汽车行驶工况复杂多变,这就使得汽车变速器频繁换挡,据资料显示,在使用年限中一辆汽车的手动换挡次数为几十万次,因此必须对手动变速器换挡机构开展疲劳耐久性研究。换挡换位轴总成作为换挡执行机构的核心部件,既负责选档又负责换挡,因此开发一套耐久试验台来检测换挡换位轴总成的疲劳寿命,可以为设计提供可靠的疲劳寿命数据,降低产品的研发成本,确保出厂质量,具有十分重要的工程应用价值。本文在分析国内外汽车变速器疲劳耐久性测试技术的基础上,设计了换挡换位轴总成耐久试验台,并对试验台的测控系统进行开发,主要研究工作如下:(1)分析手动变速器选换挡过程工作原理,然后对其中换挡换位轴总成的工作原理进行研究,主要分析其选档过程与换挡过程的运动规律并根据理论数据绘制其选档扭矩-旋转角度曲线与换挡扭矩-旋转角度曲线,为试验台结构设计提供依据。(2)根据设计指标与汽车机械式变速器总成台架试验方法标准,选择运动特性和动力特性较好的伺服电机作为动力源,然后结合换挡换位轴总成运动原理与结构特性,设计并加工相应的耐久性试验设备,包括加载夹具油箱、换挡机械臂、选档机械臂、外部支撑框架等。(3)借助ANSYS软件建立换挡换位轴总成耐久试验台关键零部件的有限元模型,模拟真实工况对其进行静力分析。然后采用Lanczos法对其进行模态分析,求解其固有频率和振型。(4)针对试验台的上球头拨片传力机构与中间球头拨片传力机构,首先参考GL规范计算机构材料的S-N曲线,然后根据实测出的换挡过程动态载荷,结合理论载荷得到疲劳寿命分析的载荷谱,最后基于疲劳累积损伤理论,结合静力分析结果,利用ANSYS/FE-SAFE软件对两种机构进行疲劳寿命预估。(5)利用S7-200 PLC的MAP库文件控制伺服电机,开发了下位机主程序及各子程序,包括手动控制子程序、档位标定子程序、自动控制子程序、电机驱动子程序、数据采集子程序、档位状态监控子程序,利用组态软件开发了上位机界面。然后对换挡换位轴总成进行耐久性试验,调试了换挡机械臂与选档机械臂,最后进行加载耐久性试验,并绘制了空挡→1挡→空挡过程的加载曲线。