雙離合變速器鎖環(huán)式同步器設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

付　超　王明成　趙雪松　李興忠　宋　斌　郭麗麗

(1. 中國(guó)第一汽車股份有限公司技術(shù)中心， 長(zhǎng)春 130011；2. 杭州前進(jìn)齒輪箱集團(tuán)股份有限公司， 杭州 311203)

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雙離合變速器鎖環(huán)式同步器設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

付超1王明成1趙雪松1李興忠2宋斌2郭麗麗2

(1. 中國(guó)第一汽車股份有限公司技術(shù)中心， 長(zhǎng)春 130011；2. 杭州前進(jìn)齒輪箱集團(tuán)股份有限公司， 杭州 311203)

通過(guò)對(duì)鎖環(huán)式慣性同步器工作原理及過(guò)程進(jìn)行分析，建立了雙離合變速器的同步器計(jì)算模型，詳細(xì)闡述了雙離合變速器同步器的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)方法，并以CA7CH350D 7速縱置濕式雙離合變速器為例，完成了其同步器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能計(jì)算及耐久性校核，并通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)該變速器的同步器性能及壽命進(jìn)行驗(yàn)證。

[Abstract]The principle and working process of blocker ring synchronizer were analyzed, then calculation of the synchronizer for dual clutch transmission was modeled. Design and development method of synchronizer for dual clutch transmission was expounded in this paper. And then taking a longitudinal seven-speed wet dual clutch transmission as an example, the structure design, performance calculation and durability check of its synchronizer were done, and also the performance and durability of the synchronizer were validated on the test-bench.

雙離合變速器同步器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)性能計(jì)算

0　前言

隨著能源消耗殆盡和環(huán)境持續(xù)惡化，政策法規(guī)對(duì)汽車燃油經(jīng)濟(jì)性要求越來(lái)越高。由此，研發(fā)先進(jìn)的變速器，提高傳動(dòng)系統(tǒng)效率，是各大車企降低燃油指標(biāo)的必要途徑之一[1]。在目前的自動(dòng)變速器中， 雙離合自動(dòng)變速器(Dual Clutch Transmission,簡(jiǎn)稱DCT)具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量較輕和傳遞效率高等優(yōu)點(diǎn)，有效地改善了整車燃油經(jīng)濟(jì)性，因此國(guó)內(nèi)、外車企均投入了大量精力研發(fā)雙離合變速器。DCT分為干式雙離合變速器和濕式雙離合變速器兩種，前者傳動(dòng)效率更高，但受離合器傳遞扭矩能力的限制，不利于傳遞過(guò)大扭矩，后者雖效率稍低，但不受傳遞扭矩大小的限制。DCT采用了雙離合器、雙輸入軸結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了奇、偶數(shù)檔動(dòng)力各自獨(dú)立傳遞，采用同步器預(yù)掛檔策略，保證變速器換擋過(guò)程無(wú)動(dòng)力中斷[2-3]。

同步器作為雙離合變速器(DCT)的核心子系統(tǒng)，其利用摩擦原理實(shí)現(xiàn)變速器換擋時(shí)的齒輪轉(zhuǎn)速同步，從結(jié)構(gòu)上保證了待嚙合的齒套與接合齒在達(dá)到同步之前不可能接觸，避免齒間沖擊和噪音，從而實(shí)現(xiàn)變速器的迅速、平順換擋。與手動(dòng)變速器相比，DCT對(duì)同步器的技術(shù)要求更加苛刻，其換擋力較大，同步時(shí)間短，這就要求同步器具有良好的性能和可靠性。

同步器技術(shù)進(jìn)入國(guó)內(nèi)雖然已經(jīng)很多年，但由于研究相對(duì)欠缺等原因，國(guó)內(nèi)同步器設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、材料、工藝等各方面技術(shù)距國(guó)外還有差距。鑒于目前技術(shù)上存在的眾多難點(diǎn)，國(guó)內(nèi)的整車廠或變速器廠家的DCT同步器設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)主要依賴外資同步器供應(yīng)商。本文本著相互交流、共同進(jìn)步的宗旨，結(jié)合筆者在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)，對(duì) DCT鎖環(huán)式同步器的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)方法等展開(kāi)討論。

