（機(jī)械設(shè)計(jì)及理論專業(yè)論文）同步器換檔特性分析與優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

中文摘要 摘要 本文研究討論了汽車手動(dòng)變速器的同步換檔性能 文章首先對(duì)鎖環(huán)式同步器 的換檔過(guò)程以及換檔操作過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行了研究 定義并且運(yùn)用經(jīng)典的摩 擦學(xué) 力學(xué)以及熱力學(xué)理論討論了八個(gè)主要的操作階段 對(duì)文獻(xiàn)中描述同步性能 的各個(gè)基本現(xiàn)象的模型進(jìn)行了甄別完善和創(chuàng)新 且將這些模型聯(lián)系起來(lái) 整合到 仿真軟件中 將測(cè)試數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析 突出了同步器動(dòng)態(tài)特性的 重要性 然后 對(duì)換檔過(guò)程中的雙相沖擊現(xiàn)象以及粘滯滑行現(xiàn)象進(jìn)行了著重研究 雙 相沖擊是出現(xiàn)在同步換檔后期的最大的軸向峰值力 是影響換檔感覺(jué)的主要現(xiàn)象 并逐一確定了該現(xiàn)象的影響因素 而粘滯滑行現(xiàn)象主要發(fā)生在兩個(gè)區(qū)域 結(jié)合套 花鍵上和同步摩擦錐面上 對(duì)粘滯滑行在這兩個(gè)區(qū)域的影響分別進(jìn)行了討論 認(rèn) 為其是內(nèi)部激振的主要組成部分 對(duì)同步階段結(jié)束的時(shí)刻具有決定性影響 文章還進(jìn)一步提出了在實(shí)際應(yīng)用中提高同步性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)建議 其中包括 對(duì)同步環(huán)錐面溝槽數(shù)量 花鍵齒斜面角以及其他方面的設(shè)計(jì) 最后還創(chuàng)新性地提 出了一種基于輕盈換檔的優(yōu)化的同步器設(shè)計(jì)思想 并給出了優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu) 為 同步器性能的優(yōu)化打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 關(guān)鍵詞 同步器 數(shù)值仿真 粘滯滑行 雙相沖擊 優(yōu)化設(shè)計(jì) 重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文 i i 英文摘要 a bs t r a c t t h i sp a p e rd e a l sw i t ht h es y n c h r o m e s hb e h a v i o u ro ft h em a n u a lc a rg e a r b o x f i r s t l y t h eg e a r c h a n g i n gp r o c e s s a sw e l la sp r o b l e m so fb e h a v i o u ru s i n gt h e b o r g w a r n e rt y p es y n c h r o n i s e ri ss t u d i e da n de i g h tm a i no p e r a t i n gp h a s e sa r ed e f i n e d t h ep h a s e sa r ed e s c r i b e du s i n gc l a s s i c a lt r i b o l o g i c a l m e c h a n i c s a n dt h e r m o d y n a m i c s t h e o r i e s m a t h e m a t i c a lm o d e l so fp h e n o m e n aw h i c hc a nb eu s e df o rd e s c r i p t i o no ft h e b e h a v i o u ra r ec o l l e c t e do ri n n o v a t i v ep r e s e n t e d a n da l lt h i sm o d e l sa r ei n t e r c o n n e c t e d t od e s c r i b es y n c h r o n i z e rb e h a v i o u ra n di n c l u d e di nan u m e r i c a ls i m u l a t i o ns o f t w a r e m e a s u r e dd a