简述汽车同步器换挡性能仿真研究.pdf

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；AD AM S；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AD vIS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 2015 zcn。_~ IRSinct _ _ _ (1 ‘一 3 30。。 ‘吉毛) ㈣一 式中： 为手柄换挡力转换成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。 5 4 3 7 l