1　同步器基本結(jié)構(gòu)及工作原理

目前，汽車上應(yīng)用最廣泛的同步器莫過(guò)于慣性式同步器。慣性式同步器分鎖環(huán)式同步器和鎖銷式同步器兩大類。其中，鎖環(huán)式同步器具有結(jié)構(gòu)緊湊、易于布置等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于乘用車、商用車變速器中[4]。

1.1同步器基本結(jié)構(gòu)

鎖環(huán)式同步器可分為單錐鎖環(huán)同步器和多錐鎖環(huán)同步器。受結(jié)構(gòu)、工藝和成本等條件限制，鎖環(huán)式同步器的摩擦副數(shù)量目前最多應(yīng)用到三錐。

根據(jù)外環(huán)與內(nèi)環(huán)的結(jié)構(gòu)關(guān)系，多錐同步器又可分為耦合式和非耦合式。在相同軸向尺寸下，非耦合式的錐面摩擦副面積大于耦合式，且前者錐面錐角一般小于后者，同等條件下可提供更大的摩擦力矩；但前者的鎖止能力相對(duì)后者較弱，需要更大的撥環(huán)力矩，且同步之后產(chǎn)生二次沖擊也更大。綜合考慮二者的優(yōu)缺點(diǎn)，乘用車變速器以耦合式多錐同步器應(yīng)用居多。圖1所示是一個(gè)典型的單錐-三錐鎖環(huán)式慣性同步器系統(tǒng)，左側(cè)檔位為單錐同步環(huán)，右側(cè)檔位為耦合式三錐同步環(huán)。

1、9. 接合齒; 2. 單錐同步環(huán); 3. 滑塊; 4. 齒座; 5. 齒座; 6. 三錐同步環(huán)外環(huán); 7. 三錐同步環(huán)中環(huán); 8. 三錐同環(huán)內(nèi)步環(huán)

圖1單錐-三錐鎖環(huán)式慣性同步器系統(tǒng)

Fig.1Single-cone - triple-cone blocker ring synchronizer system

1.2同步器工作過(guò)程

根據(jù)同步器齒套的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，換擋過(guò)程可分為7個(gè)階段：預(yù)同步前自由滑行、預(yù)同步、同步、同步解鎖、同步后自由滑行、撥正接合齒、完全嚙合。

在此，以DCT為例說(shuō)明其同步器的工作過(guò)程：變速器控制單元(TCU)接收到車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、油門(mén)踏板開(kāi)度等信號(hào)數(shù)據(jù)，根據(jù)控制策略決策，發(fā)出換擋命令，換擋執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)換擋撥叉帶動(dòng)同步器齒套軸向移動(dòng)，齒套帶動(dòng)滑塊推動(dòng)同步環(huán)，同步環(huán)錐面與接合齒錐面產(chǎn)生相對(duì)滑磨，在錐面間產(chǎn)生摩擦力矩，同步環(huán)受摩擦力矩的作用在齒座定位槽中轉(zhuǎn)過(guò)一定角度，隨著換擋力繼續(xù)增大，齒套克服滑塊上彈簧的作用將定位鋼球壓下而軸向移動(dòng)，其鎖止面與同步環(huán)鎖止面逐漸接觸并產(chǎn)生撥環(huán)力矩，直到接合齒與同步器系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速差為零時(shí)，摩擦力矩消失，此時(shí)作用在同步環(huán)花鍵齒鎖止面上的撥環(huán)力矩將同步環(huán)撥過(guò)一定角度，齒套沿軸向穿過(guò)同步環(huán)自由滑行，之后其鎖止面與接合齒接觸，同樣將接合齒撥過(guò)一定角度，然后齒套繼續(xù)滑行直至與接合齒完全嚙合從而完成換擋[5]。

