現(xiàn)代卡車的變速箱主要有手動、自動兩種，手動變速箱主要由齒輪和軸組成，通過不同的齒輪組合產(chǎn)生變速變矩。自動變速箱AMT從機械結(jié)構(gòu)上看，跟手動變速箱一致，只是它用電控系統(tǒng)取代了人工操作換擋。由于結(jié)構(gòu)上的特點，它跟手動變速箱擁有幾乎一樣的傳動效率、承受扭力強度、耐用度。而純自動變速箱AT是由液力變扭器、行星齒輪、液壓變距系統(tǒng)和液壓操縱系統(tǒng)組成，通過液力傳遞和齒輪組合的方式來達到變速變矩。


圖1 變速箱

整車上變速箱內(nèi)部的所有的齒輪工作狀態(tài)就是所有齒輪同時承受著變化的扭矩和變化的轉(zhuǎn)速，經(jīng)過一定的時間，就會出現(xiàn)齒輪斷齒或者齒面點蝕等失效形式發(fā)生，支撐齒輪的軸承們同樣承受著相應(yīng)的變化的徑向力，經(jīng)過更長的一定時間后也會發(fā)生軸承的各種類型失效；像AT變速箱經(jīng)常伴隨著離合器失效。

怎樣才能對變速箱齒輪軸承等系統(tǒng)進行有效的臺架加速疲勞驗證呢？

臺架上的耐久試驗一般具備兩個特征，首先是加速的疲勞耐久臺架試驗，即在臺架上驗證同樣的時間產(chǎn)生的齒輪或者軸承損傷要遠遠大于變速箱在整車上運行同樣的時間產(chǎn)生的損傷，必須體現(xiàn)出明顯的加速優(yōu)勢。其次是失效形式必須與整車上用戶實際使用下一致，我們在臺架上運行變速箱疲勞試驗，一定的臺架時間后，齒輪或者軸承或者離合器或者液力變矩器產(chǎn)生失效形式必須和用戶道路上使用變速箱下的失效形式一致。這樣我們驗證的效果就達到了，否則是一個失敗的臺架疲勞試驗。


圖2 驅(qū)動橋齒輪疲勞試驗臺架

變速箱內(nèi)部的齒輪是最重要的部件，下面就以齒輪為例思考一下變速箱的疲勞試驗。我們知道一個經(jīng)典的齒輪失效形式是斷齒和點蝕，那么我們怎么才能讓齒輪在臺架上復(fù)現(xiàn)出這種失效形式呢？因為整車上有這種經(jīng)典的失效形式，那么整車上必然有引起這種失效形式的本質(zhì)原因，否則也不會出現(xiàn)這種失效形式了。接下來的工作就是在整車上找到驅(qū)動變速箱工作的因子，我們知道是發(fā)動機帶動液力變矩器工作，發(fā)動機輸出的扭矩和轉(zhuǎn)速當然就是我們要找的很重要的因素，這時候假設(shè)變速箱沒有連接任何輸出，就像車輛懸浮在空氣中，盡管有發(fā)動機的不斷驅(qū)動，那么這個變速箱也是在空轉(zhuǎn)，貌似變速箱也不會發(fā)生疲勞失效，因此變速箱的負載也是一個很重要的因素去促使變速箱失效，給我們的直覺就是負載越大，變速箱失效的越快，也就是常年超重的車輛使用的時間相對短很多。關(guān)于為什么需要臺架去加速驗證，我想大家都知道這是一個企業(yè)為了更加有利的生存需要，必須更短時間內(nèi)推出更多的升級產(chǎn)品，產(chǎn)品單一是件很恐怖的事情，誰都無法承受。

那么如何在臺架上加載才能出現(xiàn)這種失效形式呢？

我們知道扭矩越大，齒輪的彎曲應(yīng)力和接觸應(yīng)力就越大，每次這個齒發(fā)生嚙合的過程中也是這個齒的齒輪應(yīng)力發(fā)生從零到最大再到零的過程中，這算是一個循環(huán)，根據(jù)材料S-N曲線的理論，這種循環(huán)發(fā)生的次數(shù)多到一定程度后，齒輪產(chǎn)生的損傷也就達到了材料的抗疲勞能力，那么就會出現(xiàn)失效。因為臺架是加速的，我們肯定是希望越短的時間驗證完越好，時間越短，各種費用也就越少，因此我們需要摸索如何才能實現(xiàn)時間的最短。直覺上驅(qū)動變速箱的輸入端轉(zhuǎn)的越快，那么試驗驗證結(jié)束的越早；直覺上變速箱的負載端扭矩越大，試驗驗證結(jié)束的也越早。我們想象中應(yīng)該是選一個較大的扭矩值，然后把這個扭矩值加載到變速箱負載端，時間長了以后就會出現(xiàn)期望的失效的形式，不妨多準備幾個變速箱用來摸索試驗方法。我們知道國家標準規(guī)定的負載要求或者加載要求肯定是沒有問題的，我們不妨將臺架上的變速箱負載在國家標準的要求下放大10%后加載到臺架上，當然這時變速箱在臺架上的負載比整車上變速箱的最大負載大了，但是也沒必要質(zhì)疑試驗的合理性，因為這只是一種試驗手段而已，臺架試驗上的負載扭矩不一定非得低于等于整車上負載扭矩，然后在試驗臺上跑，持續(xù)觀察齒輪的失效形式，但是得保證每次嘗試下的齒輪油溫是一樣的，僅僅保持試驗中的扭矩這一個變量。思路是這個樣，就是多準備一些待試驗的變速箱，逐漸的增加負載扭矩觀察齒輪失效形式，通過這種思路必然能找到一個扭矩，加載這個扭矩到試驗臺上，使驗證時間能最短，而且能保證好的試驗效果。

我們通過一個平臺的變速箱摸索出了這個扭矩范圍和應(yīng)力范圍值，那么這就對我們做其它平臺的變速箱試驗給予重要的指導(dǎo)意義，整車上的變速箱的負載在工作過程中很少達到最大的理論扭矩值，大部分時間的扭矩水平還是比較低的，但是我們臺架試驗上的加載的扭矩值必然稍微超過最大理論扭矩值，這時候驅(qū)動橋在臺架上跑相當于一直在整車上高負荷運轉(zhuǎn)，就像一輛卡車嚴重的超載，這時候發(fā)動機最大負荷下，變速箱一檔最大速比下，整車剛剛能拉動這些超載貨物，然后經(jīng)過很長時間才慢慢地把速度提起來，這種情景下的使用必然比整車上正常載重的使用下發(fā)生的失效時間要早多了。

本篇文章介紹的卡車變速箱疲勞試驗設(shè)計中非常有效的思考過程，我們按照上述方法摸索到了高效做變速箱疲勞試驗的一種靈感，如何在最短的時間內(nèi)做正確的試驗，當然還有很多其它方面的注意事項，這里不在一一贅述。