一种换挡操纵元件冲击疲劳寿命评价试验系统及方法技术方案

本发明专利技术属于换挡操纵元件试验技术领域，具体涉及一种换挡操纵元件冲击疲劳寿命评价试验系统及方法，系统包括：激励电机、转速激励控制器、动态激励匹配装置、转速传感器、噪声传感器、控制系统、试验箱；激励电机通过动态激励匹配装置与试验箱刚性连接；激励电机通过转速激励控制器与控制系统连接，控制系统包括采集处理模块、工况控制模块；转速传感器设置有两个，分别位于激励电机输出端和试验箱前端；噪声传感器位于试验箱内。本发明专利技术能够实现试验过程中激振频率、扭角振幅的实时调节，提高激振频率、扭角振幅的控制精度，减小试验结果的分散性，实现换挡操纵元件在高强度机械冲击载荷下冲击疲劳寿命快速、精确的评价。精确的评价。精确的评价。

【技术实现步骤摘要】
一种换挡操纵元件冲击疲劳寿命评价试验系统及方法


[0001]本专利技术属于换挡操纵元件试验
，具体涉及一种换挡操纵元件冲击疲劳寿命评价试验系统及方法。

技术介绍

[0002]在车辆尤其是重型车辆运行过程中，变速机构中的换挡操纵元件作为传动系统的关键部件，经常出现齿部疲劳断裂、接触面疲劳变形等失效问题，严重影响车辆的机动性和可靠性。为此，如何有效评价换挡操纵元件的疲劳断裂寿命对于车辆传动系统可靠性提升至关重要。
[0003]根据换挡操纵元件失效分析可知，换挡操纵元件齿部受到往复的冲击载荷是导致其疲劳断裂的主要因素，因此如何有效模拟换挡操纵元件齿部冲击载荷，并实现冲击载荷可控是有效评价换挡操纵元件的疲劳断裂寿命的关键。
[0004]在换挡操纵元件冲击疲劳试验过程中，换挡操纵元件齿部和试验台内毂齿部会发生塑性变形而导致换挡操纵元件和试验台内毂的冲击力变大，引起系统负载的变化，进而引起系统共振点及扭角振幅的变化，试验过程中载荷不可控。因此，需要实现试验过程中转速、扭角、频率波动小，且更换换挡操纵元件和内毂方便。
[0005]通过专利查询可知，专利技术专利201510079543.1提出了一种控制摩擦片动态试验载荷的方法及实现该方法的系统，但通过与技术人员交流及分析可知，该装置激励源为柴油发动机，通过柴油发动机转速不断调节实现激励频率和动态载荷的稳定，但由动力学分析可知，换挡操纵元件齿部所受冲击载荷不仅与扭角幅值有关，还与转速相关，因此，该专利通过转速调节实现试验扭角幅值控制的方法不利于换挡操纵元件冲击载荷的控制，在换挡操纵元件本身具有一定加工误差的前提下，较低的激振频率、扭角幅值控制精度会加大试验结果的分散性，影响换挡操纵元件断裂疲劳寿命的准确评价。同时，该方法采用柴油发动机为动力源，控制及操作系统复杂，且运转产生的噪声、废气等不利于试验人员的健康。
[0006]技术专利89202633.2内燃机轴系扭振模拟实验台和200610056711.6摩擦片动态强度试验装置均通过飞轮或惯量块实现系统惯量的调整，调整难度大、耗时长，且无法实现扭角振幅的连续可调，导致试验效率低下、结果分散性大。