2　同步器設(shè)計(jì)模型

2.1輸入條件的確定

2.1.1變速器布置

(1) 徑向空間

一般情況，變速器的中心距在一定程度上決定了摩擦副的有效直徑，其在很大程度上決定了摩擦錐環(huán)可獲得的同步容量。

(2) 軸向空間

變速器的軸向空間會(huì)對(duì)同步器總成寬度尺寸有所限制，同步器設(shè)計(jì)時(shí)需予以考慮。

(3) 檔位分布及各檔速比

變速器的檔位分布決定了同步器的所處位置，即影響被同步側(cè)的傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

2.1.2換擋性能目標(biāo)

同步器設(shè)計(jì)之初，需為變速器換擋系統(tǒng)定義一個(gè)合理的性能目標(biāo)。對(duì)DCT來(lái)說(shuō)，衡量其換擋系統(tǒng)性能的最重要因素是換擋時(shí)間。典型的DCT換擋性能目標(biāo)為同步時(shí)間ts不超過(guò)0.2～0.3 s。

2.2同步器扭矩容量確定

根據(jù)物理學(xué)原理，同步器的扭矩容量可按照如下步驟進(jìn)行計(jì)算：

(1) 根據(jù)變速器總成布置及各相關(guān)零部件結(jié)構(gòu)確定同步器輸入側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js；

(2) 根據(jù)整車換擋工況(升檔、減檔、跳檔等)計(jì)算換擋前同步器兩側(cè)的轉(zhuǎn)速差Δω；

(3) 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算或通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定傳動(dòng)系統(tǒng)的拖曳扭矩Td。對(duì)干式DCT來(lái)說(shuō)，其拖曳扭矩相對(duì)較小，主要來(lái)源于軸承、齒輪嚙合等摩擦阻力；濕式DCT拖曳扭矩則相對(duì)較大，尤其是低溫工況(-20℃以下)，隨著濕式離合器潤(rùn)滑油粘度增大，其拖曳扭矩劇增，如圖2所示。

圖2　某濕式雙離合器不同工況下的拖曳扭矩

(4) 確定所需的同步扭矩Ts，按式(1)計(jì)算。

(1)

式中，ts為換擋同步時(shí)間；Td為變速器傳動(dòng)系統(tǒng)的拖曳扭矩，當(dāng)拖曳扭矩有利于快速同步時(shí)，Td為正號(hào)；當(dāng)拖曳扭矩阻礙同步過(guò)程時(shí)，Td為負(fù)號(hào)。

2.3同步器基本型式及幾何尺寸確定

2.3.1同步環(huán)基本型式選擇

同步環(huán)的基本型式選擇前，首先需確定所需同步環(huán)摩擦副有效半徑Reff，可按式(2)計(jì)算。

(2)

式中，F(xiàn)a為換擋時(shí)作用在齒套上的軸向力；μc為摩擦材料的摩擦系數(shù)，常見(jiàn)材料的摩擦系數(shù)及推薦半錐角參見(jiàn)表1。

表1　常用摩擦材料的摩擦系數(shù)及半錐角推薦

若初步確定的摩擦副有效半徑Reff超過(guò)了變速器的徑向可用空間，則需考慮采用多錐同步環(huán)。對(duì)多錐同步環(huán)來(lái)說(shuō)，其有效半徑Reff可按式(3)計(jì)算。

(3)

式中，Router為外環(huán)平均摩擦半徑；Rmiddle為中環(huán)平均摩擦半徑；Rinner為內(nèi)環(huán)平均摩擦半徑，對(duì)于雙錐同步環(huán)來(lái)說(shuō)，Rinner等于0。

