【正文】 同步過(guò) 19 。為減少計(jì)算量，后面建立的換擋模型將不再包含齒輪傳動(dòng)部分，而是直 接將以值賦予給錐盤(pán) (一檔齒輪 )，當(dāng)然也可以如文獻(xiàn)【 7]那樣將換擋機(jī)構(gòu)和齒輪傳 動(dòng)部分建立到一個(gè)仿真模型里， 淡化等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的求解，但在模型較復(fù)雜時(shí)，進(jìn) 一步增加了求 f： 解—的 2x2242x(2827 難度，犧牲 ． 了 7計(jì) 1538 算—時(shí)． 間 5)xivxsin(6 和空間。mm2，而 通過(guò)以上方法得到的，為 2143． 16t． mm2，與理論計(jì)算值相當(dāng)接近。： 4 一 do)l (2． 11) 講 上述方法對(duì)于一些較復(fù)雜的齒輪傳動(dòng)形式的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算特別有效，例如雙 中間軸，雙輸入，雙離合器，帶副箱的齒輪傳 動(dòng)、行星齒輪傳動(dòng)等。約束施加完后， 不存在冗余約束，只有 1個(gè)自由度。 這里提供一種利用 Adams 計(jì)算同步器輸入端等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的方法。 與換直接檔不同，其基本意思是：將一軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和二軸上非待掛檔齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)換到中間軸上，再將中間軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)換到二軸待掛檔齒輪 上，再加上待掛檔齒輪本身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 其基本意思就是：將二軸上所有檔位齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)換到中間軸上，再將 中間軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)換到一軸上，再加上一軸和離合器從動(dòng)盤(pán)本身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣 量。 +致 p)2 (2． 7) Z2 式中： ∑以。 ——口軸 (即被轉(zhuǎn)換軸 )的齒輪齒數(shù)； 乙 ——6 軸 (即轉(zhuǎn)換軸 )的齒輪齒數(shù)。 一般，將 aM 上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以轉(zhuǎn)換為 6 軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以時(shí)，存在以下基 本關(guān) 系： 以 =厶 f2=以 P)2 (2． 6) Z。輸入端等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，的計(jì) 算步驟是，先分別求得各零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，然后按不同檔位轉(zhuǎn)換計(jì)算到待掛檔的齒 輪上。當(dāng)外力系對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的力矩一定時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大，轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的變化就越?。欢? 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越小，轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的變化就越大。 f Q 一 口 呈 }上 {蠆 1 豐 口 ＼＼上 上 互 旦 圖 25 變速器齒輪傳動(dòng)示意圖 16 第二章?lián)Q擋機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與工作原理 Fig． 25 Schematic diagram of transmission l_離合器從動(dòng)盤(pán)： 2一軸及一軸常嚙合齒輪； 3．二軸； 4．二檔齒輪； 5．同步器； 6一檔齒輪； 7．中間軸及其齒輪 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是剛體動(dòng)力學(xué)中的重要物理量，其定義是：剛體內(nèi)所有質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量 與該質(zhì)點(diǎn)到旋轉(zhuǎn)軸距離的平方的乘積之和，其量綱是膨。 ／／ ／ ／ ／ 7 ．／ 7 ／／一 廠 廠／廠，／廠／／一 7／ ?／ 移下／ J移 t，／ l， ?， l邛甜 167。