汽車傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)間隙測量方法

劉新棟

(江鈴汽車股份有限公司,江西南昌 330000)

0 引言

汽車傳動(dòng)系統(tǒng)一般包含變速箱、分動(dòng)器、傳動(dòng)軸、半軸、驅(qū)動(dòng)橋等關(guān)鍵零部件，每個(gè)零件都存在一定的機(jī)械扭轉(zhuǎn)間隙，最終疊加體現(xiàn)到汽車傳動(dòng)系統(tǒng)。隨著用戶對汽車駕乘舒適性要求的不斷提高，車輛在一些特殊工況下(如Tip-in/Tip-out扭矩、轉(zhuǎn)速突變)，可能出現(xiàn)傳動(dòng)系統(tǒng)異響而引起抱怨，此時(shí)需要測量傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)間隙，判斷是否異常，支持原因排查[1-4]。

單一零件的扭轉(zhuǎn)間隙可由供應(yīng)商試驗(yàn)室測量，臺架試驗(yàn)設(shè)備是固定的，不能移動(dòng)，僅適用特定零件。對于整車傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)間隙的測量，目前沒有統(tǒng)一的測量方法和高效的工具。

本文作者主要介紹一種汽車傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)間隙的測量方法，以及一種改進(jìn)的更加便捷的測量方法，可直接在整車上測量傳動(dòng)系統(tǒng)或某一零件的扭轉(zhuǎn)間隙，以判斷傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)間隙是否合理，是否為問題的影響因子。

1 傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹

汽車傳動(dòng)系統(tǒng)一般包含變速箱、分動(dòng)器、傳動(dòng)軸、半軸、驅(qū)動(dòng)橋等關(guān)鍵零部件，其基本功能是將發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力傳遞至汽車的驅(qū)動(dòng)車輪，實(shí)現(xiàn)汽車能在不同使用條件下正常行駛，并具有良好的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。

1.1 N-S結(jié)構(gòu)

N-S結(jié)構(gòu)，即動(dòng)力總成縱置結(jié)構(gòu),如圖1所示。一般主驅(qū)動(dòng)為后驅(qū)，如卡車、輕客等車型，其后傳動(dòng)系統(tǒng)，包含變速箱、后傳動(dòng)軸、后驅(qū)動(dòng)橋。同時(shí)也可擴(kuò)展為四驅(qū)車型，如SUV、PK等的四驅(qū)結(jié)構(gòu)，其后傳動(dòng)系統(tǒng)包含后傳動(dòng)軸、后驅(qū)動(dòng)橋，前傳動(dòng)系統(tǒng)包含前傳動(dòng)軸、前驅(qū)動(dòng)橋、前半軸。

圖1 N-S結(jié)構(gòu)

1.2 E-W結(jié)構(gòu)

E-W結(jié)構(gòu)，即動(dòng)力總成橫置結(jié)構(gòu),如圖2所示。一般主驅(qū)動(dòng)為前驅(qū)，如常見轎車結(jié)構(gòu)，其前傳動(dòng)系統(tǒng)包含變速箱、前半軸。同時(shí)也可擴(kuò)展為四驅(qū)車型，如城市型SUV的四驅(qū)結(jié)構(gòu)，其前傳動(dòng)系統(tǒng)包含變速箱、前半軸，后傳動(dòng)系統(tǒng)包含后傳動(dòng)軸、后驅(qū)動(dòng)橋、后半軸。

圖2 E-W結(jié)構(gòu)

2 扭轉(zhuǎn)間隙測量方法

2.1 規(guī)范的測量方法

此方法的關(guān)鍵和困難在于改制力矩扳手，與扭矩-轉(zhuǎn)角記錄儀整合到一起,如圖3所示，實(shí)現(xiàn)扭矩-轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)記錄，通過繪制出數(shù)據(jù)曲線，最終確定傳動(dòng)系統(tǒng)或零件的扭轉(zhuǎn)間隙。

圖3 扭矩-轉(zhuǎn)角記錄儀

使用工具：力矩扳手、扭矩-轉(zhuǎn)角記錄儀、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理等。

操作步驟：

(1)根據(jù)不同傳動(dòng)系接口尺寸改制力矩扳手，力矩扳手需匹配傳動(dòng)軸、后驅(qū)動(dòng)橋等法蘭接口，可通過螺栓緊固連接；

(2)在改制的力矩扳手基礎(chǔ)上，整合扭矩-轉(zhuǎn)角記錄儀，并完成標(biāo)定和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)；