2.3.2同步器解鎖能力評(píng)估

首先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初選同步器系統(tǒng)鎖止角β、花鍵節(jié)圓直徑PCD、齒套撥叉槽有效直徑Rsleeve，然后按照式(4)對(duì)同步器的撥環(huán)能力進(jìn)行評(píng)估。

(4)

式中，Td為拖曳扭矩，對(duì)于干式DCT主要考慮摩擦、齒輪攪油(如果存在)等拖曳，對(duì)濕式DCT則主要考慮雙離合器的潤(rùn)滑油導(dǎo)致的拖曳扭矩；μb為齒套與同步環(huán)鎖止面間摩擦系數(shù)。

通過(guò)公式(4)所得的Fa是解鎖所需作用到齒套上的軸向力，簡(jiǎn)稱解鎖力。由式(4)可看出，解鎖力Fa的大小與花鍵節(jié)圓直徑PCD、鎖止角β等參數(shù)有關(guān)，而實(shí)際所能達(dá)到的解鎖力取決于液壓系統(tǒng)的最大執(zhí)行力。因此，需優(yōu)化鎖止角β等相關(guān)參數(shù)，保證各換擋工況下能夠順利完成解鎖。

2.4摩擦副耐久性能校核及摩擦材料選擇

對(duì)于同步器系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，摩擦副的耐久性能在很大程度上決定了同步器壽命。但是，現(xiàn)有理論很難對(duì)摩擦副壽命進(jìn)行精確計(jì)算。目前，行業(yè)內(nèi)慣用方法是對(duì)摩擦副工作時(shí)各項(xiàng)物理指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，然后根據(jù)各項(xiàng)物理特性選擇合適的摩擦材料。

2.4.1滑移速度

滑移速度對(duì)摩擦材料性能有很大影響。當(dāng)滑移線速度超過(guò)10 m/s時(shí)，大部分摩擦材料的耐久性能將會(huì)明顯下降。通常，滑移速度可通過(guò)式(5)進(jìn)行計(jì)算：

(5)

式中，Δω為換擋前同步器輸入側(cè)與輸出測(cè)的轉(zhuǎn)速差Δω；Romax為外環(huán)摩擦副的最大半徑。

不同摩擦材料的滑移速度的最大許用值不同(見(jiàn)表2)，一般情況下，當(dāng)滑移速度超過(guò)10 m/s時(shí)，應(yīng)從設(shè)計(jì)角度考慮，減小摩擦副直徑或降低同步器處的轉(zhuǎn)速差來(lái)減小滑移速度。

2.4.2接觸壓力

摩擦材料承受的壓力可通過(guò)作用在摩擦副的法向力FN除以摩擦材料有效接觸面積Ac來(lái)計(jì)算，如公式(6)所示。特別說(shuō)明，對(duì)于多錐同步環(huán)來(lái)講，摩擦材料的有效接觸面積Ac應(yīng)按照外環(huán)、中環(huán)、內(nèi)環(huán)三者中面積最小者計(jì)算，一般最小者為內(nèi)環(huán)的摩擦材料有效接觸面積。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免摩擦副接觸壓力過(guò)大，常見(jiàn)摩擦材料的接觸壓力許用值見(jiàn)表2。

(6)

2.4.3能量密度

筆者將能量密度定義為一次換擋過(guò)程中，同步環(huán)單位面積摩擦材料吸收的能量，能量密度記作J，可按式(7)進(jìn)行計(jì)算：

(7)

式中，Js為同步器輸入側(cè)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Δω為換擋前同步器處的轉(zhuǎn)速差；ATotal為所有摩擦副的摩擦材料有效接觸面積總和。

2.4.4功率密度

功率密度指在一次換擋過(guò)程中，同步環(huán)單位面積摩擦材料單位時(shí)間吸收的能量負(fù)荷，功率密度記作W，可按式(8)進(jìn)行計(jì)算：

(8)

