第34卷第3期机电卢品开发与创新Vol.34,No.3 2021 年5 月Development & Innovation of Machinery & Electrical Products May.,2021
文章编号：1002-6673 (2021) 03-088-03
陈逢，张敬彩，封楠，弓宇，程曼！石献金
(机械科学研究总院集团有限公司中机生产力促进中心，北京100044)
摘要：本文论述了汽车变速器总成带载齿轮接触斑点测试的必要性，研究了汽车变速器总成齿轮接触斑点 带载启动测试方法及相应的测试设备，研究成果用于汽车变速器齿轮接触斑点测试，建立了科学的汽车变 速器齿轮修形参数优化设计流程，应用于汽车变速器齿轮修形参数优化设计，得到了很好的效果。
关键词：接触斑点；带载启动；测试设备
中图分类号：U463.212 文献标识码：A d〇i:10.3969/j.issn.1002-6673.2021.03.029
Research on Test Method of Contact Spot of Loaded Gear in Automobile Transmission Assembly
C H EN F eng，ZH AN G Jing-C ai，F EN G N an，G O N G Y u，C H ENG M an，SH IX ian-Jin
(China Productivity Center for Machinery，China Academy of M achinery Science & Technology Group Co.，Ltd.，Beijing 100044, China) Abatract: In view of the necessity of th e contact spot test for the loaded gear of autom obile transm ission assem bly，stu d ies the on load starting test m ethod and corresponding test equipm ent of gear contact spot of autom obile transm ission assem bly，and app lies the research resu lts to th e contact spot test of autom obile transm ission gear，estab lish es a scientific optim ization design process of autom obile tran sm ission gear m odification param eters，which is applied to autom obile transm ission gear m odification The param eter optim ization design h as achieved good resu lts.
Keywords：Contact s p o t%On load sta rtin g%Test equipm ent
0引言
汽车变速器齿轮接触斑点是指变速器总成在传递不 同扭矩条件下，对应受载齿轮副因啮合传递扭矩而产生 的接触印痕。变速器齿轮接触斑点的优劣，不仅影响变速 器齿轮疲劳寿命，同时也影响变速器噪声性能。变速器 带载接触斑点测试是保证齿轮修形设计合理化的必要 手段，汽车变速器齿轮接触斑点试验是汽车变速器企业 进行正向开发和质量保障不可缺少的开发试验环节。
1变速器齿轮接触斑点测试的作用与意义
汽车变速器齿轮接触斑点测试旨在考核不同载荷 水平下变速器齿轮齿面接触的实际情况与变化规律，验证齿轮齿向修形、齿廓修形等设计参数的合理性，并以 此为基础出齿形、轴系、壳体等整个变速器设计中的
修稿日期：2021-04-13
项目来源：高档数控机床与基础制造装备科技重大专项(2018ZX04025002)