當(dāng)掛空檔的時(shí)候，各檔位齒輪只是在二軸的 滾針軸承上空轉(zhuǎn)，動(dòng)力并未傳遞給二軸，也就無(wú)動(dòng)力輸出給車(chē)輛的車(chē)輪；掛一檔 時(shí)，將同步器 5 往右撥動(dòng)，使同步器與一檔齒輪 5 進(jìn)入嚙合，才將一檔齒輪與二軸 剛性連接起來(lái)，動(dòng)力才能從一檔齒輪傳遞給二軸。 下面主要探討轉(zhuǎn)動(dòng)慣 量，的計(jì)算方法，這是在實(shí)際的計(jì)算過(guò)程中需面臨的一 個(gè)較繁復(fù)的問(wèn)題。目前，縮短同步時(shí)間的途徑 主要有：優(yōu)化設(shè)計(jì)換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)以適當(dāng)增大換擋力 E，但 E 不能太大 ，否則將引 起齒間沖擊，影響換擋機(jī)構(gòu)強(qiáng)度和壽命，所以應(yīng)按車(chē)型的不同而適當(dāng)控制；優(yōu)化齒 輪傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與布置以最大化降低同步器輸入端等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， (尤其是盡 量縮小離合器從動(dòng)盤(pán)的尺寸與質(zhì)量 )；同步器摩擦錐面使用摩擦系數(shù)Ⅳ。同步器輸出端是指變速器二軸，以及從二軸開(kāi)始到汽車(chē)車(chē)輪之間傳動(dòng)系 的所有零件。同步時(shí)間的計(jì)算公式已經(jīng)過(guò)前 人多次推導(dǎo)驗(yàn)證，成為同步器計(jì)算的基本公式，這里直接給出，忽略換擋過(guò)程中車(chē) 速變化和機(jī)械損耗 ”，有【 29】： f： —2J，． Aco— sin a I，、 I (2． 51 ，一 ， i兒吐 一 式中， f——同步時(shí)間； 以 ——同步器輸入端的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： △ w——同步器輸入、輸出端角速度差。 2． 2． 2 同步時(shí)間的計(jì)算方法 AMT的換擋時(shí)間是指 “離合器分 離一摘空檔一選檔一換擋一離合器再次接 合 ”這一系列動(dòng)作完成所需的總時(shí)問(wèn)，而同步時(shí)問(wèn)是指錐盤(pán)和同步環(huán)因摩擦作用而 使兩者轉(zhuǎn)速逐漸接近并最終達(dá)到一致所需要的時(shí)間。 根據(jù)以上同步器的工作原理，可以將它概括為 “一對(duì)錐面、兩次修正、三個(gè) 滑塊 ”。 滑動(dòng)齒套與同步環(huán)接合后，軸向力只不再存在，錐面問(wèn)的摩擦力矩也就消 14 第二章?lián)Q擋機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與工作原理 失，同步環(huán)與錐盤(pán)分離。此時(shí)撥環(huán)力矩便使同步環(huán)連同錐盤(pán)以及與之相 連的所有零件一起相對(duì)于滑動(dòng)齒套向前錯(cuò)開(kāi)一個(gè)角度 (相當(dāng)于半個(gè)花鍵齒的厚 度 )，相應(yīng)的同步環(huán)凸起部分 d 又移到花鍵轂通槽 e 的中央，滑動(dòng)齒套與同步環(huán)的 花鍵齒不再抵觸。19／ ／ 7) 之前，慣性力矩 M 總是大于撥環(huán)力矩尬，以避免在同步之前輪齒接合，發(fā) 生換擋 沖擊。 Bddl：盟絲 (2． 2) 0 ZSIn 口 鴆 =E 魯 =蒜 (2． 3) 式中， C——錐面間正壓力； 心 ——錐面間動(dòng)摩擦系數(shù)； dl——摩擦錐面的等效工作直徑； a——摩擦錐面的錐度； 以 ——同步環(huán)接合齒等效工作直徑； 口 ——鎖止角角度。在 n9 尚未等 于 117之前， 兩個(gè)錐面間摩擦力矩的數(shù)值與滑動(dòng)齒套的慣性力矩 M 相等。即在同步環(huán)上作用著兩個(gè)方向相反的力矩：其一為切向力只形成的力圖使同 步環(huán)相對(duì)于滑動(dòng)齒套向前錯(cuò)開(kāi)的撥環(huán)力矩 M，另一個(gè)為摩擦錐面阻止同步環(huán)向前 錯(cuò)開(kāi)的慣性力矩 Ml。 因?yàn)殄F盤(pán)是加速旋轉(zhuǎn)，根據(jù)慣性原理，所產(chǎn)生慣性力矩的方向與旋轉(zhuǎn)方向相 反。軸向力 F則使同步環(huán)與錐盤(pán)的錐面相互 壓緊產(chǎn)生摩擦力矩，使二者轉(zhuǎn)速 (％和惕 )迅速接近，并且實(shí)際上可認(rèn)為％不變，只 是 ‰ 趨近于惕。 同步環(huán) 錐盤(pán) a)鎖止角受力圖 b)錐面受力圖 圖 2． 4 鎖止角及錐面問(wèn)受力圖 Fig． 24 Force diagram of lock angle and synchro cone 力 E 可分解為軸向力曩和切向力 E。 若要滑動(dòng)齒套與同步環(huán)的花鍵接合上，必須使同步環(huán)相對(duì)于滑動(dòng)齒套錯(cuò)開(kāi)半 個(gè)齒厚。當(dāng)滑塊移動(dòng)一定 間隙后與同步環(huán)的端面 c(圖 2． 2b)接觸，滑塊便推動(dòng)同步環(huán)移向錐盤(pán)，具有轉(zhuǎn)速 差的兩內(nèi)外錐 面一經(jīng)壓緊便產(chǎn)生很大的摩擦力。