隨著材料、制造工藝等發(fā)展，目前市場(chǎng)上的摩擦材料越來(lái)越多，其性能大多已超過(guò)早期同步器使用的黃銅、表面噴鉬等。表2所示為目前應(yīng)用比較廣泛的4種同步環(huán)摩擦材料的各項(xiàng)特性負(fù)荷能力。在此，需要指出的是摩擦材料各項(xiàng)負(fù)荷能力很大程度上取決于系統(tǒng)周圍環(huán)境的散熱能力，變速器設(shè)計(jì)時(shí)盡可能地優(yōu)化其冷卻潤(rùn)滑條件。

表2　常見(jiàn)同步環(huán)摩擦材料負(fù)荷能力

進(jìn)行同步器設(shè)計(jì)時(shí)，必須綜合考慮滑移速度、接觸壓力、功率密度、能量密度4方面因素，選擇合適的摩擦材料。

2.5同步器系統(tǒng)的性能參數(shù)及關(guān)鍵間隙尺寸確定

2.5.1半錐角α

為保證在非工作狀態(tài)時(shí)，同步環(huán)摩擦副不發(fā)生自鎖而能夠自然脫開(kāi)，必須保證錐面的半錐角足夠大，一般可按照式(9)計(jì)算臨界半錐角αc。

(9)

式中，μstat為摩擦材料的摩擦系數(shù)，一般可通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得。

考慮到加工誤差、摩擦系數(shù)不穩(wěn)定性等因素，選擇半錐角α?xí)r應(yīng)比臨界半錐角αc稍大一些，避免同步環(huán)與接合齒錐面粘著或咬住?？紤]到公差累積效應(yīng)，采用相同摩擦材料的同步器系統(tǒng)，多錐同步環(huán)半錐角通常要比單錐同步環(huán)稍大。

2.5.2鎖止角β

鎖止角β在很大程度上決定了同步器錐扭矩Tc與撥環(huán)力矩Ti大小。鎖止角β增大，同步器錐扭矩Tc將增大，鎖止能力也增強(qiáng)。但是，鎖止角增大也將導(dǎo)致實(shí)際撥環(huán)力矩Ti減小。因此，必須選擇合理的同步環(huán)型式(單錐/多錐)及鎖止角β來(lái)平衡錐扭矩Tc與撥環(huán)力矩Ti之間的關(guān)系。

一般情況下，考慮到摩擦副半錐角α加工誤差、材料摩擦系數(shù)μ的不穩(wěn)定性等因素，設(shè)計(jì)最好保證錐扭矩Tc與撥環(huán)力矩Ti比值Tc/Ti大于1.1。

2.5.3接近尺寸b

為避免換擋時(shí)未同步解鎖的情況發(fā)生，通常接近尺寸b最小應(yīng)控制在0.2～0.3 mm。

2.5.4后備行程Δ1

后備行程Δ1選擇必須合適，否則會(huì)對(duì)變速器性能及可靠性產(chǎn)生影響。若后備行程過(guò)小，則會(huì)影響同步器壽命；反之，后備行程過(guò)大則可能導(dǎo)致二次沖擊過(guò)大。一般情況下，乘用車變速器根據(jù)摩擦材料的不同，后備行程Δ1一般在1.0～1.5 mm，具體情況需結(jié)合變速器換擋工況及壽命要求等確定。

2.5.5預(yù)同步行程Δ2

為保證同步器的正常功能及壽命，預(yù)同步行程Δ2必須大于0?？紤]到變速器相關(guān)零部件的公差累積，根據(jù)筆者的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)Δ2一般控制在0.5～1.5 mm之間。理論上講，對(duì)于單錐同步環(huán)，Δ2可取稍小一些，一般在0.5～1.2 mm之間；對(duì)多錐同步環(huán)，Δ2應(yīng)取稍大一些，一般在0.8～1.5 mm。

2.6同步器花鍵參數(shù)及配合選擇

2.6.1同步器系統(tǒng)花鍵主參數(shù)

