficiency measurement of automotive transmissions， and summarizes some practical application methods and the influencing factors of this parameter based on the experience in actual testing work. It plays a reference and guidance role in improving measurement accuracy.

Keywords： Mechanical transmission; Transmission efficiency; Measurement; Accuracy

1 前言

變速箱传动效率是变速箱质量性能的一个重要指标，传动效率的高低可以反映变速箱的综合性能，包括变速箱的设计水平、制造水平、及有关形成产品质量过程的多种因素。目前，在汽车变速器传动效率方面的相关研究不多且多集中于对影响变速箱传动效率的理论研究[2]。本文利用开式变速器试验台，对某前置后驱式机械式变速器的传动效率进行了大量的试验研究，对于影响变速器传动效率的因素进行逐一分析，并获得该变速器在不同输入转速、扭矩以及温度下的传动效率，为机械式变速器传动效率的精确测量提供了参考。

2 试验条件

制定传动效率试验方案时首先要设定试验工况，确定试验工况的基本原则是尽量与实际使用工况相适应，考虑试验的经济性、试验过程的可操作性，同时必须保证效率试验测试的精度和试验数据的有效性。

2.1 试验台架及安装

机械式变速器传动效率测量方法主要有几种：

成对测量法：采用测量两个输出轴对接的变速器第一轴扭矩的方法测得传动效率，实质是测定两个变速器的效率。采用这种测定方法测定效率，是建立在假设两个变速器的传动效率相等的基础上的。但是客观上来说，其测出的效率不能反映单台变速器试的真实传动效率。因此现今精确测量传动效率一般不采用此种方法。

直接测量法：在变速器试验台上测量一个变速器的输入和与输出参数，这是测定变速器效率最直接的办法。通过输入、输出端的扭矩转速传感器测量输入、输出功率。变速器传动效率η即为输出功率与输入功率的比值，如图1所示：

本次传动效率测试应用吉林大学的开式变速器试验台完成。试验台由一台变频交流电动机和水涡流测功机组成。在试验过程中同步记录被试部件在整个试验过程中的转速、扭矩、油温等参数。安装示意图见图2。

2.2 试验转速的确定

变速器输入转速都在在发动机怠速转速与最高转速之间。该变速器所匹配发动机的峰值转速为3200 r/min，试验时输入转速范围为800 r/min～3200 r/min。

2.3 试验扭矩的确定

机械变速器传动效率试验扭矩应为常用扭矩。变速器输入扭矩即为所配发动机的输出扭矩，变速器的最大输入扭矩即该变速器所匹配发动机的峰值扭矩，本次试件最大扭矩为280N.m。依据的实验经验，变速器在小微扭矩时效率低下，所以本次试验采取的最低输入扭矩为56N.m。

2.4 试验油温的确定

由于外接油温控制装置会对试件内部齿轮油流速和容量产生波动变化，进而影响被试部件的传动效率。为了保证齿轮油的油面平稳、避免压力波动。效率试验不能使用强制油温冷却系统。因此，本实验在不改变试件内部润滑油循环状态的前提下，通过风扇散热或电暖器加热来控制试件内部恒温，分别选取代表温度60°、80°和100°进行试验。

3 试验过程

3.1 扭矩转速传感器的选择

目前多档位变速器速比范围非常大，最低档速比有最高档速比7-8倍甚至更高，因而变速器输入输出扭矩差异较大。表一是本试验各档位输入、输出扭矩。因此扭矩传感器量程选取对于传动效率试验显得尤为关键，不同型号、不同量程的传感器采集会对实验结果有重大影响。为了提高实验精度，试验一般采取同一厂家、同一精度、不同量程的传感器来测量不同档位的效率。本实验输入端采用500N.m量程传感器，输出端针对不同档位、不同扭矩分别选取500N.m、2000 N.m传感器。和扭矩传感器配套的效率仪同步采集两个扭矩传感器的实验数据。为了消除试验现场变频器中高频谐波干扰效率仪工作，试验采用智能型交流净化稳压电源来给效率仪单独供电。

3.2 被试件油温的控制

油温作为效率试验的控制条件，其值虽然不是计算效率公式里的参数，但是它的变化对效率的影响是很显著的。因此，在效率试验中，对油温测量精度的要求也是非常高的。图3是一个工况点效率随温度变化情况。

经验证明，在试验中油温控制尤其困难，在实验过程中，特别是高转速大扭矩时油温上升很快，因此在采样过程中保证油温符合要求尤为关键。为了解决温升过快给试验结果造成偏差，本实验采用HoneywellDC1040温控仪控制电动阀门的方式控制试件油温保持在试验温度±2℃范围内。从而保证传动效率试验的精确度。

4 试验结果及数据处理

4.1 试验数据的采集

当每一效率工况点到达稳定值后，效率仪开始采样，并可通过RS232上传到计算机中，计算机通过程序将此工况下的试验数据导入到EXCEL下存盘。考虑到试验时转速、扭矩的波动，每个工况点采样至少60秒以上，然后取其平均值。通过统计结果可以看出，绝大部分测试结果符合正态分布，十分理想，对于统计结果不理想的工况点进行补做试验，重新采集数据。

4.2 试验数据的处理

利用Matlab软件将上述符合统计要求的原始数据文件提取每个变速器5个档位，每个档位5个转速点、5个扭矩点、3个温度点共计375个效率点，所有这些数据用二维图形和三维图形两种办法表示出来。

函数能更好地和原来的函数重合，不但要求二者在节点上函数值相等，而且还要求相切，对应的导数值也相等，甚至要求高阶导数也相等。

5 结束语

本文利用开式变速器试验台，对前置后驱机械式变速器传动效率试验进行了研究分析。利用不同量程的扭矩传感器能够提高试验精度。精确控制油温可以提高效率的稳定性。为获得机械式变速器在不同转速、扭矩、温度下的传动效率，并对分析了试验条件对实验结果的影响和提高测试精度的处理方法。

下一步将继续通过试验，研究进一步提高变速器效率测试精度的可行性：1、扭矩传感器弹性轴的温度对实验结果的影响。2、试件连接传动轴对试验结果的影响。2、机械振动对试验结果的影响。4、试件输入端的轴承座的残余扭矩对实验结果的影响。

参考文献

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