t ao ns y n c h r o n i z e rt e s tr i ga r ec o m p a r e dw i t ht h er e s u l t so fs i m u l a t i o n s o f t w a r e t h ei m p o r t a n c eo ft h ed y n a m i c a lb e h a v i o u ro ft h es y n c h r o n i z e ri sh i g h l i g h t e d b ys i m u l a t i o n s t h e n d o u b l eb u m pp h e n o m e n o na n ds t i c k s l i pp h e n o m e n o nd u r i n gg e a rc h a n g i n g i se m p h a t i cs t u d i e d d o u b l eb u m p k e yp h e n o m e n o nf o rt h ef e e lo fg e a rc h a n g i n gi s a s s u m e dt ob et h em a x i m u ma x i a lo p e r a t i n gf o r c ec o m i n gf r o ms h o r ts u c c e s s i v ep h a s e s a tt h ee n do ft h eg e a r c h a n g i n gp r o c e s s a n dm o r ew o r k sa r ed o n et od e f i n ei t se f f e c t s f a c t o r so n eb yo n e s t i c k s l i pi ss u p p o s e dt ob ep r e s e n ti nt w oc o n t a c tz o n e s s l e e v e s p l i n e sa n dt h es y n c h r o n i z e rc o n e t h ee f f e c t si nb o t hz o n e sa r ed i s c u s s e d s t i c k s l i pi s s e e m e da sam a i nc o m p o n e n to ft h ei n t e r n a le x c i t a t i o n a n dt h em o m e n to ft h ee n do f t h ei n d e x i n gp h a s ei sd e t e r m i n e db yi t f u r t h e r i m p r o v e m e n t so fp r a c t i c a l u s ei s p r e m i t e d t os u g g e s ta c c o r d i n gt o d i s c u s s i o no ft h er e s u l t s w h i c hi n c l u d i n gt h en u m b e ro fg r o o v e s t h ea n g l eo fc l a w sa n d s o m eo t h e r s a n dm o r e a ni n n o t i v ei d e aa n dr e l a t i v e o p t i m i z i n g s t r u c t u r ef o r s y n c h r o n i z e ri sp r e s e n t e dt om a k et h eg e a r c h a n g i n gf l e x i b l e s o l i df o u n d a t i o ni sb u i l t f o ro p t i m i z i n gs y n c h r o n i z e rp e r f o r m a n c e k e y w o r d s s y n c h r o n i z e r n u m e r i c a ls i m u l a t i o n s t i c k s l i p d o u b l eb u m p o p t i m a l d e s i g n i i i 重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文 i v 1 緒論 1緒論 1 1 課題背景及意義 1 1 1 背景介紹 2 0 1 0 年 全世界汽車產(chǎn)量為7 8 0 0 萬(wàn)輛 而我國(guó)汽車工業(yè)也正經(jīng)歷著飛速的發(fā) 展 汽車的保有量不斷上升 人們對(duì)汽車的認(rèn)識(shí)和性能要求不斷提高 且絕大多數(shù)汽 車都裝有內(nèi)燃機(jī)引擎 