汽車傳動系統扭轉間隙測量方法

劉新棟

(江鈴汽車股份有限公司,江西南昌 330000)

0 引言

汽車傳動系統一般包含變速箱、分動器、傳動軸、半軸、驅動橋等關鍵零部件，每個零件都存在一定的機械扭轉間隙，最終疊加體現到汽車傳動系統。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、轉速突變)，可能出現傳動系統異響而引起抱怨，此時需要測量傳動系統的扭轉間隙，判斷是否異常，支持原因排查[1-4]。

單一零件的扭轉間隙可由供應商試驗室測量，臺架試驗設備是固定的，不能移動，僅適用特定零件。對于整車傳動系統扭轉間隙的測量，目前沒有統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系統扭轉間隙的測量方法，以及一種改進的更加便捷的測量方法，可直接在整車上測量傳動系統或某一零件的扭轉間隙，以判斷傳動系扭轉間隙是否合理，是否為問題的影響因子。

1 傳動系統結構介紹

汽車傳動系統一般包含變速箱、分動器、傳動軸、半軸、驅動橋等關鍵零部件，其基本功能是將發動機產生的動力傳遞至汽車的驅動車輪，實現汽車能在不同使用條件下正常行駛，并具有良好的動力性和燃油經濟性。

1.1 N-S結構

N-S結構，即動力總成縱置結構,如圖1所示。一般主驅動為后驅，如卡車、輕客等車型，其后傳動系統，包含變速箱、后傳動軸、后驅動橋。同時也可擴展為四驅車型，如SUV、PK等的四驅結構，其后傳動系統包含后傳動軸、后驅動橋，前傳動系統包含前傳動軸、前驅動橋、前半軸。

圖1 N-S結構

1.2 E-W結構

E-W結構，即動力總成橫置結構,如圖2所示。一般主驅動為前驅，如常見轎車結構，其前傳動系統包含變速箱、前半軸。同時也可擴展為四驅車型，如城市型SUV的四驅結構，其前傳動系統包含變速箱、前半軸，后傳動系統包含后傳動軸、后驅動橋、后半軸。

圖2 E-W結構

2 扭轉間隙測量方法

2.1 規范的測量方法

此方法的關鍵和困難在于改制力矩扳手，與扭矩-轉角記錄儀整合到一起,如圖3所示，實現扭矩-轉角數據的動態記錄，通過繪制出數據曲線，最終確定傳動系統或零件的扭轉間隙。

圖3 扭矩-轉角記錄儀

使用工具：力矩扳手、扭矩-轉角記錄儀、計算機數據處理等。

操作步驟：

(1)根據不同傳動系接口尺寸改制力矩扳手，力矩扳手需匹配傳動軸、后驅動橋等法蘭接口，可通過螺栓緊固連接；

(2)在改制的力矩扳手基礎上，整合扭矩-轉角記錄儀，并完成標定和校準數據；

(3)力矩扳手緊固到測量位置(如后驅動橋法蘭)，順時針方向旋轉至右極限位置，逆時針方向旋轉至左極限位置；

(4)根據記錄的扭矩-轉角數據，最后繪制出扭矩-轉角曲線,如圖4所示；

圖4 扭矩-轉角曲線

(5)通過計算機軟件作出扭矩-轉角曲線的3條切線，2個交點之間的轉角差，即為其后驅動橋的扭轉間隙。

2.2 簡便的測量方法

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

下面以E-W結構的前驅車型為例，其他與傳動系統的扭轉間隙測量方法相同。E-W傳動系統扭轉間隙由左半軸&輪轂、右半軸&輪轂、變速箱構成，如圖5所示。

圖5 E-W前驅結構

使用工具：千斤頂、力矩扳手、激光儀、尖頭記號筆、游標卡尺等。

操作步驟：

(1)車輛熄火，停放于水平地面，拉起駐車制動；

(2)變速箱擋位置于P擋(自動擋)或一擋(手動擋)；

(3)用千斤頂舉升汽車左前方，使左前輪離地可自由轉動；

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

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

圖6 數據測量和圖例

(6)測量2個極限位置的距離和輪轂直徑；

(7)掛N擋并轉動輪轂至另一新位置，然后回P擋或一擋；

(8)重復步驟(5)&(6)，建議測量3組以上的數據，以判斷數據的穩定性；

(9)根據測得弦長和直徑數據，通過理論計算可得出左前輪實際轉角，即等效為其前傳動系統的扭轉間隙。

3 案例分析

駕駛員在駕評某樣車Tip-in/Tip-out工況過程中，可明顯感受到傳動系統的沖擊。通過對比駕評其他樣車，發現部分樣車也存在嚴重或輕微的沖擊。同時還發現一個特別的現象，有些樣車有Tip-in沖擊問題，但無Tip-out沖擊問題。因此需要測量傳動系統的扭轉間隙，判斷是否與沖擊相關，支持問題原因排查。

采用簡便的測量方法完成5臺樣車數據見表1，其中2#和4#樣車的前傳動系統扭轉間隙較小，但樣車Tip-in/Tip-out問題更輕微，總體趨勢與整車問題表現不符。另外，假設傳動系統扭轉間隙是此問題的關鍵因素，理論分析是不可能出現有Tip-in沖擊問題、無Tip-out沖擊問題的情況。

表1 5臺樣車數據

綜合以上分析和判斷，確認傳動系統扭轉間隙不是Tip-in/Tip-out沖擊問題的(關鍵)影響因素。建議從優化問題工況下扭矩響應速度等方面考慮，支持問題解決。

4 結論

文中主要介紹一種汽車傳動系統扭轉間隙的測量方法，以及一種改進的更加簡便的測量方法，可直接在整車上測量傳動系統或某一零件的扭轉間隙。其中簡便的測量方法只需要常規工具，無需特別改制或專業設備，可靈活適應不同車型和結構，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據，進行橫向比較，綜合判斷傳動系扭轉間隙是否合理，是否為實際問題的影響因素。

該方法也可延伸至其他機械設備，如專用汽車、重型機械、機器設備等行業。