變速器齒輪運轉(zhuǎn)過程中齒面溫度測量試驗及結(jié)果處理

趙清碧，王晶晶，馬秋，孫震，張琛欣，馬海峰，王青龍

（吉利汽車研究院（寧波）有限公司，浙江 寧波 315336）

前言

傳動系統(tǒng)開發(fā)是變速器整個開發(fā)過程中關(guān)鍵度占比相對較大的部分。在齒輪設(shè)計完成之后，由于變速器總成相對于齒輪來說，涉及到潤滑方式、扭轉(zhuǎn)變形、彎曲變形、軸承間隙變化等，導致齒輪很難在理想狀態(tài)下工作，因此，齒輪工作時齒面的溫度有可能會發(fā)生異常升高。該異常升高，有可能在升降速及升降扭過程中發(fā)生，如果為了通過試驗的方法得到該溫度值，必須連續(xù)測量，得出溫度隨時間軸變化的曲線，才能對變速器開發(fā)及試驗開發(fā)有具體的指導意義。

本文通過k型熱電偶配合高速滑環(huán)采用剛性工裝連接的形式對變速器某擋位齒輪在運轉(zhuǎn)過程中的齒面溫度進行了測量，同時對行業(yè)內(nèi)相關(guān)試驗方法進行了對比[1,2]，同時對試驗結(jié)果進行了對比，得出齒輪齒面溫度運轉(zhuǎn)時過高的結(jié)論，因而對齒輪設(shè)計進行針對性的更改，從而達到快速識別問題，快速改進的目的。

1 齒輪齒面測溫試驗介紹

1.1 試驗前準備工作

由于被測件的尺寸較小，同時測溫傳感器使用的是K型熱電偶，出線直徑大約為2mm，因此在齒輪面上布置傳感器會有一定的難度，同時容易損壞齒面，造成齒面嚙合情況的改變。因此，在方案實際實施的時候，臨時改變測溫傳感器安裝位置，由齒面改為齒根，在齒根處使用電火花加工的方式加工出直徑2mm的通孔，用于布置測溫傳感器。

圖1 測溫傳感器布置方式及位置

圖2 工裝布局

傳感器布置之后，需要設(shè)計專用工裝連接被試件及高速滑環(huán)，工裝需要有剛性連接、保護出線及固定出線的功能。

1.2 試驗總體布局

首先進行試驗設(shè)計工作，對整個過程進行了全局布局。整體采用剛性連接滑環(huán)及被試件的方案，同時連接工裝內(nèi)空，為測溫傳感器接線及滑環(huán)接線預留位置。

圖3 試驗方案布局

試驗過程中采用包含三個交流異步測功機動力試驗臺架作為試驗設(shè)備：1個為動力驅(qū)動端測功機，用于變速器驅(qū)動端動力輸入，另外2個為加載測功機，用于給變速增加負載及扭矩。臺架結(jié)構(gòu)見圖3。

圖4 臺架結(jié)構(gòu)

1.3 試驗工況設(shè)置

按照研發(fā)需求，結(jié)果計算得出以下試驗工況，該工況僅針對某特定擋齒輪：

表1 臺架測試工況

該擋位運行工況為：工況1運行120秒，之后保持轉(zhuǎn)速不變的情況下，繼續(xù)運行工況25秒，完成1個工況循環(huán)。按照滑環(huán)壽命計算，可以獲取5個工況循環(huán)期間溫度變化值。

2 試驗數(shù)據(jù)分析

試驗變速器在安裝至臺架，進行變速器及臺架匹配調(diào)試后，開始運行試驗。進行了5個試驗工況循環(huán)期間過程，以下為其中一組試驗過程中溫度變化曲線：

圖5 試驗溫度曲線

根據(jù)試驗臺架數(shù)據(jù)，整理出5個試驗循環(huán)溫度為：

圖6 試驗循環(huán)溫度曲線

圖中橙曲線表征齒輪嚙出端溫度，藍曲線表征齒輪嚙入端溫度。從數(shù)據(jù)分析可以得出，齒輪齒根溫度偏高，整體規(guī)律為齒輪嚙出端溫度高于齒輪嚙入端溫度。

考慮到齒根處溫度要低于齒面溫度，根據(jù)相關(guān)文獻[1]，齒面嚙合溫度預計在 200℃以上，此時已經(jīng)嚴重影響油品的性能，因此需要改善齒面嚙合溫度。根據(jù)油品供應商協(xié)同計算，該試驗使用特制油對齒面粗糙敏感度最高，因此可以認為溫度升高是由齒面粗糙度引起的。

3 結(jié)束語

根據(jù)齒面嚙合溫度的數(shù)據(jù)結(jié)果的推算，該推算說明齒面嚙合溫度過高。據(jù)此，在變速器傳動系統(tǒng)的設(shè)計改善過程中，可以將此列為重點關(guān)注點，通過改善嚙合運轉(zhuǎn)過程中摩擦的方法將齒面溫度下降，例如齒面磷化、齒面涂層工藝[3]及齒面光整工藝等，這樣可以在很大程度上增加齒輪機械性能。

另外，通過齒根處溫度表征齒面溫度的方法存在很多缺點：齒根溫度同齒面溫度存在偏差、無法準確獲取齒面特定點溫度、齒面潤滑油溫度對齒根溫度有影響等等，但是使用此種方法可以快速獲取齒輪嚙合溫度，給設(shè)計改進工作提供快速的數(shù)據(jù)支持。