內(nèi)燃機(jī)引擎固然有很多優(yōu)點(diǎn) 但仍然要注意到引擎的能量只有在固定的幾個(gè) 轉(zhuǎn)速下才能夠被利用 所以汽車傳動(dòng)中通常使用變速箱來(lái)適應(yīng)引擎的轉(zhuǎn)速 我們 都知道 變速器在汽車中起著不可替代的重要作用 變速器是汽車傳動(dòng)系的重要組 成部分 對(duì)汽車的影響又包括很多方面 其中對(duì)汽車動(dòng)力性 經(jīng)濟(jì)性 操縱的可靠性 與輕便性 傳動(dòng)的平穩(wěn)性及其效率等都有著直接的影響 變速器有兩種 手動(dòng)和 自動(dòng)變速器 對(duì)于手動(dòng)變速汽車 司機(jī)選擇檔位掛檔 或者由機(jī)器掛檔 而對(duì)于 自動(dòng)變速箱 根據(jù)汽車的行駛特性自動(dòng)換檔 沒(méi)有司機(jī)的介入 在美國(guó)和加拿大 由于油價(jià)相對(duì)便宜 且通常行駛路況較為平坦 汽車采用 大功率以及轉(zhuǎn)速范圍有限的引擎 液壓扭矩變換器和行星齒輪傳動(dòng)的自動(dòng)變速箱 被廣泛使用 而在其他國(guó)家 手動(dòng)變速則更為大家青睞 它們由安裝在平行軸上 的斜齒輪組成 手動(dòng)變速箱更輕 更便宜且能保持更高的效率 兩對(duì)嚙合齒輪的 效率大約為9 8 它們很適合應(yīng)用在中小型汽車上 發(fā)動(dòng)機(jī)有更為寬泛的轉(zhuǎn)速范 圍 而近幾年 在歐洲 新一代的c v t 變速箱被引入到市場(chǎng)中 結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)變速 器簡(jiǎn)單 體積更小 既沒(méi)有手動(dòng)變速器的眾多齒輪副 也沒(méi)有自動(dòng)變速器復(fù)雜的 行星齒輪組 它主要靠主 從動(dòng)輪和傳動(dòng)帶來(lái)實(shí)現(xiàn)速比在理論上的無(wú)極變化 主 從動(dòng)輪的夾緊力實(shí)現(xiàn)電子化控制 傳動(dòng)帶用金屬帶代替?zhèn)鹘y(tǒng)的橡膠帶 其克服了 了c v t 系統(tǒng)原有的缺陷 使得傳動(dòng)帶性能以及傳遞功率和扭矩得到一定程度的提 高 但是這需要將液力變矩器集成到c 系統(tǒng)中 在c v t 中采用節(jié)能泵等新技 術(shù) 對(duì)電子控制系統(tǒng)的要求較高 且高壓泵等先進(jìn)的輔助驅(qū)動(dòng)設(shè)備使得c v t 的驅(qū) 動(dòng)和操縱性能低于手動(dòng)變速箱 市場(chǎng)占有率也還遠(yuǎn)不如手動(dòng)或自動(dòng)變速箱 近期 的仿真表明 d s g7 速自動(dòng)變速箱的動(dòng)力學(xué)性能甚至要優(yōu)于c v t 且能夠極為充 分的利用發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩容量 縮減能量的消耗量 總而言之 駕駛手自一體變速器具有很多優(yōu)點(diǎn) 盡管如此 我們必須確保換 檔時(shí)各檔位同步器不超負(fù)荷 且同步時(shí)間的長(zhǎng)短 換檔的沖擊力大小 也即換擋的 平順性 直接體現(xiàn)了變速器的性能好與壞 到目前為止 同步器的設(shè)計(jì)只針對(duì)手動(dòng) 重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文 操作 駕駛員預(yù)判并處理各種換檔問(wèn)題 而機(jī)器換檔則只根據(jù)設(shè)定好的程序進(jìn)行 根據(jù)各種不同的條件進(jìn)行換檔是很重要的 而要實(shí)現(xiàn)這些 必須詳細(xì)地討論和預(yù) 知同步器的換檔操作特性 1 1 2 課題研究意義 變速器換擋經(jīng)歷了從最原始的兩腳離合換擋 到簡(jiǎn)單的結(jié)合套換擋 再到現(xiàn) 在廣泛應(yīng)用的同步器換擋 同步器是汽車機(jī)械變速器中的一個(gè)重要的關(guān)鍵部件 它與汽車的換檔操縱性能和換檔品質(zhì)密切相關(guān) 同步器形式種類繁多 結(jié)構(gòu)比較 復(fù)雜 是機(jī)械變速器設(shè)計(jì)中的重要問(wèn)題 且在國(guó)際市場(chǎng)中 變速箱的制造競(jìng)爭(zhēng)異常激烈 顯然 對(duì)同步換檔現(xiàn)象掌握 的越好 越能開發(fā)生產(chǎn)出更具競(jìng)爭(zhēng)力的同步器產(chǎn)品 除此之外 對(duì)同步器換檔操 作進(jìn)行建模 作為對(duì)同步器研究的工具 可以大大減小開發(fā)一個(gè)新產(chǎn)品或?qū)εf方 