作者简介：陈逢（1972-)，女，本科，工程师。研究方向：精密测试技术与装备。
缺陷和不足，通过改进设计，提升变速器的承载能力和寿 命，改善噪声性能。
汽车变速器接触斑点测试结果可以与系统仿真分析 ：软件分析结果进行对比，指导软件模型修正，提高软件分 析结果可靠性；还可以用来检测变速器零部件加工质量，以及变速器总成装配质量。
变速器齿轮接触斑点测试通过保证变速器齿轮实际 接触斑点的合理性，以及与设计分析结果的一致性，可提 高变速器齿轮疲劳耐久可靠性，并改善其噪声性能。对于 任何一款新研发的或改进的汽车变速器产品，均应首先 丨进行加载情况下的齿轮接触斑点测试。
2变速器齿轮接触斑点的正确测试方法
2.1系统总成加载齿轮接触斑点测试的必要性
汽车变速器由箱体、轴、轴承及齿轮等多个零部件组 成。由于各个零件必然存在制造误差，同时装配误差也不 容忽视。再加上，汽车变速器为控制功率密度和多档位传 动设计需要，一般轴承跨距大，齿轮轴、轴承的直径小，因此各个零件受载后的变形较大。因此安装在汽车变速器 总成中的齿轮，其接触斑点一定会偏离理想状态，而且在
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•测试与控制•
传递不同扭矩时，齿轮的接触斑点大小与位置也不同。所以，
单独针对一个齿轮与标准齿轮啮合进行接触斑点的测 量，得到的接触斑点不能代表齿轮在汽车变速器中的实际
接触斑点，无法用于评判变速器齿轮的接触斑点状态[1#$%。I 要想获得变速器工作状态下的齿轮真实接触斑点形
状与位置，必须以变速器总成作为试验对象，并且在施加
不同水平的载荷条件下进行试验测试。这正是本文所研
究的变速器总成加载齿轮接触斑点试验方法。
2.2变速器总成齿轮接触斑点的正确测试方法
如上所述，汽车变速器总成齿轮接触斑点测试，以变
速器总成为测试对象，通过对试验箱加载不同水平扭矩：进行测试，以验证变速器齿轮在不同工况下的接触斑点，
及其随载荷变化的趋势。
分析可知，接触斑点测试的关键是保证可以获得不
同加载水平下的齿轮接触斑点[3]。然而，普通变速器疲劳：寿命试验台或综合性能试验台一般是在变速器齿轮开始
运转后才逐渐加载，在这种试验台上进行齿轮接触斑点
测试，所呈现的齿轮接触斑点是不同载荷水平下接触斑
点的叠加，不能反映不同加载水平下齿轮的实际接触印
痕情况，且很有可能误导设计人员。
图1给出了希望获得的不同载荷水平下的变速器齿
轮接触斑点与运转开始后逐渐加载所获得的叠加测试结丨 果的关系，从图中可以看出其间的区别。
载荷1 载荷2 载荷3 载荷1.2.3叠加
希望获得不希望获得图1定值载荷接触斑点与多载荷水平叠加接触斑点
因此，如何保证能够获得不同载荷水平下的接触斑 点，是接触斑点测试设备需要解决的关键问题。
3变速器接触斑点测试设备与关键技术
为实现上述测试方法，本文提出了汽车变速器齿轮led间隔柱
接触斑点带载启动测试技术，并研制出相应的试验设备。
要获得不同载荷水平下齿面接触的实际情况与变化
规律，汽车变速器接触斑点试验台必须满足以下的技术
要求
3.1技术要求
$1%可以实现不同载荷水平的自由设定，能实现先加 载、后启动，或在启动瞬间载荷达到目标值，保证载荷在
齿轮回转很小角度就可以达到加载目标值，而且在试验
过程中能保持同一载荷水平，使接触斑点与载荷水平一
一■对应。
(2)满足很低的输人转速下无级调速及稳定运转，使得试验时不必加人润滑油，便于齿面试验涂料的保护和
形成清晰的接触斑点。
接触斑点试验台可采用电机+摩擦制动器、双电机
或三电机的整体布局结构，图2是本文所研究的汽车变
速器齿轮接触斑点试验台照片，完全满足上述对汽车变
速器接触斑点试验测试的
要求。
3.2技术特点
试验台具备以下技术
特点：
纯化核酸(1) 单一扭矩水平测试。
为了获得待测扭矩水平下的
接触斑点，测试系统能够在
开始运转前加载至待测扭
矩，测试得到的印痕不受加
载过程中其他扭矩水平印痕
的影响，测试结果真实可靠。
(2) 稳定性好。试验台低
速稳定性好，测试过程中能
够保持转速、扭矩稳定；转速
@^@—
B B L p Q k I P
