基于正交理论的新型变传动比限滑差速器性能试验研究

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Research on Performance Experiment of New Type VariableRatio Limited-slip Diferential Based on Orthogonal TheoryNiu Yong ，Jia Jumin ，Zhao Lei(1.Postgraduate Training Brigade，Military Transportation University，Tianjin 300161，China；2.General CoursesDepartment，Military Transportation University，Tianjin 300161，China；3.Unit 71357，Laiyang 265206，China)Abstract：This paper used the new variable ratio limited-slip diferential as a research object，designed the experiment byusing orthogonal theory，this experiment method signifcant reduced the test time and the experiment cost，completed the or-thogonal experiment of two product samples，obtained the corresponding conclusion through the analysis with the experimentcurve and data。

Keywords：variable ratio limited-slip differential；locking coeficient；orthogonal experiment新型变传动比限滑差速器采用变传动比非圆锥齿轮作为传动副，在双附着系数路面情况下 ，依靠齿轮副自动调整 2个半轴上的输出转矩，提高了越野汽车的通过性 。其应用范围较广 ，在军收稿 日期：2012-11-06；修回日期：2012-11-25。

作者简介：牛 勇(1987- )，男，硕士研究生；贾巨民(1965- )，男，教授，硕士研究生导师用和民用市躇具有较高实用价值，第-代产品已经在我军某轻型越野汽车上得到成功应用 ，新-代产品也已经试制成功。由于该限滑差速器的独特性 ，目前国内外尚无针对该限滑差速器性军 事 交 通 学 院 学 报 第 15卷 第 1期能特点制定的试验方法 、内容以及相应的数据处理方法等。传统试验主要采用模拟不同路况、分组试验的方法，但是试验数据零散 ，系统性不强，很难达到理想的试验效果。本文采用全新的试验方法对该型差速器进行了试验研究 ]。

1 试验设计1.1 试验目的测定越野汽车新型变传动比限滑差速器的锁紧系数，检验其限滑性能以及是否符合设计要求。

1.2 试验样品与试验设备1)试验样品。从试制成功的产品中任意抽取2件，并对 2个样件的装配及有无损坏情况进行检查，确保产品合格。

2)试验设备∥题组与浙江大学现代制造工程研究所联合开发的 FHC-1.0型差速器防滑性能试验系统(如图 1所示)。

(a)试验台[1，2，3.转速转矩仪；4，5.磁粉制动器加载设备；6.直流电动机(b)工作原理示意图 1 FItC-1.0型差速器防滑性能试验台及工作原理示意1.3 试验因子及水平选用主轴转速、两端转速差和输入转矩3个可变因子模拟其实际工况，每个因子取 3个水平(见表 1)。

表 1 试验因子及水平1.4 试验方案根据所考察 的因子及水平选定合适的正交表，本试验水平为 3，又由于现在只有 3个因子，所以选用 L。(3 )正交试验表，具体试验安排见表 2。

表 2 正交试验计划由表 2可见，用正交表 L。(3 )安排试验共有 9个不同的水平组合，在试验中考虑了 3个水平 因子，其所有不 同的水平组合共有 27个，现在仅做其中的9个，这是-个部分实施的设计方案，由于仅做 1/3的试验，也称为 1/3实施 ，很大程度上减少了试验次数。

2 试验结果及分析为了避免事先某些考虑不周而产生系统误差，试验的次序要随机化，可以用抽签的方式决定9组试验的顺序。

2.1 试验结果统计每组试验结束后试验输出曲线会 自动保存到系统安装文件夹里。经过对各组试验输出曲线的对比发现，其输出曲线线型差异不大，在此仅列出2013年1月 牛 勇等：基于正交理论的新型变传动比限滑差速器性能试验研究 87其中-组曲线加以说明(如图2所示)。

j型彗瓤1j5褡(a)时间 -锁紧系数曲线(b)时I司-锁 紧系数峰值 曲线图2 试验结果输出曲线由图2可以看出，差速器锁紧系数随时问呈非周期性波动，差速器锁紧系数峰值水平稳定，其工作稳定可靠。

