機(jī)械式變速器同步器工作運(yùn)動(dòng)分析

趙康　戴明鑫

摘 要 本文通過分析機(jī)械式變速器換擋結(jié)構(gòu)原理，確定換擋擋位的同步慣量，得到換擋擋位同步慣量的計(jì)算公式，確定同步器運(yùn)動(dòng)方程式，最后通過實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該運(yùn)動(dòng)方程的準(zhǔn)確性，找到了影響同步器性能的影響因素，為變速器的理論計(jì)算和設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 機(jī)械式變速器 同步器 同步慣量 同步力 同步時(shí)間

中圖分類號：U463.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

變速器的換擋性能是對于整車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、舒適性等都有很大的影響，這就對變速器的換擋性能有了很高的要求。對于機(jī)械式變速器（MT）、自動(dòng)機(jī)械師變速器（AMT）及雙離合變速器（DCT）均要考慮變速器換擋時(shí)間的大小，對于變速器換擋時(shí)間長短的影響因素很多，本文就從變速器的理論計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證等方面給予研究分析。

1同步器工作運(yùn)動(dòng)方程

同步器在機(jī)械式變速器換擋過程中起到換擋平順、快捷、沖擊小的作用。特別在同步器同步的過程中，可以依據(jù)同步器的運(yùn)動(dòng)方程式來研究同步器的性能。

（1）

公式（1）中：F同步力；摩擦系數(shù)；i同步器摩擦面數(shù)量（i=1、2、3）；Ri摩擦錐環(huán)半徑； i錐環(huán)錐面角；Mm同步扭矩；Jr換算到目標(biāo)擋位處的同步轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；△W轉(zhuǎn)速差；t形成同步時(shí)間或同步轉(zhuǎn)速差所需要的時(shí)間；MZ攪油阻力矩，升擋為負(fù)值，降擋為正值。

通過公式（1）可以得到：影響同步器同步時(shí)間和同步器力的參數(shù)，除同步器自身結(jié)構(gòu)參數(shù)外，還與Jr換算到目標(biāo)擋位處的同步轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、△W同步過程轉(zhuǎn)速差、MZ攪油阻力矩。

2換算到目標(biāo)擋位處的同步轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的確定

變速器在同步過程中各擋位同步慣量對同步時(shí)間或者同步力影響很大，所以變速器的慣量對于變速器性能影響很明顯，同時(shí)變速器一旦制造定型，變速器慣量就成為定值，它不僅影響換擋的性能及舒適性，也影響整車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、及NVH分析與研究。變速器單個(gè)零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以通過PRE或者CATIVE等三維制圖軟件來直接獲得，但各擋位同步器同步時(shí)刻的同步慣量不是所有零件慣量簡單相加，而是要通過換算來確定，如何換算與變速器結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系。

對于變速器總成來說，一旦設(shè)計(jì)完成，其結(jié)構(gòu)形狀和傳動(dòng)關(guān)系就已經(jīng)固定。我們可以根據(jù)制圖軟件直接計(jì)算出單個(gè)零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。但對變速器各擋轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算，涉及變速器內(nèi)部所有傳動(dòng)回轉(zhuǎn)零件，且各個(gè)零件又是繞各自的回轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)的。并不是所有的零件都是繞輸出軸的軸心來回轉(zhuǎn)的，不能通過轉(zhuǎn)動(dòng)慣量定義的公式直接計(jì)算。但我們可以通過分析變速器內(nèi)部各回轉(zhuǎn)件之間的傳動(dòng)關(guān)系，從能量的角度來找出各零件繞各自轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對輸出軸的影響，如速比。一個(gè)定型的變速器總成其速比是固定不變的，且各零件的在變速器內(nèi)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是按一定的速比有規(guī)律地進(jìn)行。

在變速器各擋轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算之前，我們必須清楚變速器總成內(nèi)部所有回轉(zhuǎn)零件的回轉(zhuǎn)狀態(tài)或傳動(dòng)關(guān)系，這樣才能找出各零件自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和各擋轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之間的關(guān)系?，F(xiàn)在我們就可以應(yīng)用動(dòng)能定理按擋位對變速器內(nèi)部各零件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)依次進(jìn)行分析，找出變速器各擋轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算方法。

3試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證

為了進(jìn)一步證實(shí)該計(jì)算式（14）對于實(shí)際變速器工作運(yùn)動(dòng)的正確性，在同步器單體試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了大量的研究。同步器單體試驗(yàn)臺(tái)只模擬二軸上的兩個(gè)換擋的齒輪在換擋過程中的工況，所以其攪油阻力矩相較整箱的攪油阻力矩會(huì)小些。

4結(jié)論

從上述的計(jì)算分析到試驗(yàn)驗(yàn)證，同步器的換擋性能，主要取決于變速器的慣量、同步器的結(jié)構(gòu)，以及摩擦材料的摩擦系數(shù)、攪油阻力的大小等因素，這些因素的研究對于同步器的設(shè)計(jì)有很重要的指導(dǎo)意義，為變速器的性能提高有很重要作用。

參考文獻(xiàn)

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