汽车同步器换挡性能仿真研究

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1、第1期汽齿科技2015正汽车同步器换挡性能仿真研究李晓春，黄敏江摘要：借助ADAMS软件建立仿真模型，以换挡力、当量转动惯量与材料动摩擦系数为设计变量，研究同步器换挡性能。从齿套位移、接合齿圈角速度变化、齿套加速度及换挡二次冲击等方面研究同步器换挡过程，分析了各设计变量对同步时间及换挡二次冲击的影响规律。研究表明，减小同步时间易引起较大的二次冲击峰值，各设计变量最优值均须综合同步时间与二次冲击的影响进行选取。关键词：同步器；换挡性能；换挡冲击；ADAMS；动态仿真汽车同步器是汽车手动变速器和机械式自动变速器主要换挡部件，其性能好坏直接影响变速器总成的换挡性能。目

2、前同步器换挡性能主要通过台架进行换挡试验和耐久试验验证的方式来分析，试验周期长，设备、场地费用高。而同步器结构复杂，换挡过程又在极短时间内完成，同步器的工作过程难以通过台架试验来研究]。若仅通过理论分析来研究，则不能直观地反映同步器各个设计参数对同步器性能的影响规律，对于同步器换挡二次冲击等现象也难以完全通过数学模型来分析。因此，应用动力学仿真软件ADvIS建立虚拟样机来研究惯性式同步器的换挡过程，通过动态仿真来分析换挡力、机构转动惯量及摩擦材料动摩擦系数等主要设计参数对同步器性能与换挡二次冲击的影响规律，为设计阶段提供参考，缩短开发周期，节省研发成本。1同步器

3、工作原理同步器是将作用在换挡手柄或换挡执行机构的作用力经过一系列机构装置传至拨叉，由拨叉推动同步器齿套，齿套再推动锁环，使锁环锥面与接合齿圈锥面接触而产生摩擦功，最终使同步器输出端与输入端角速度差降为零而完成同步。文中对某型锁环式单锥面同步器三档升四档过程进行动态仿真分析。惯性式同步器的换挡过程主要通过齿套、锁环和接合齿圈三者的位置关系来分析，如图1，整个换挡过程主要经过五个阶段I2J：预同步阶段、同步锁止阶段、解锁阶段、自由滑行阶段和啮合阶段。换挡时，齿套受到拨叉的轴向推力，齿套带动钢球和滑块一起从初始位置开始轴向运动，之后滑块前端面与锁环突耳接触，推动锁环与

4、接合齿圈的摩擦锥面接触，在轴向力作用下产生摩擦力矩，使锁环快速转过半个齿宽，完成预同步，如图1(a)所示；当量换挡力使齿套快速滑移，接合齿锁止面与锁环接合齿锁止面接触，进入同步锁止阶段，如图1(b)所示，摩擦力矩大于作用在锁止面上的拨环力矩，锁环阻挡齿套使其不能继续轴向移动；随后逐渐变小，齿套与锁环角速度差逐渐减小，当小于等于时，齿套在轴向力作用下拨开锁环，整个拨环过程为解锁阶段，如图1(c)所示，直至两部件的锁止面脱离接触，即虚线所示；拨环后齿套不再受锁·16·汽齿科技2015zcn。_~IRSinct___(13‘一30。‘吉毛)㈣一式中：为手柄换挡力转换成

5、同步器齿套上的当量轴向力，5l0N；，2。为换挡时发动机转速，3000r／min；R。为单锥面平均工作半径，33．5innl；cD为锥面间摩擦因数，0．08；为锥面半锥角，6．5。；，R为被同步端当量转动惯量，4457kgmm；i3和五分别为3、4挡的传动比。由式(1)求得理论同步时间约为0．0285S，误差约为3．2％，仿真过程符合同步器实际工作情况，模型可接受。依据同步器工作原理按照图1中五个阶段将换挡过程进行划分，如图3中(i)预同步阶段、(ii)锁止阶段、(iii)解锁阶段、(iv)自由滑行阶段与(v)啮合阶段。5437l∞∞∞∞∞．一删悭一一一一锁环角

6、j墓度⋯O987654321O⋯蒌孥⋯仙士；帽是_÷{^．{⋯J¨；．·Il；一／ii；矗i．1。-]vli-i~●图3I司步器换挡过程与换挡冲击仿真结果开始换挡时，齿套由初始位置逐渐移动至31Tlln附近，完成预同步过程；在预同步结束的瞬间，齿套与锁环的接合齿锁止面接触碰撞，称为换挡阻滞(即“一次冲击”)，可采取增加换挡杆柔性来减弱该冲击的影响；锁止后齿套质心位置保持不变，直至接合齿圈、锁环与齿套角速度相同，即同步锁止阶段；同步完成后，同步器齿套与锁环开始解锁，齿套开始轴向移动，解锁后齿套迅速自由滑行，齿套质心位置到达7inIi1附近时，齿套与接合齿圈的锁止面

7、接触碰撞，产生较大的尖峰负荷，即二次冲击；由于此时同步器输入端与输出端角速度差很小，所以齿套可以拨开接合齿圈继续轴向移动，直至最终完成换挡。二次冲击具有随机性，与驾驶员换挡习惯、同步器结构设计及其加工质量等因素密切相关，难以预测换档时出现的峰值力的大小。文中假设换挡过程中出现二次冲击，并采用单一变量仿真对比的方法从二次冲击峰值、齿套位移、接合齿圈角速度及齿套轴向加速度等方面逐一研究设计条件对同步器换挡特性的影响规律。3同步器设计条件对换挡性能的影响3．1换挡力的影响评价换挡性能的最重要的指标之一是换挡力【4】，在换挡过程中对换挡手柄施加的换档力在50～100NJ

8、。将手柄换挡力作为设计变