同步器系統(tǒng)花鍵包括齒套內(nèi)花鍵、齒座外花鍵、同步環(huán)外花鍵及接合齒外花鍵。主要參數(shù)包括模數(shù)、齒數(shù)、壓力角等，根據(jù)功能、要求等初選相關(guān)參數(shù)，同步器系統(tǒng)花鍵模數(shù)以小模數(shù)為趨勢(shì)，其模數(shù)大多在1.25～2.0之間，壓力角通常以20 °應(yīng)用最多。

2.6.2花鍵定心方式及配合關(guān)系

(1) 齒套與齒座

齒套與齒座漸開(kāi)線花鍵常用的定心方式有齒側(cè)定心、大徑定心、小徑定心3種，選擇何種定心方式與制造工藝有關(guān)，目前國(guó)外供應(yīng)商采用齒側(cè)定心居多，其齒座一般為粉末冶金件，外花鍵精度相對(duì)更易保證，可視具體情況選用H/e或H/f配合。筆者以為，對(duì)于采用鋼件機(jī)加方式齒座的同步器系統(tǒng)，考慮到國(guó)內(nèi)廠家的花鍵加工精度、熱處理變形等制造水平，也可選用大徑定心或小徑定心。

(2) 齒套與同步環(huán)

齒套與同步環(huán)漸開(kāi)線花鍵選擇齒側(cè)定心方式，推薦2倍的H/f或H/e側(cè)隙量。

(3) 齒套與接合齒

齒套與接合齒花鍵一般也選擇齒側(cè)定心，內(nèi)花鍵齒槽寬與外花鍵齒厚的側(cè)隙需嚴(yán)格控制，否則可能會(huì)產(chǎn)生變速器敲擊噪音、掛檔困難等問(wèn)題，推薦選用H/d配合等。

2.7同步器材料及制造工藝選擇

2.7.1同步環(huán)基體材料及制造工藝

同步環(huán)基體材料，目前主要分為銅環(huán)和鋼環(huán)兩大類。銅環(huán)與鋼環(huán)相比較，前者成本相對(duì)較低；但壽命方面，鋼環(huán)則遠(yuǎn)優(yōu)于銅環(huán)。鋼環(huán)材料主要以低碳合金鋼為主，可采用20CrMnTi、GCr15等。

同步環(huán)成型工藝主要有模鍛和沖壓兩種。目前，國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)商以模鍛為主，但隨著技術(shù)及市場(chǎng)發(fā)展，沖壓工藝的應(yīng)用也逐漸增多。

2.7.2齒座、齒套材料及制造工藝

齒套材料目前主要以低合金結(jié)構(gòu)鋼、中碳鋼等為主，如16MnCr5、20CrMnTiH等，其一般采用鍛造毛坯進(jìn)行機(jī)加，齒座則采用機(jī)加或粉末冶金工藝，且后者逐漸成為趨勢(shì)。

2.7.3接合齒材料及制造工藝

因功能需要，接合齒與齒輪為一個(gè)整體，其材料與齒輪材料類似，可選用20CrMnTi、20MnCr5、16MnCr5等材料。接合齒制造工藝主要有機(jī)加、沖壓、精鍛(接合齒與齒輪毛坯為一體)等。

3　設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)實(shí)例驗(yàn)證

為驗(yàn)證本文所述的同步器設(shè)計(jì)模型及設(shè)計(jì)方法的準(zhǔn)確性及可行性，以CA7CH350D 7速縱置濕式雙離合變速器為例進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。圖3為該變速器的結(jié)構(gòu)布置示意圖，該變速器具有7個(gè)前進(jìn)擋和1個(gè)倒擋。其中， 1﹑3﹑5和7擋與奇數(shù)離合器C1的從動(dòng)盤(pán)連接，2﹑4﹑6和R擋則與偶數(shù)離合器的C2的從動(dòng)盤(pán)連接。

