機械式變速器同步器換擋性能的分析

張貴棣

（河海大學(xué)文天學(xué)院）

【摘要】隨著人民生活水平不斷的提高，人民對于汽車不單是將它作為一種代步的工具，而是對汽車的駕駛舒適性和操縱穩(wěn)定等性能的要求越來越高，而變速箱性能的好壞直接影響汽車的操縱舒適性、行駛安全性。同步器作為變速箱里面的一個關(guān)鍵部件，能避免變速箱在換擋過程中引起花鍵的沖擊，提升駕駛員的換擋效率。因此，如何提升同步器換擋的舒適性和性能便成為變速箱同步器研發(fā)的重點。

【關(guān)鍵詞】機械式變速器 同步器 換擋性能

1.同步器換擋研究背景

21 世紀(jì)是汽車工業(yè)飛速發(fā)展的時代， 眾所周知， 作為一個綜合性的工業(yè)， 汽車工業(yè)反映了一個國家的綜合工業(yè)水平，每時每刻都在改變著人類的生活。 在歷史的進(jìn)程中，由工業(yè)化到現(xiàn)代化的轉(zhuǎn)變中，每個經(jīng)濟強國無不都是依靠汽車工業(yè)來完成這一進(jìn)程。隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，我國對汽車的需求量越來越大，2016年，乘用車共銷售2437.69萬輛，同比增長14.93%，增幅高于上年7.63個百分點。另一方面，隨著人民生活水平的不斷提高，人民對于汽車不單是將它作為一種代步的工具，而是對汽車的操縱穩(wěn)定性和駕駛舒適性等性能的要求越來越高。因此，近年來各大汽車企業(yè)已將汽車的研發(fā)重心放在提升汽車的質(zhì)量和性能上，以求在汽車市場占領(lǐng)主導(dǎo)地位。作為汽車傳動系上的主要部件，變速箱的主要功用是將發(fā)動機的動力平穩(wěn)的傳遞給汽車車輪，根據(jù)駕駛員的行駛需要，通過改變里面的傳動比來改變行駛的車速。同步器作為變速箱里面一個關(guān)鍵部件，能避免變速箱在換擋時引起兩結(jié)合齒輪花鍵沖擊，提升駕駛員的換擋效率，提高齒輪使用壽命。因此，變速箱的性能和使用壽命與同步器的性能和壽命是密切相關(guān)的。所以在保證同步器同步這一基本功能的基礎(chǔ)上， 在變速箱的設(shè)計初期如何提升同步器的換擋性能便成為同步器研發(fā)的重點。

2.同步器換擋性能研究現(xiàn)狀

變速箱從早期的兩腳離合換擋到后面的簡單接合套換擋，再到現(xiàn)在的同步器換擋，可以說變速箱換擋經(jīng)歷了從復(fù)雜到簡單、從慢到快的轉(zhuǎn)變過程。采用同步器換擋能使換擋平順、減小換件嚙合的沖擊、減小換擋時間等優(yōu)點，如今，幾乎所有的手動變速箱都采用了同步器換擋。這樣使得駕駛員在換擋時能夠操縱更為簡單、輕便，減輕駕駛疲勞強度， 提高駕駛安全性。因此，為了保證變速箱的質(zhì)量和提高它的市場競爭力，變速箱制造廠商對于同步器的性能研究十分的重視。作為變速箱里面最重要的性能測試，國內(nèi)外工程師都對同步器性能開展了廣泛的研究，相關(guān)的研究可以具體到仿真研究和同步器換擋性能試驗臺的研究這兩方面。國內(nèi)對于同步器的研究起步較晚，加上國內(nèi)大部分的同步器技術(shù)都是從國外引進(jìn)， 同步器的技術(shù)主要還是靠消化吸收，隨著國內(nèi)自主企業(yè)對變速箱的投資和研發(fā)力度加大，國內(nèi)一些高校和學(xué)者也紛紛對同步器進(jìn)行了研究，并取得了一些研究成果。同步器性能試驗作為變速箱性能測試實驗中最重要的試驗，受到各個變速箱制造廠家和主機廠的關(guān)注。由于同步器的性能試驗主要是模擬整車時的行駛工況，這就要求試驗臺要與整車各項參數(shù)指標(biāo)要求一致。而試驗臺最主要的控制就體現(xiàn)在對電機的控制和換擋機器人的控制，電機的控制模擬汽車輸出端的慣量和轉(zhuǎn)速， 換擋機械手主要來模擬人工的換擋，這兩種控制對于研究同步器的換擋性能有很大的影響。作為汽車工業(yè)的大國，德國、日本、美國這幾個國家對試驗臺的研究這塊已走在該領(lǐng)域的前端。對比國內(nèi)外的研究可以看出，對于同步器的換擋性能的研究無論是在臺架還是仿真中都是要建立整個換擋過程來模擬實際換擋工況，以便從整體上評價同步器的換擋性能。因此，通過建立變速箱的換擋過程模型模擬人工換擋來對同步器的換擋性能進(jìn)行評價依舊是很好的研究課題。

