小端接觸同步器后備量分析與驗(yàn)證

王偉

(上海汽車變速器有限公司，上海 201807)

0 引言

同步器系統(tǒng)是動(dòng)力中斷變速器(MT、AMT)和雙離合器變速器(DCT)內(nèi)具有決定性影響的關(guān)鍵總成，同步器系統(tǒng)一般包括齒套、齒轂、滑塊、同步環(huán)、結(jié)合齒等。同步器作用是在換擋時(shí)同步輸入端與輸出端的轉(zhuǎn)速差并在換擋結(jié)束后傳遞扭矩，保證換擋時(shí)齒輪嚙合不受沖擊，使換擋動(dòng)作方便迅捷，有利于提高汽車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性[1-2]。其后備量是指同步環(huán)與結(jié)合齒的軸向裝配間隙，其目的是保證同步環(huán)錐面磨損后仍能有效工作[3-4]，如圖1所示。

1 傳統(tǒng)一維尺寸鏈計(jì)算后備量

在傳統(tǒng)分析同步器后備量時(shí)，先假設(shè)摩擦錐面完全接觸，即結(jié)合齒和同步環(huán)的檢測(cè)錐點(diǎn)位置完全重合，再利用一維線性尺寸鏈計(jì)算其后備量[5]。圖2為傳統(tǒng)一維尺寸鏈計(jì)算后備量圖，圖中xm1±Δxm1為齒輪的左定位面至結(jié)合齒右端面的尺寸，xm2±Δxm2為齒輪的左定位面至檢測(cè)點(diǎn)的尺寸，xm3±Δxm3為齒環(huán)左端面至檢測(cè)點(diǎn)的尺寸。則錐面完全接觸下的后備量dx的計(jì)算公式

dx=-(xm1±Δxm1)+(xm2±Δxm2)-(xm3±Δxm3)

式(1)中：dm為后備量的名義尺寸。

圖1 單錐面同步器系統(tǒng)

圖2 傳統(tǒng)一維尺寸鏈計(jì)算后備量圖

由上述可知，傳統(tǒng)一維尺寸鏈計(jì)算后備量未考慮同步環(huán)與結(jié)合齒錐點(diǎn)接觸位置對(duì)后備量的影響，這樣對(duì)于小端接觸的同步環(huán)來說，其實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算存在較大的出入，因此文中采用二維尺寸鏈計(jì)算小端接觸同步環(huán)的后備量，具體計(jì)算方法如下。

2 二維尺寸鏈圖解法計(jì)算后備量

由于同步環(huán)與結(jié)合齒為小端接觸，導(dǎo)致接觸點(diǎn)與檢測(cè)點(diǎn)位置不一致，因此后備量需要采用二維尺寸鏈圖解法進(jìn)行計(jì)算[6]。圖3為小端接觸二維尺寸鏈計(jì)算圖，即當(dāng)結(jié)合齒和同步環(huán)錐面采用小端接觸時(shí)，同步環(huán)的檢測(cè)點(diǎn)相對(duì)于結(jié)合齒的檢測(cè)點(diǎn)向外平移長度為dc的一段距離。因此小端接觸的后備量應(yīng)比錐面完全接觸的后備量多dc這段長度。圖3中結(jié)合齒的摩擦錐角為θ1，同步環(huán)的摩擦錐角為θ2，由于采用小端接觸，同步環(huán)錐角θ2大于結(jié)合齒錐角θ1，結(jié)合齒檢測(cè)點(diǎn)位置A(x2，y2)、齒環(huán)檢測(cè)點(diǎn)位置B(x2+dc，y2)，齒環(huán)的檢測(cè)點(diǎn)至接觸點(diǎn)的軸向長度為c。

圖3 小端接觸二維尺寸鏈圖解計(jì)算后備量圖

圖3中結(jié)合齒錐面投影的直線方程為

同步環(huán)錐面投影的直線方程為

(3)

聯(lián)立方程(2)(3)即可得出兩錐面接觸點(diǎn)的x坐標(biāo)值：

由圖3可知，兩錐面接觸點(diǎn)的x坐標(biāo)值；

x=x2+dc+c

(5)

聯(lián)立公式(4)(5)可得：

聯(lián)立方程(1)(6)可得錐面小端接觸下的后備量dt為

dt=dx+dc

由上述可知，對(duì)于小端接觸的同步器系統(tǒng)來說，采用二維尺寸鏈計(jì)算的后備量大于一維尺寸鏈計(jì)算值，且同步環(huán)與結(jié)合齒錐面角度差越大，二者差異越大。

3 驗(yàn)證分析

現(xiàn)以某變速器三擋單錐面同步環(huán)為研究對(duì)象，表1為某一變速器三擋單錐面同步器系統(tǒng)10組實(shí)測(cè)值，其中第1～5組同步環(huán)與結(jié)合齒錐面角度差為0.25°～0.32°，為理論設(shè)計(jì)中上差；第6～10組同步環(huán)與結(jié)合齒錐面角度差為0.08°～0.13°，為理論設(shè)計(jì)中下差。

表1 某一小端接觸同步器系統(tǒng)實(shí)測(cè)值

表2是采用上述兩種方案理論計(jì)算后備量與實(shí)測(cè)后備量對(duì)比。

表2 某一小端接觸同步器后備量對(duì)比分析

通過表2可知：對(duì)于錐面角度差較大的第1～5號(hào)同步器系統(tǒng)來說，采用一維尺寸鏈計(jì)算的后備量與實(shí)測(cè)值出入較大，誤差為17%～19%；而對(duì)于錐面角度差較小的第6～10號(hào)同步器系統(tǒng)來說，采用一維尺寸鏈計(jì)算的后備量與實(shí)測(cè)值也存在一定誤差，誤差為5%～9%；而對(duì)于二維尺寸鏈分析，不管錐面角度如何分布，其理論計(jì)算后備量與實(shí)測(cè)值接近，誤差值為-1%～2%，說明采用二維尺寸鏈計(jì)算的后備量更加準(zhǔn)確可靠。

4 結(jié)論

(1)對(duì)于小端接觸的同步器來說，由于同步環(huán)與結(jié)合齒錐面角度差造成二者接觸點(diǎn)后移，因此采用二維尺寸鏈計(jì)算的后備量大于一維尺寸鏈計(jì)算值。

(2)對(duì)于小端接觸的同步器來說，同步環(huán)與結(jié)合齒錐面角度差越大，同步器系統(tǒng)后備量越大；同步環(huán)的檢測(cè)點(diǎn)與接觸點(diǎn)軸向距離c越大，同步器系統(tǒng)后備量越大。

(3)對(duì)于小端接觸的同步器來說，實(shí)測(cè)后備量值與一維尺寸鏈計(jì)算值誤差最大達(dá)19%，而采用二維尺寸鏈計(jì)算的誤差僅-1%～2%，此說明二維尺寸鏈計(jì)算的后備量比較準(zhǔn)確可靠。