設(shè)錐盤(pán)、滑動(dòng)齒套和同步環(huán)的轉(zhuǎn)速分別為 n仰和％，則此 12 第二章?lián)Q擋機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與工作原理 時(shí) ngn72ns。 10 廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 j ； F ； ；除醚： |J l 蔓 b i膩≯：到 。但此操作復(fù)雜，較難掌握，且容易造成駕駛疲勞，因此工程師設(shè)計(jì)出 “同步器 ”。同步環(huán)套在 錐盤(pán)外端的錐面上，具有與錐盤(pán)錐面錐度相同的內(nèi)錐面，內(nèi)錐面上 噴有一層 O． 07． 0． 25 厚度的鉬摩擦襯層，并制出細(xì)牙螺旋槽和若干與螺紋槽垂直的泄油槽，錐盤(pán) 外錐面上也開(kāi)有油槽，以便兩錐面接觸后由螺紋破壞附著在錐面上的油膜，經(jīng)油槽 排出，從而保證錐面間有足夠的摩擦系數(shù)，提高同步器工作效率。在固定齒座與錐盤(pán)之間有一個(gè)同步環(huán) 8，同步環(huán)上有斷續(xù)的短花鍵齒圈，花鍵齒的斷面齒廓、尺寸與錐盤(pán)及固定齒座的 外花鍵齒均相同，能夠與滑動(dòng)齒套齒向嚙合。滑動(dòng)齒套 7的內(nèi)花鍵與固定齒 座的外花鍵配合，可在撥叉的撥動(dòng)下作軸向左右滑動(dòng)。其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，同步容量較 小，主要適用于轎車(chē)和輕型貨車(chē)，具體結(jié)構(gòu)如圖 22所司：引。故同步器 在機(jī)械式變速器中得到了廣泛應(yīng)用，并不斷優(yōu)化升級(jí)。它擺脫 了舊式變速器換擋時(shí) “兩腳離合 ”的方式 168。 廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 擋力石 =—21_99 瓦 x萬(wàn) 34 礦 x一 68=1771． 5N。換一檔時(shí)，換擋電機(jī)在 TCU 的控制下驅(qū)動(dòng)滾珠 絲桿 1的螺桿旋轉(zhuǎn)，螺桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為螺母的平移向右運(yùn)動(dòng)，螺母便推動(dòng)在其 又腳內(nèi)的換擋推塊 8繞換擋軸 2順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，由于換擋推塊與換擋軸通過(guò) 3個(gè)換擋 撥銷(xiāo) 9頂緊，兩者無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以換擋軸也旋轉(zhuǎn)起來(lái)，而換擋撥頭 7也通過(guò) 3個(gè) 換擋撥銷(xiāo)與換擋軸頂緊，換擋軸便帶動(dòng)換擋撥頭順時(shí)針轉(zhuǎn)，換擋撥頭伸入拉板 6的 凹槽內(nèi)拉動(dòng)拉板擺動(dòng)，拉板又通過(guò)撥叉拉銷(xiāo) 5拉動(dòng)撥叉 3繞 a 處逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) (a 處 以支撐銷(xiāo)支撐在變速器主殼體上 )，撥叉腳上的兩個(gè) 銅塊 4卡在同步器滑動(dòng)齒套的 槽里便推動(dòng)滑動(dòng)齒套向右滑動(dòng)，同步器開(kāi)始工作 (具體同步器工作原理見(jiàn) 2． 2． 1 節(jié) )。常用的換擋機(jī)構(gòu)動(dòng)力傳動(dòng)形 式有蝸輪蝸桿、齒輪齒條或滾珠絲桿等。本章 分別介紹換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)和同步器的工作原理與關(guān)鍵公式。 1． 3論文的主要內(nèi)容 本文以某燃油汽車(chē)的 AMT 換擋機(jī)構(gòu) (如圖 1． 1所示，包括換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)和同 步器，換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)在換擋電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下?lián)軇?dòng)相應(yīng)檔位的同步器完成換擋動(dòng)作 )為 研究對(duì)象，在各個(gè)檔位中，由于二檔換一檔時(shí)轉(zhuǎn)速變化最大，且齒輪傳動(dòng)鏈的轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量也最大，使轉(zhuǎn)速變化最慢，所需換擋時(shí)問(wèn)最長(zhǎng)，造成的換擋沖擊 最大，故對(duì)二 檔換一檔工況展開(kāi)了研究，主要內(nèi)容如下： (1)詳細(xì)闡述了 AMT 換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)和同步器的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，重點(diǎn)介 