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基于AMESim的鎖環(huán)式同步器工作過程研究
資源天下 2014/5/15 14:55:06
摘 要： 慣性式同步器分為鎖環(huán)式和鎖銷式兩種，轎車和輕、中型貨車廣泛采用鎖環(huán)式同步器。介紹了鎖環(huán)式同步器的結(jié)構(gòu)及工作原理，對(duì)同步器位于中間軸上變速器形式的同步器工作過程進(jìn)行分段研究。重點(diǎn)分析了同步器的同步性能和鎖止性能，并建立了基于AMESim仿真軟件的同步器工作過程模型。研究結(jié)果表明，選取較小且合適的摩擦錐面角α和鎖止角可以獲得更好的同步性能和鎖止性能；對(duì)鎖環(huán)式同步器工作過程的分段研究符合同步器工作過程的實(shí)際情況，為換擋過程的進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵字: 鎖環(huán)式同步器 工作過程 同步性能 鎖止性能 分段研究
引 言：
同步器按照結(jié)構(gòu)的不同可分為常壓式、慣性式、自增力式等種類，常壓式同步器對(duì)接合套的軸向阻力是由彈簧壓力造成的，其大小有限（“常壓式”的名稱由此而得），如果駕駛員用力過猛，可能在轉(zhuǎn)速未達(dá)到同步之前，接合套壓下定位彈簧與待掛入擋齒輪齒圈接觸，使齒間產(chǎn)生沖擊；自增力式同步器受到彈簧力的增力作用，使換擋更為省力并且迅速，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，使用壽命相對(duì)較短；慣性式同步器與常壓式同步器一樣，都是依靠摩擦作用實(shí)現(xiàn)同步的，從結(jié)構(gòu)上保證接合套與待接合的花鍵齒圈在達(dá)到同步之前不可能接觸，從而避免了齒間的沖擊和噪聲的產(chǎn)生，提高了換擋品質(zhì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，廣泛應(yīng)用于各類車型的變速器中[1]。
慣性式同步器分為鎖環(huán)式和鎖銷式兩種，鎖環(huán)式同步器主要應(yīng)用在轎車和輕、中型貨車上，鎖銷式同步器主要應(yīng)用在大中型貨車上[2]。其主要由接合套、定位銷、花鍵轂、鎖環(huán)及待掛入擋齒輪齒圈組成。鎖環(huán)內(nèi)錐面的錐面角稱為摩擦錐面角α，花鍵齒兩側(cè)斜面的夾角稱為鎖止角β。同步器工作過程中錐面間產(chǎn)生摩擦，使中間軸和第二軸的轉(zhuǎn)速同步，進(jìn)而完成換擋。鎖環(huán)的內(nèi)錐面上加工出細(xì)牙的螺旋槽，以便兩錐面接觸后能破壞油膜，增加錐面間的摩擦，縮短同步時(shí)間。三個(gè)定位銷分別嵌合在花鍵轂的三個(gè)軸向槽內(nèi)，并可小范圍軸向移動(dòng)。定位銷內(nèi)部彈簧將定位小球壓向接合套的花鍵齒中部凹槽內(nèi)，起到帶動(dòng)鎖環(huán)運(yùn)動(dòng)和空擋定位作用。
本文以同步器位于中間軸的變速器形式為例，介紹了鎖環(huán)式同步器的結(jié)構(gòu)、工作原理，分段研究了同步器的工作過程，在AMESim軟件的基礎(chǔ)上，驗(yàn)證了分段研究的準(zhǔn)確性。
1、 同步器工作過程的分段研究
在鎖環(huán)式同步器結(jié)構(gòu)及工作原理的基礎(chǔ)上，分段研究了鎖環(huán)式同步器的工作過程，將其分為五個(gè)階段[3~6]，如圖1所示。
圖1 同步器工作過程分段研究示意圖
第一階段，接合套帶動(dòng)鎖環(huán)壓向待掛入擋齒輪外錐面階段。該階段是在鎖環(huán)內(nèi)錐面與待掛入擋齒輪外錐面接觸前，接合套通過周向分布的三個(gè)定位銷帶動(dòng)鎖環(huán)移動(dòng)。接合套在換擋力的作用下，內(nèi)花鍵沿著花鍵轂外花鍵滑動(dòng)，受到的力主要是換擋力、定位銷上滑塊的摩擦力和花鍵接觸面的摩擦力，對(duì)于傳統(tǒng)手動(dòng)變速器，換擋時(shí)沒有發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置，花鍵接觸面的摩擦力可忽略不計(jì)。
第二階段，轉(zhuǎn)速同步階段。由于鎖止作用的存在，接合套在與待掛入擋齒輪轉(zhuǎn)速達(dá)到同步之前不能繼續(xù)向前移動(dòng)，直到轉(zhuǎn)速同步后，該階段結(jié)束。由于換擋過程很短，且汽車的行駛阻力矩很大，在換擋過程分析時(shí)，可以假定行駛阻力矩固定不變；同步過程相對(duì)于汽車行駛來說，是瞬時(shí)完成的，變速器輸入端的阻力矩也可以忽略不計(jì)。換擋過程中，輸入端受到來自鎖環(huán)的同步轉(zhuǎn)矩和輸入端的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量引起的慣性轉(zhuǎn)矩同時(shí)作用。當(dāng)變速器輸入輸出部分轉(zhuǎn)速同步后，鎖環(huán)解除對(duì)接合套的鎖止作用，接合套將鎖環(huán)撥正后才能繼續(xù)完成換擋操作。鎖環(huán)受換擋力產(chǎn)生的撥環(huán)轉(zhuǎn)矩的作用向后退，后退的角度為鎖止角β的二分之一，此過程時(shí)間很短，可忽略不計(jì)。
第三階段，接合套穿過鎖環(huán)階段。由于同步階段結(jié)束，當(dāng)接合套需要繼續(xù)向前移動(dòng)完成換擋時(shí)，必須壓下定位銷上的定位小球，此時(shí)所需換擋力再次增加，換擋力變化規(guī)律曲線出現(xiàn)第二次峰值的現(xiàn)象，直至接合套內(nèi)花鍵與待掛入擋齒輪齒圈接觸后，該階段結(jié)束。
第四階段，待掛入擋齒輪齒圈撥正階段。當(dāng)接合套運(yùn)動(dòng)到與待掛入擋齒輪齒圈接觸的位置時(shí)，接合套內(nèi)花鍵端面倒角與齒輪齒圈處于相抵狀態(tài)，換擋力產(chǎn)生的撥正轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)接合套、離合器從動(dòng)盤、中間軸及其相連部件相對(duì)于待掛入擋齒輪轉(zhuǎn)過一個(gè)角度γ，γ介于0~β/2之間。
第五階段，接合套與待掛入擋齒輪齒圈嚙合階段。此階段控制上應(yīng)減小換擋力甚至加適量的反方向換擋力，使接合套內(nèi)花鍵端面與齒輪齒圈平穩(wěn)接觸，減小換擋沖擊，當(dāng)接合套與齒輪齒圈嚙合后，同步器工作過程結(jié)束。
2、 同步性能和鎖止性能研究
3.1 同步性能
同步性能是同步器最基礎(chǔ)也是最重要的性能指標(biāo)，同步器的同步性能將直（未完，下一頁）
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