(3)力矩扳手緊固到測量位置(如后驅(qū)動(dòng)橋法蘭)，順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)至右極限位置，逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)至左極限位置；

(4)根據(jù)記錄的扭矩-轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)，最后繪制出扭矩-轉(zhuǎn)角曲線,如圖4所示；

圖4 扭矩-轉(zhuǎn)角曲線

(5)通過計(jì)算機(jī)軟件作出扭矩-轉(zhuǎn)角曲線的3條切線，2個(gè)交點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)角差，即為其后驅(qū)動(dòng)橋的扭轉(zhuǎn)間隙。

2.2 簡便的測量方法

基于以上規(guī)范的扭轉(zhuǎn)間隙測量方法，簡化成一種容易操作的測量方法，只需常規(guī)工具而無需特別改制，可靈活適應(yīng)不同車型和結(jié)構(gòu)，大大提高測量效率和排查問題的速度。

下面以E-W結(jié)構(gòu)的前驅(qū)車型為例，其他與傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)間隙測量方法相同。E-W傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)間隙由左半軸&輪轂、右半軸&輪轂、變速箱構(gòu)成，如圖5所示。

圖5 E-W前驅(qū)結(jié)構(gòu)

使用工具：千斤頂、力矩扳手、激光儀、尖頭記號筆、游標(biāo)卡尺等。

操作步驟：

(1)車輛熄火，停放于水平地面，拉起駐車制動(dòng)；

(2)變速箱擋位置于P擋(自動(dòng)擋)或一擋(手動(dòng)擋)；

(3)用千斤頂舉升汽車左前方，使左前輪離地可自由轉(zhuǎn)動(dòng)；

(4)用激光儀投影到左前輪轂正前方以標(biāo)記位置，也可使用其他具有類似功能的工具；

(5)左前輪轂(螺帽)上順時(shí)針和逆時(shí)針方向施加同一力矩，力矩推薦范圍20～50 Nm，記號筆記錄2個(gè)極限位置，如圖6所示;

圖6 數(shù)據(jù)測量和圖例

(6)測量2個(gè)極限位置的距離和輪轂直徑；

(7)掛N擋并轉(zhuǎn)動(dòng)輪轂至另一新位置，然后回P擋或一擋；

(8)重復(fù)步驟(5)&(6)，建議測量3組以上的數(shù)據(jù)，以判斷數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性；

(9)根據(jù)測得弦長和直徑數(shù)據(jù)，通過理論計(jì)算可得出左前輪實(shí)際轉(zhuǎn)角，即等效為其前傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)間隙。

3 案例分析

駕駛員在駕評某樣車Tip-in/Tip-out工況過程中，可明顯感受到傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊。通過對比駕評其他樣車，發(fā)現(xiàn)部分樣車也存在嚴(yán)重或輕微的沖擊。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)一個(gè)特別的現(xiàn)象，有些樣車有Tip-in沖擊問題，但無Tip-out沖擊問題。因此需要測量傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)間隙，判斷是否與沖擊相關(guān)，支持問題原因排查。

采用簡便的測量方法完成5臺樣車數(shù)據(jù)見表1，其中2#和4#樣車的前傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)間隙較小，但樣車Tip-in/Tip-out問題更輕微，總體趨勢與整車問題表現(xiàn)不符。另外，假設(shè)傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)間隙是此問題的關(guān)鍵因素，理論分析是不可能出現(xiàn)有Tip-in沖擊問題、無Tip-out沖擊問題的情況。

表1 5臺樣車數(shù)據(jù)

綜合以上分析和判斷，確認(rèn)傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)間隙不是Tip-in/Tip-out沖擊問題的(關(guān)鍵)影響因素。建議從優(yōu)化問題工況下扭矩響應(yīng)速度等方面考慮，支持問題解決。

4 結(jié)論

文中主要介紹一種汽車傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)間隙的測量方法，以及一種改進(jìn)的更加簡便的測量方法，可直接在整車上測量傳動(dòng)系統(tǒng)或某一零件的扭轉(zhuǎn)間隙。其中簡便的測量方法只需要常規(guī)工具，無需特別改制或?qū)I(yè)設(shè)備，可靈活適應(yīng)不同車型和結(jié)構(gòu)，大大提高測量效率和排查問題的速度。

考慮到此測量過程存在一定的誤差，建議測量不同車輛的數(shù)據(jù)，進(jìn)行橫向比較，綜合判斷傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)間隙是否合理，是否為實(shí)際問題的影響因素。

該方法也可延伸至其他機(jī)械設(shè)備，如專用汽車、重型機(jī)械、機(jī)器設(shè)備等行業(yè)。