图2汽车变速器总成带载齿
轮接触斑点试验台剥离力测试方法
硬币分拣机稳定性优于±〇.1r p m，扭矩稳定性优于±1%F S。
(3) 零速带载启动。试验台配备高端变频控制器，通 过专有矢量控制技术，实现大扭矩带载启动。
(4) 高精扭矩检测。试验台配备高精度扭矩传感器，扭矩测量精度±〇.〇5%F S*扭矩信号闭环反馈控制系统，实
现精准控制。
(5) 试验扭矩标定。试验台配备试验扭矩标定系统，预先采集被试件各档位扭矩与控制电流的相关曲线并拟
合，获得标定系数，实现测试过程中精准加载。
(6)自主知识产权。试验台操作控制软件为自主研 发，具有软件著作权。
典型试验台技术参数见表1。
表1三电机乘用车变速器接触斑点试验台主要技术参数参数名称参数范围精度
驱动扭矩0~700N m
测量精度0.1/F S*
控制精度±2/F S
加载扭矩0-6000N m2
旋转座椅测量精度0.1/F S*
控制精度±2/F S 最快加载时间!0.1s
输人转速5~20 rpm
测量精度0.1r p m*
控制精度0.5rpm
4变速器总成带载齿轮接触斑点测试方法
的应用
4.1科学的齿轮修形设计与定型
如何确定变速器每对齿轮的合理修形参数，对于国
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齿轮修形设计
接触斑点、传递误差模拟分析
样箱制造
I 接触斑点试验测试r -
软件建模
加载分析：不同扭矩下错位分析
影响系统变形要素调整
"
不一致
模
拟与测试结果对比分析
图3科学的齿轮修形设计与定型过程
4.2齿轮修形优化设计案例与效果
国内某变速器企业，采用本文所研究的变速器总成 齿轮接触斑点带载测试方法，采用文中所描述的具备带 载启动功能的接触斑点测试设备，针对某款存在N V H 问 题的变速器，进行齿轮修形优化设计，达到了很好的效 果。图4为这一案例的实施过程及效果。
•测试与控制•
内很多公司来说都没有很好的办法[6]。因此大部分变速器 的齿轮修形参数不够合理。这不仅会严重影
响变速器齿 轮的强度，而且使变速器产生啸叫的可能性很大。
正确确定汽车变速器齿轮修形参数，需要进行三步 工作。首先，在设计阶段需要通过系统分析软件准确分析 计算齿轮的错位量，即齿轮在实际工作过程中偏离理想 位置的程度，然后根据齿轮错位量大小及其变化量确定 相对合理的齿轮修形参数；第二步，通过对汽车变速器进 行接触斑点测试试验，验证所设计的齿轮修形的合理性， 及其与软件分析结果一致性；第三步根据测试结果确定 各对齿轮的最佳修形参数。图3展示了这一过程。
概念样机的接结合系统变形针对性的
工装样机直
触斑点试验 的仿真分析 修形设计
达设计目标
•^二
图4接触斑点测试与齿轮修形优化设计效果
5
结论
本文所研究的变速器总成带载齿轮接触斑点测试方
法科学、合理，研制的设备能够完全体现测试方法的要 求，应用于变速器设计分析软件验证和变速器产品性能 改进，收到了很好的效果。
参考文献：
[1] T/CMCA 0015—2020汽车变速器总成齿轮接触斑点加载测试方 法.
[2] GB/Z 18620.4-2002圆柱齿轮检验实施规范第四部分表面结
构和轮齿接触斑点的检验.
[3] ISO-TR 10064-4 Cylindrical gears-Code of inspection practice Part 4 ： Recommendations relative to surface texture and tooth contact pattern checking.[4] 张敬彩，杨超，等.加载方式对变速箱接触斑点影响分析[J].机械传
动，2014,10.[5] 刘红旗，张敬彩，赵向飞，等.直齿轮传动误差激励分析与齿廓修
形曲线设计[J].机械传动，2015，12.[6] 王瑞欣，刘红旗，李金峰，等.齿轮齿廓变形规律、传动误差和接
触印痕的分析方法研究[J].机械传动，2018,5.
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