技术实现思路

[0007](一)要解决的技术问题
[0008]本专利技术要解决的技术问题是：如何提出一种换挡操纵元件冲击疲劳寿命评价试验系统及方法，实现试验全过程中激振频率和扭角振幅实时可调，解决当前换挡操纵元件冲击疲劳寿命试验结果一致性差等问题。
[0009](二)技术方案
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种换挡操纵元件冲击疲劳寿命评价试验系统，所述评价试验系统包括：激励电机、转速激励控制器、动态激励匹配装置、转速传感器、
噪声传感器、控制系统、试验箱；
[0011]所述激励电机通过动态激励匹配装置与试验箱刚性连接；所述动态激励匹配装置包括扭力轴，扭力轴分别与激励电机、试验箱刚性连接；
[0012]所述激励电机通过转速激励控制器与控制系统连接，所述控制系统包括采集处理模块、工况控制模块；
[0013]所述转速传感器设置有两个，分别位于激励电机输出端和试验箱前端；
[0014]所述噪声传感器位于试验箱内；
[0015]所述转速激励控制器用于执行模拟生成扭矩/转速脉动波输出、高频扭矩输出、惯量模拟功能，用于控制激励电机输出特性的正弦波转速及调节输出的大小。
[0016]其中，所述扭力轴采用弹簧钢制备，扭力轴采用中空设计，安装后同轴度须优于0.01mm。
[0017]其中，所述工况控制模块用于进行转速设定、频率设定、模拟惯量设定、扭矩输出能力设定，其中，转速设定通过转速激励控制器实现系统转速的控制，频率设定通过转速激励控制器的高频扭矩输出实现系统激振频率的控制，模拟惯量设定通过调节模拟惯量的大小实现系统共振频率的控制，扭矩输出能力设定通过转速激励控制器的扭矩/转速脉动波输出能力实现系统扭角振幅的调节。
[0018]其中，所述采集处理模块用于执行转速处理功能、扭振处理功能、噪声信号处理功能。
[0019]其中，两个转速传感器分别用于采集激励电机输出轴及被试件的实际转速，通过采集处理模块执行转速处理功能实现转速信号的处理和保存，通过采集处理模块执行扭振处理功能实现转速信号处理，以获得激励电机输出端和被试件端扭角振幅、频率，使得操作人员能够根据采集处理模块的数据处理输出结果实时调节工况控制模块的频率设定、扭角振幅设定，实现激振频率、扭角振幅调节，不需要停机更换惯量或者改变试验转速。
[0020]其中，所述噪声传感器用于采集换挡操纵元件与内毂冲击及换挡操纵元件断裂时的噪声，所述采集处理模块的噪声信号处理功能用于处理得到冲击噪声的幅值和频率；当试验过程中冲击噪声幅值、频率发生突变时，即向工况控制模块发出指令，结束试验。
[0021]其中，所述试验箱包括试验内毂、试验箱壳体和防二次碰撞装置；所述试验内毂用于安装和施加换挡操纵片齿部冲击载荷，所述试验箱壳体及其防二次碰撞装置内表面涂有极限缓冲材料，同时防二次碰撞装置具有收集能力，用于避免换挡操纵元件断裂后在试验箱内反复碰撞，有效防止换挡操纵元件断裂后直接与壳体碰撞导致裂纹及其断口形貌破坏，影响后续分析。
[0022]此外，本专利技术还提供一种换挡操纵元件冲击疲劳寿命评价试验方法，所述方法基于所述的换挡操纵元件冲击疲劳寿命评价试验系统来实施，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
[0023]步骤S1：开始试验系统，采用工况控制模块设定系统转速、试验激振频率，开始试验并同步触发采集处理模块，采集处理模块采集到转速和噪声信号，获取试验转速、激振频率、扭角幅值、噪声频率、噪声幅值；
[0024]步骤S2：试验系统稳定后，进行频率设定，转速激励控制器开启高频扭矩输出输出功能、惯量模拟功能，使试验系统达到设定的激振频率，实现系统共振，换挡操纵元件此时
承受试验内毂的往复齿部冲击；
[0025]步骤S3：换挡操纵片受到一定时间的齿部冲击后，齿部发生塑性变形，导致共振频率偏移、扭角下降，此时通过模拟惯量和高频扭矩输出调整试验频率，并结合扭矩/转速脉动波输出能力完成扭角振幅的调节，调节系统试验工况至初始状态，保证试验冲击载荷的一致性；
[0026]步骤S4：一段时间后扭角再次下降，则重复步骤S3的操作，直至换挡操纵元件断裂；
[0027]步骤S5：换挡操纵元件断裂时，噪声频率、噪声幅值突变，工况控制模块停止试验。
[0028]其中，所述方法能够实现试验过程中激振频率、扭角振幅的实时调节，提高激振频率、扭角振幅的控制精度，减小试验结果的分散性，实现换挡操纵元件在高强度机械冲击载荷下冲击疲劳寿命快速、精确的评价。
[0029](三)有益效果
[0030]为解决上述试验方法存在的载荷控制差、可操作性差等导致的换挡操纵元件冲击疲劳寿命试验结果分散性大、评估不准确的问题，本专利技术提出了一种换挡操纵元件冲击疲劳寿命评价试验系统及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种换挡操纵元件冲击疲劳寿命评价试验系统，其特征在于，所述评价试验系统包括：激励电机、转速激励控制器、动态激励匹配装置、转速传感器、噪声传感器、控制系统、试验箱；所述激励电机通过动态激励匹配装置与试验箱刚性连接；所述动态激励匹配装置包括扭力轴，扭力轴分别与激励电机、试验箱刚性连接；所述激励电机通过转速激励控制器与控制系统连接，所述控制系统包括采集处理模块、工况控制模块；所述转速传感器设置有两个，分别位于激励电机输出端和试验箱前端；所述噪声传感器位于试验箱内；所述转速激励控制器用于执行模拟生成扭矩/转速脉动波输出、高频扭矩输出、惯量模拟功能，用于控制激励电机输出特性的正弦波转速及调节输出的大小。2.如权利要求1所述的换挡操纵元件冲击疲劳寿命评价试验系统，其特征在于，所述扭力轴采用弹簧钢制备，扭力轴采用中空设计，安装后同轴度须优于0.01mm。3.如权利要求2所述的换挡操纵元件冲击疲劳寿命评价试验系统，其特征在于，所述工况控制模块用于进行转速设定、频率设定、模拟惯量设定、扭矩输出能力设定，其中，转速设定通过转速激励控制器实现系统转速的控制，频率设定通过转速激励控制器的高频扭矩输出实现系统激振频率的控制，模拟惯量设定通过调节模拟惯量的大小实现系统共振频率的控制，扭矩输出能力设定通过转速激励控制器的扭矩/转速脉动波输出能力实现系统扭角振幅的调节。4.如权利要求3所述的换挡操纵元件冲击疲劳寿命评价试验系统，其特征在于，所述采集处理模块用于执行转速处理功能、扭振处理功能、噪声信号处理功能。5.如权利要求4所述的换挡操纵元件冲击疲劳寿命评价试验系统，其特征在于，两个转速传感器分别用于采集激励电机输出轴及被试件的实际转速，通过采集处理模块执行转速处理功能实现转速信号的处理和保存，通过采集处理模块执行扭振处理功能实现转速信号处理，以获得激励电机输出端和被试件端扭角振幅、频率，使得操作人员能够根据采集处理模块的数据处理输出结果实时调节工况控制模块的频率设定、扭角振幅设定，实现激振频率、扭角振幅调节，不需要停机更换惯量或者改变试验转速。6.如权利要求5所述的换挡操纵元件冲击疲劳寿命评价试验系统，其特征在于，所述噪声传感器用于采集换挡操纵元件与内毂冲击及换...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡铮，张万昊，魏炳忱，宁克焱，刘丽芳，沈宏继，刘洋，张坤，韩明，王志勇，
申请(专利权)人：中国北方车辆研究所，
类型：发明
国别省市：