圖3　CA7CH350D濕式DCT結(jié)構(gòu)布置示意

根據(jù)前述設(shè)計(jì)流程，首先根據(jù)該變速器的邊界條件，確定了同步器系統(tǒng)的最大直徑Φ105 mm，同步器總成(含接合齒)軸向?qū)挾?6～39 mm，并結(jié)合整車性能要求定義了變速器換擋性能目標(biāo)為順序換擋(正常工作溫度下)同步時(shí)間不超過(guò)0.25 s，變速器壽命為折合整車?yán)锍?0萬(wàn)公里。

根據(jù)設(shè)定的變速器性能及壽命目標(biāo)，按照前述設(shè)計(jì)方法進(jìn)行同步器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)多次性能計(jì)算，確定了該縱置7速濕式DCT的同步器方案。其1檔采用耦合式三錐同步環(huán)，2檔和R檔采用耦合式雙錐同步環(huán)，3檔～7檔均采用單錐同步環(huán)。所有同步環(huán)均采用鋼環(huán)粘接碳摩擦材料。

為了定量評(píng)價(jià)本文建立的同步器設(shè)計(jì)模型的實(shí)用性及準(zhǔn)確性，將該DCT典型換擋工況下的同步器性能計(jì)算結(jié)果與臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較(圖4所示)，其誤差均不超過(guò)0.02 s，且所有換擋工況下同步時(shí)間滿足定義的性能目標(biāo)值0.25 s。

圖4　某縱置7速濕式DCT同步器性能

為評(píng)估同步器系統(tǒng)的耐久性能，對(duì)該DCT各換擋工況下的摩擦副負(fù)荷(滑移線速度、接觸壓力、功率密度及能量密度)進(jìn)行了計(jì)算。結(jié)果表明，所有換擋工況下摩擦副各項(xiàng)負(fù)荷安全系數(shù)均大于1。為驗(yàn)證該變速器同步器系統(tǒng)的實(shí)際壽命，將裝配該套同步器系統(tǒng)的變速器按照載荷譜進(jìn)行了各檔位總計(jì)130萬(wàn)次換擋耐久測(cè)試(如圖5所示)。

試驗(yàn)前、后對(duì)同步器后備行程分別進(jìn)行測(cè)量，各檔同步環(huán)后備行程最大磨損量不超過(guò)試驗(yàn)前初始值的30%，其耐久性能良好，滿足變速器整機(jī)壽命要求。

4　結(jié)　論

本文以DCT鎖環(huán)式同步器為研究對(duì)象，在對(duì)其結(jié)構(gòu)、工作過(guò)程分析的基礎(chǔ)上，建立了雙離合變速器(DCT)同步器設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)模型，詳細(xì)闡述了其同步器設(shè)計(jì)方法及流程，分享了筆者在開(kāi)發(fā)過(guò)程中積累的一些設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)等，并以CA7CH350D 7速雙離合變速器為例，對(duì)其同步器系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，并通過(guò)臺(tái)架測(cè)試對(duì)其同步器性能及壽命進(jìn)行了驗(yàn)證。測(cè)試結(jié)果表明，本文的同步器設(shè)計(jì)方法及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)DCT產(chǎn)品開(kāi)發(fā)有一定的參考意義。

圖5　變速器總成同步器耐久試驗(yàn)

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Design and Development of Blocker Ring Synchronizer for Dual Clutch Transmission

FuChao1WangMingcheng1ZhaoXuesong1LiXingzhong2SongBin2GuoLili2

(1.ChinaFAWCo.,LtdR&DCenter,Changchun130011;2.HangzhouAdvanceGearboxGroupCo.,Ltd.,Hangzhou311203)

Dual Clutch TransmissionSynchronizerStructure DesignPerformance Calculation

1006-8244(2016)02-011-06

付超(1986-)，男，陜西咸陽(yáng)人，碩士，主要研究方向?yàn)槌擞密囎兯倨魍狡骷褒X輪設(shè)計(jì)，E-mail: fuchao@rdc.faw.com.cn

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