每组试验结束后，系统会 自动计算出锁紧系数平均值 ，试验结束后，将 2个样品的试验数据进行统计，见表3的第 1组和第2组数据。

2.2 方差分析1)总平方和分解▲行方差分析的第 1步就是做总平方和分解，考察引起 Y ，Y：，，Y 波动的原因，将它们各 自用-个平方和 5，表示出来：( -y)： - 1式中： 为试验次数 ； 为试验结果的总平均，若记T )， ，则 Y：T/n， 为所有数据试验的总和；为 s 的自由度 ]。

对于本试验三 2 sr y - ，第J列的平方和为号 毫( - )：g-1式中：p为正交表列数；g为水平数 ； 为第 列第 i水平试验结果之和 为正交表第 列 自由度。

对于本试验Si：壹拿-i1 j 凡试验及计算结果见表 3。其中，第 4列没有放置因子，称为空白列，其和仅仅反映了由误差造成的数据波动，称它为误差的平方和，记为 5 。

表3 试验及计算结果1 1 1 1 1 0.28 O.322 1 2 2 2 O.34 O.383 1 3 3 3 0.32 O.324 2 1 2 3 O.29 0.315 2 2 3 1 O.32 O.336 2 3 1 2 O.29 0.307 3 1 3 2 0.35 O.398 3 2 1 3 0.34 O.359 3 3 2 1 O.3O 0.32Tl 0.94 0. 91 0.90 0.920.90 0.93 0.98 1.00o. o.99 o.95 o.91T2 ..8。

1.02 1.02 0.97 0.97 ∑ 0.8950.94 1.06 1.01 1.07 ∑y 1.021S 0.01j l06 o·94 1·o4 o·98 s： o.01S 0.001 0. 002 0.001 0.006S 0.002 0. 002 0.001 0.0052)F检验。由于各因子的平方和 S因与误差的平方和 S 独立，s / ～ ( )，当因子的效应均为0时，JS囡仉 ～ (fm)，因此当-个因子的效应均为0时有F因sm/ (，/f m)MS因/MS。～F因(尼 ， )式中：MS因Sm/F因为因子的均方和； 为对应因子的自由度；MS Se/F为误差的均方和； 为误差的自由度 J。

88 军 事 交 通 学 院 学 报 第 15卷 第 1期当 F因MS因/MS。>F - ( ， )时，认为在显著性水平 Ot上因子是显著的，即该因子的效应不全为 0，其中F是相应自由度的 F分布的 1-Ot分位数。具体计算结果见表 4。

表4 方差分析统计注：F0 75(2，2)3.00，F0 9o(2，2)9.00 E 。

由2组试验数据的方差分析可知，因子 A，B，C的 比均小于 F。 (2，2)3.00与 F。 。(2，2)9.00，3个因子均不显著，其水平变化不会造成指标的显著不同。所以，试验过程中差速器锁紧系数的波动 ，主要由误差引起，误差主要 由齿轮制造精度、试验设备等因素引起。因为 3个因子均不显著，则可取任意水平，在实际中可根据降低成本、操作方便等来考虑其水平的选择，例如可选取水平组合 A B C 。

2.3 验证试验本试验中各因子对指标值没有显著影响。为验证该结论，需要进行验证试验，譬如随机选择水平组合 A B c ，该水平组合就不在所进行的 9次试验中，它是否符合要求 ，需要在实际中进行验证，即使分析所得的最佳水平组合在试验中出现，也需要通过试验验证，看其是否稳定。

在本试验中对水平组合A B：C 进行了3次试验，结果 分别为 0.38，0.39，0.37，其平均值 为0.38，看来该水平组合是满意的，也就证明了试验中各因子对指标值没有显著影响。

3 结 论1)本文利用正交试验理论，抛开具体路况的局限性，将各因子水平全部量化，选取 L。(3 )型正交表，将试验次数从27次降到9次，大幅度减少了试验时间和降低了试验费用。

2)由正交试验数据分析可知，两端车轮转速差 、主轴转速、输入转矩对差速器锁紧系数没有显著影响，且该差速器锁紧系数水平稳定在设计指标附近，符合设计要求。

3)通过试验验证了装备该差速器的车辆在双附着系数路面情况下，车轮-端出现打滑现象时，差速器锁紧系数可保持在-个较高水平，使车辆更易驾驶。