汽车传动系统扭转间隙测量方法

刘新栋

(江铃汽车股份有限公司,江西南昌 330000)

0 引言

汽车传动系统一般包含变速箱、分动器、传动轴、半轴、驱动桥等关键零部件，每个零件都存在一定的机械扭转间隙，最终叠加体现到汽车传动系统。随着用户对汽车驾乘舒适性要求的不断提高，车辆在一些特殊工况下(如Tip-in/Tip-out扭矩、转速突变)，可能出现传动系统异响而引起抱怨，此时需要测量传动系统的扭转间隙，判断是否异常，支持原因排查[1-4]。

单一零件的扭转间隙可由供应商试验室测量，台架试验设备是固定的，不能移动，仅适用特定零件。对于整车传动系统扭转间隙的测量，目前没有统一的测量方法和高效的工具。

本文作者主要介绍一种汽车传动系统扭转间隙的测量方法，以及一种改进的更加便捷的测量方法，可直接在整车上测量传动系统或某一零件的扭转间隙，以判断传动系扭转间隙是否合理，是否为问题的影响因子。

1 传动系统结构介绍

汽车传动系统一般包含变速箱、分动器、传动轴、半轴、驱动桥等关键零部件，其基本功能是将发动机产生的动力传递至汽车的驱动车轮，实现汽车能在不同使用条件下正常行驶，并具有良好的动力性和燃油经济性。

1.1 N-S结构

N-S结构，即动力总成纵置结构,如图1所示。一般主驱动为后驱，如卡车、轻客等车型，其后传动系统，包含变速箱、后传动轴、后驱动桥。同时也可扩展为四驱车型，如SUV、PK等的四驱结构，其后传动系统包含后传动轴、后驱动桥，前传动系统包含前传动轴、前驱动桥、前半轴。

图1 N-S结构

1.2 E-W结构

E-W结构，即动力总成横置结构,如图2所示。一般主驱动为前驱，如常见轿车结构，其前传动系统包含变速箱、前半轴。同时也可扩展为四驱车型，如城市型SUV的四驱结构，其前传动系统包含变速箱、前半轴，后传动系统包含后传动轴、后驱动桥、后半轴。

图2 E-W结构

2 扭转间隙测量方法

2.1 规范的测量方法

此方法的关键和困难在于改制力矩扳手，与扭矩-转角记录仪整合到一起,如图3所示，实现扭矩-转角数据的动态记录，通过绘制出数据曲线，最终确定传动系统或零件的扭转间隙。

图3 扭矩-转角记录仪

使用工具：力矩扳手、扭矩-转角记录仪、计算机数据处理等。

操作步骤：

(1)根据不同传动系接口尺寸改制力矩扳手，力矩扳手需匹配传动轴、后驱动桥等法兰接口，可通过螺栓紧固连接；

(2)在改制的力矩扳手基础上，整合扭矩-转角记录仪，并完成标定和校准数据；

(3)力矩扳手紧固到测量位置(如后驱动桥法兰)，顺时针方向旋转至右极限位置，逆时针方向旋转至左极限位置；

(4)根据记录的扭矩-转角数据，最后绘制出扭矩-转角曲线,如图4所示；

图4 扭矩-转角曲线

(5)通过计算机软件作出扭矩-转角曲线的3条切线，2个交点之间的转角差，即为其后驱动桥的扭转间隙。

2.2 简便的测量方法

基于以上规范的扭转间隙测量方法，简化成一种容易操作的测量方法，只需常规工具而无需特别改制，可灵活适应不同车型和结构，大大提高测量效率和排查问题的速度。

下面以E-W结构的前驱车型为例，其他与传动系统的扭转间隙测量方法相同。E-W传动系统扭转间隙由左半轴&轮毂、右半轴&轮毂、变速箱构成，如图5所示。

图5 E-W前驱结构

使用工具：千斤顶、力矩扳手、激光仪、尖头记号笔、游标卡尺等。

操作步骤：

(1)车辆熄火，停放于水平地面，拉起驻车制动；

(2)变速箱挡位置于P挡(自动挡)或一挡(手动挡)；

(3)用千斤顶举升汽车左前方，使左前轮离地可自由转动；

(4)用激光仪投影到左前轮毂正前方以标记位置，也可使用其他具有类似功能的工具；

(5)左前轮毂(螺帽)上顺时针和逆时针方向施加同一力矩，力矩推荐范围20～50 Nm，记号笔记录2个极限位置，如图6所示;

图6 数据测量和图例

(6)测量2个极限位置的距离和轮毂直径；

(7)挂N挡并转动轮毂至另一新位置，然后回P挡或一挡；

(8)重复步骤(5)&(6)，建议测量3组以上的数据，以判断数据的稳定性；

(9)根据测得弦长和直径数据，通过理论计算可得出左前轮实际转角，即等效为其前传动系统的扭转间隙。

3 案例分析

驾驶员在驾评某样车Tip-in/Tip-out工况过程中，可明显感受到传动系统的冲击。通过对比驾评其他样车，发现部分样车也存在严重或轻微的冲击。同时还发现一个特别的现象，有些样车有Tip-in冲击问题，但无Tip-out冲击问题。因此需要测量传动系统的扭转间隙，判断是否与冲击相关，支持问题原因排查。

采用简便的测量方法完成5台样车数据见表1，其中2#和4#样车的前传动系统扭转间隙较小，但样车Tip-in/Tip-out问题更轻微，总体趋势与整车问题表现不符。另外，假设传动系统扭转间隙是此问题的关键因素，理论分析是不可能出现有Tip-in冲击问题、无Tip-out冲击问题的情况。

表1 5台样车数据

综合以上分析和判断，确认传动系统扭转间隙不是Tip-in/Tip-out冲击问题的(关键)影响因素。建议从优化问题工况下扭矩响应速度等方面考虑，支持问题解决。

4 结论

文中主要介绍一种汽车传动系统扭转间隙的测量方法，以及一种改进的更加简便的测量方法，可直接在整车上测量传动系统或某一零件的扭转间隙。其中简便的测量方法只需要常规工具，无需特别改制或专业设备，可灵活适应不同车型和结构，大大提高测量效率和排查问题的速度。

考虑到此测量过程存在一定的误差，建议测量不同车辆的数据，进行横向比较，综合判断传动系扭转间隙是否合理，是否为实际问题的影响因素。

该方法也可延伸至其他机械设备，如专用汽车、重型机械、机器设备等行业。