紹了計(jì)算同步時(shí)間時(shí)輸入端等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算方法，并提出了通過(guò)仿真得到等效 6 廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章?lián)Q擋機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與工作原理 在汽車(chē)行駛過(guò)程中，為了適應(yīng)不斷變化的行駛條件 (如起步，加速，上坡 等 )，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在有利 (功率較高而耗油率較低 )的工況下工作，傳動(dòng)系統(tǒng)經(jīng) 常要換用不同檔位工作。 本文提出了一種利用 Adams 仿真計(jì)算同步器輸入端等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的方法，此方法 簡(jiǎn)單高效，將設(shè)計(jì)者從繁瑣的計(jì)算推導(dǎo)中解放出來(lái)，亦可以檢驗(yàn)理論計(jì) 算的準(zhǔn)確 性。 由這些研究可以看出， CAE 技術(shù)被越來(lái)越多地應(yīng)用到了變速器換擋機(jī)構(gòu)的研 究中，其可行性與準(zhǔn)確性也通過(guò)前人進(jìn)行的樣機(jī)試驗(yàn)及理論計(jì)算得到了一定的驗(yàn) 證，本文得以在此基礎(chǔ)上展開(kāi)，重點(diǎn)解決以下問(wèn)題：①前面的文獻(xiàn)里除文獻(xiàn)【 7]有 考慮換擋拉索的彈性外，大多均未考慮換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的彈性變形，將換擋機(jī)構(gòu)完全 簡(jiǎn)化為剛性體進(jìn)行分析計(jì) 算，使得出的仿真結(jié)果與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果相比存在一定程度 的差異【 7J；本文建立了考慮換擋軸、拉板、撥叉等零件彈性的換擋機(jī)構(gòu)剛?cè)狁詈夏? 型，使零件間動(dòng)力學(xué)關(guān)系更準(zhǔn)確，換擋品質(zhì)和同步器性能評(píng)價(jià)更接近于實(shí)際。匈牙 利布達(dá)佩斯技術(shù)與經(jīng)濟(jì)大學(xué)的研究者詳細(xì)描述了換擋過(guò)程中同步器工作的 8 個(gè)階 廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 段，探討了換擋動(dòng)作的建模方法，并設(shè)計(jì)軟件以分析各主要參數(shù)變化對(duì)換擋品質(zhì)的 影響，最后著重研究了二次沖擊現(xiàn)象 Ⅲ l。韓國(guó)成 均館大學(xué)的研究者對(duì)杠桿式手動(dòng)變速器換擋系統(tǒng)建立了完整的數(shù)學(xué)模型，并提出了 兩種數(shù)值模擬方法，最終得到了用以評(píng)價(jià)駕駛者換擋手感的指標(biāo) 123]。 國(guó)外在這方面的研究和應(yīng)用也較多：日產(chǎn)柴油機(jī)有限公司的工程師將機(jī)械式 變速器同步器工作過(guò)程劃分為 6 個(gè)階段，采用 Adams對(duì)同步器工作過(guò)程進(jìn)行了虛 擬仿真，分析了各主要零部件問(wèn)的動(dòng)力 學(xué)關(guān)系，并研究了換擋速度和摩擦系數(shù)的變 化對(duì)換擋品質(zhì)的影響 [211。文獻(xiàn)【 18】以解放駿威卡車(chē) CA6T123手動(dòng)變速箱為原型， 進(jìn)行電控電動(dòng)式選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu) 的參數(shù)化設(shè)計(jì)，并對(duì)其系統(tǒng)特性進(jìn)行了仿真計(jì)算； 文獻(xiàn) [19]對(duì)換擋操縱系統(tǒng)進(jìn)行了深入的理論分析和大量的換擋試驗(yàn)，初步確定了可 用來(lái)評(píng)價(jià)變速器換擋品質(zhì)的方法和指標(biāo)。文獻(xiàn) [15． 16】介紹了從換擋力和換擋時(shí)間對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正向需求角度來(lái) 設(shè)計(jì) AMT 選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計(jì)方法和流程。文獻(xiàn)【 11． 12]深入研究了同步器的相關(guān)理論及 性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，并探討了同步器的試驗(yàn)方法。文獻(xiàn) [8． 9】 4 第一章緒論 利用 Adams 建立了單錐鎖環(huán)式同步器的虛擬仿真模型，并進(jìn)行理論計(jì)算加以驗(yàn) 證，最后利用建立的模型研究了各相關(guān)參數(shù)變化對(duì)同步器性能的影響。文 獻(xiàn) [5】設(shè)