杨立新

（烟台中瑞汽车零部件有限公司，山东 烟台 265500）

引言

为了真实模拟出 GF6自动变速箱关键部件低倒档&C1-2-3-4档离合器的各种工况，以达到验证该离合器在使用中的可靠性与耐久性，故设计一款实用的离合器疲劳试验台架十分有必要。

1 GF6自动变速箱离合器工作原理

1.1 GF6自动变速箱的结构

自动变速箱是相对于手动变速箱而出现的一种能够自动根据汽车车速和发动机转速来进行自动换挡操纵的变速装置，其结构如图1所示。

图1 GF6自动变速箱结构图

1.2 GF6自动变速箱工作原理

GF6自动变速箱包含6个前进挡和一个倒挡。

P档时，低速-倒挡离合器结合将反作用行星架锁止，输入轴未与任何部件连接，处在空转状态。 P档锁止机构将驱动轮架固定，传动链条被固定，车辆处在静止状态。

1档时，速比是 4.584：1。输入轴顺时针转动，带动输入行星齿轮的小行星轮逆时针转动，并带动输入行星齿轮的内齿圈逆时针转动。

输入行星齿轮的内齿圈既是反作用行星齿轮的行星架，在单向离合器（OWC）的作用下，反作用行星架不能逆时针转动，此时，输入行星齿轮的小行星轮只能带动输入行星齿轮的行星架顺时针转动。

其余变速箱档位原理可根据1档时的各行星轮运动规律得出。

通过对档位的原理分析可以看出离合器在变速箱每个档位切换中都至关重要。

1.3 低倒档&1234档离合器结构与工作原理

低倒档&1234档离合器结构爆炸图如图2所示：

图2 低倒档&1234档离合器爆炸图

低速-倒档离合器安装在变速箱壳体内，低速-倒档离合器片的外齿连接到变速箱壳体上，低速-倒档离合器片的内齿连接到低速-倒档单向离合器（OWC）总成上。在 1档（发动机制动）/倒档时，低速-倒档离合器结合。

C1-2-3-4离合器总成安装在变速箱壳体总成内，C 1-2-3-4离合器片的外齿连接到变速箱壳体上，C1-2-3-4离合器片的内齿连接到输出太阳轮总成上。在1档/2档/3档/4档时，与C1-2-3-4离合器结合。

2 疲劳试验台架设计

本台架设计需要基于上述离合器工作原理，对离合器产品输入几种不同转速，不同油压，从而测得各种工况下离合器产品地疲劳寿命，以确定该离合器产品是否满足产品设计的寿命要求的试验。

2.1 试验要求

台架需在各种规定的转速及供油压力下，对离合器产品进行疲劳试验。台架可实现4个产品同时进行试验。

具体技术方案为，采用高转速电机通过变频调速带动离合器进行旋转，通过液压系统提供控制及润滑油路，对离合器总成进行疲劳试验，并对试验数据进行实时采集和监控。

根据离合器工作原理以及离合器输入工况，将转速及压力进行排列组合，得到试验边界条件如表1所示。

表1 试验边界条件

2.2 台架设计

根据上述要求，使用伺服电机加皮带轮驱动离合器旋转；液压站通过油管连接到离合器产品的油孔施加油压；使用控制柜进行参数设置及读数监控。驱动电机选用西门子的1PH8133-1DG00-1QA1_MB，功率为20kW，扭矩为96Nm，最高转速6000RPM，通过2：1的同步带轮可实现最大转速12000RPM。

油管共分四路：第一路供 C35R控制油路，实现 C35R离合器片闭合与分离；第二路供C456控制油路，实现C456离合器片闭合与分离；第三路供补偿油压，辅助离合器片的分离；第四路润滑油路，用于旋转运动机构润滑。通过－40℃低温箱对试验样件各阶段试验前进行低温冷却。通过 PID温度自动控制系统控制液压油温度，使其保持在试验条件温度范围内。考虑到经济及工作效率采用一拖四方案，实现两个或四个试验样品同时试验。台架原理示意图如图3所示：

图3 台架原理示意图

机械传动系统包含工作台、夹具、驱动电机和传动装置等。如图4所示：

图4 机械传动系统

台架的控制及采集系统是整个系统的核心，该部分的控制部分采用NI的PXI系统，软件部分采用Labview开发，数据库采用SQL Server，关键数据具有导出为Excel的功能。系统如图5所示：

图5 台架控制系统

界面主要监测及控制的内容有：1. 驱动电机的转动速度控制；2. 驱动变频器运行状态；3. 润滑油温度；4. 各润滑点润滑油流量开关状态；5. 控制油路的压力；6. 1-4号测试样品的油压；7. 1-4号测试样品的油温；8.循环次数的监控及采集。

2.3 设计验证

台架制造完成后首先对其性能指标进行了测试，均达到要求。然后挑选过去在委外进行过的GF6 3-5-R & 4-5-6档离合器以及1-2-3-4档离合器进行了对比验证，验证结果与之前委外的结果接近，试验工装与试验曲线如图6～图8所示。

图6 低倒档&1234档离合器疲劳试验工装图

图7 低倒档&1234档离合器高压测试曲线

图8 低倒档&1234档离合器FMEM压力循环测试

在进行9速自动变速箱2-9 & 4档离合器试验过程中出现离合器中碟形弹簧失效的情况，通过这一台架及时发现了客户产品的设计缺陷，达到了预期的效果。

3 结语

目前该台架已完成8台离合器试验，并已经根据需求增设了3个试验工位，弥补了国内这类台架试验的空白。未来可考虑两个功能的拓展：通过连接一个滑块摇杆机构实现零部件扭转疲劳试验；通过增加一个比例液压阀和一个位移传感器实现监测离合器在油压充入过程中片组部位的受力和位移关系，可以帮助设计者改善换挡时离合器受力情况和优化离合时冲击情况等，使自动变速箱能有更良好的换挡效率和平稳性。

[1] 燕昭阳,叶国印.变速箱疲劳试验台的研究与应用[J].科学风, 2017,(10):131.

[2] 《机械工程手册》编委会.机械工程手册[M].疲劳卷.北京:机械工业出版社,1996.

[3] 张忠平,李静.一种多轴疲劳寿命预测的统一模型[J].空军工程大学学报:自然科学版.2007,8(4);12-14.

[4] 余志生.汽车理论第四版[M]. 北京:机械工业出版社,2009.