3.同步器的結(jié)構(gòu)和工作原理分析

目前，在機械式手動變速器中，為了能使換擋響應(yīng)迅速無沖擊， 高汽車的動力性和駕駛舒適性，幾乎所有的車中均采用了同步器。變速箱換擋從早期的兩腳踩離合到后期的同步器換擋主要經(jīng)歷了常壓式同步器、慣性式同步器、慣性增力式同步器等幾種類型。當(dāng)前，絕大多數(shù)的變速箱同步器均是采用慣性式同步器。由于它能夠保證變速箱在換擋時目標(biāo)檔位齒輪轉(zhuǎn)速與齒套的轉(zhuǎn)速在未同步之前不能完成換擋，進(jìn)而能避免造成花鍵的沖擊，因此被廣泛的運用到汽車變速箱中。本文以慣性式同步器為例，分析其工作原理。由于慣性式同步器在設(shè)計時保證了作用在同步環(huán)上的撥環(huán)力矩小于摩擦力矩，齒套鎖止面與同步環(huán)鎖止面在輸入輸出端的轉(zhuǎn)速未達(dá)到同步前一直貼合，使得齒套的花鍵和同步環(huán)的花鍵不能立即嚙合，因此慣性式同步器能從根本上解決未同步就嚙合這一情況，減少了換擋時的花鍵沖擊和換擋噪聲。。

4.慣性式同步器換擋過程

換擋過程分為預(yù)同步、同步、撥環(huán)轉(zhuǎn)動、自由運動、連接階段、檔位位置六個階段。換擋前，由于換擋機構(gòu)上面一系列的彈性元件使得齒套和撥叉等換擋件處于空擋位置，換擋時，駕駛操縱者手上的力作用在操縱手柄上，通過一連串的外部換擋機構(gòu)、拉線等裝置消除相關(guān)的間隙將力傳遞到撥叉上，撥叉再將力傳遞給齒套，作用在齒套上的力使壓在鋼球槽的滑塊發(fā)生移動，使得滑塊頂?shù)酵江h(huán)，使同步環(huán)的摩擦錐面和齒圈的摩擦錐面相互摩擦，這時同步環(huán)轉(zhuǎn)動一個角度，齒套克服鋼球彈簧的彈力向前移動并與同步環(huán)的鎖止面相貼合。隨著駕駛員的力加大，這時兩摩擦面的摩擦加劇，當(dāng)兩者的轉(zhuǎn)速達(dá)到同步后，摩擦力矩消失，同步環(huán)回轉(zhuǎn)一個角度，齒套與同步環(huán)相嚙合，齒套跨過同步環(huán)，繼續(xù)軸向的移動和從動齒輪上的結(jié)合齒圈相嚙合，最終完成換檔。慣性式同步器主要有三個功能機構(gòu)，分別為定位功能、鎖止功能、同步功能機構(gòu)。定位功能機構(gòu)主要指的是齒套上的鋼球槽和滑塊，彈簧組成，主要是在預(yù)同步過程中起作用，鎖止功能機構(gòu)主要指的是齒套的鎖止角和同步環(huán)的鎖止角，這一機構(gòu)主要在鎖止過程中起作用，同步功能機構(gòu)主要有同步環(huán)的摩擦錐面和從動齒輪的摩擦錐面組成，主要是在同步過程中起作用，同步機構(gòu)決定著同步器的性能好壞，是衡量同步器性能的重要標(biāo)準(zhǔn)。

5.結(jié)束語

由于個人能力所限，本文并未深入探討，缺乏有效的仿真方法來對變速箱的換擋性能進(jìn)行評價。我會把此作為下一研究目標(biāo)，更加投入與此。

參考文獻(xiàn)：

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