案進(jìn)行改進(jìn)所需要的實(shí)驗(yàn)測(cè)試的次數(shù) 降低開發(fā)的成本 縮短開發(fā)的周期 最后 對(duì)這些知識(shí)的掌握應(yīng)用可以提升產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和市場(chǎng)適應(yīng)性 在鎖環(huán)式同步器中 存在一個(gè)關(guān)鍵的零件 同步環(huán) 其通常是由青銅制成 但經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題 這是影響變速器成本的重要元素 而如果在同步環(huán)內(nèi)摩擦錐面 涂上一層鉬 操作和換檔的舒適性會(huì)得到優(yōu)化 但鉬較為昂貴 鉬層的制造也不 便宜 且對(duì)表面鉬層在摩擦階段的良好性能沒(méi)有確切的掌握 所以 為了有利的 消除青銅環(huán)的問(wèn)題和制造階段昂貴的費(fèi)用 尤其當(dāng)同步環(huán)不能承受力的作用而降 低同步器的壽命 青銅同步環(huán)迅速磨損 的時(shí)候 使用新的材料 例如燒結(jié)環(huán) 有助于提高其耐磨性且降低成本 同步器是由好幾個(gè)零件組成的 這些零件在操作時(shí)以復(fù)雜的方式相互作用 對(duì)其換檔特性的研究需要將不同的現(xiàn)象整合進(jìn)模型中 這些現(xiàn)象包括各種摩擦 潤(rùn)滑和熱傳遞的狀態(tài) 以及發(fā)生在非常短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生的各種各樣的力學(xué)和熱學(xué) 的變形 另外 每一個(gè)操作階段還必須考慮零件的幾何尺寸誤差的影響以及它們 之間的相對(duì)位置 到目前為止 除了有部分模型討論了一些易于理解的現(xiàn)象 比 如錐面的摩擦等 還沒(méi)有出現(xiàn)討論同步器整個(gè)換檔操作的模型 因此 對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)提到的基本模型進(jìn)行甄別完善 提出新的模型以建立整個(gè) 換檔操作的模型 且對(duì)將很多的物理現(xiàn)象包含在一起的換檔過(guò)程的研究是非常有 意義的 盡管研究較為困難 其中牽涉到很多領(lǐng)域的知識(shí) 比如摩擦學(xué) 一般力 學(xué)和熱力學(xué)等 但如能對(duì)同步器換檔性能進(jìn)行全面的仿真分析 在一定程度上解 釋或解決同步器換檔過(guò)程中出現(xiàn)的爆裂聲 磨損 不同步和換檔后期較大的峰值 力等各種問(wèn)題 并形成對(duì)同步器研究的有利工具 則定能為新生代產(chǎn)品的開發(fā)設(shè) 計(jì)展開廣泛而又深入地討論 2 1 緒論 1 2 研究現(xiàn)狀分析 同步器自1 9 2 8 年由克萊斯勒公司應(yīng)用到手動(dòng)同步變速箱以來(lái) 其操作原理已 經(jīng)廣泛應(yīng)用于各大汽車 在6 0 年代后期 人們利用簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)公式 討論同步運(yùn) 動(dòng)以及軸向鎖止功能 在8 0 年代早期 同步器相關(guān)錐面不同材料對(duì)其性能的影響 被深入研究 l 圳 并且隨著傳遞功率的不斷增加 同步器取得了新的發(fā)展 比如雙 錐和多錐同步器的出現(xiàn) 但同樣只使用簡(jiǎn)單的力學(xué)理論 5 8 1 而對(duì)同步器換檔特性 的研究大多集中在圓錐表面間的摩擦接觸以及其實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證上 近幾年 則傾向于 運(yùn)用系統(tǒng)概念 更多的轉(zhuǎn)到對(duì)同步器換檔操作的一般研究上 使用m a t l a b s i m u l i n k 以及a d a m s 等經(jīng)典仿真軟件提出仿真模型 9 1 1 1 對(duì)同步器總體的力學(xué)特性進(jìn)行仿 真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 但其水平只停留在對(duì)換檔過(guò)程的總體性的描述上 相關(guān)文獻(xiàn)可大致分為以下四類 利用簡(jiǎn)單的力學(xué)理論 主要結(jié)合實(shí)驗(yàn)特性來(lái)對(duì)新型同步器進(jìn)行討論 這些文 獻(xiàn)著重于同步器結(jié)構(gòu)及其優(yōu)點(diǎn)的描述 l 厶1 4 還有如美國(guó)e a t o n 公司提出的自動(dòng)增 力式同步器 杠桿式同步器的開發(fā) l5 等等 同步的結(jié)果通常是減小換檔時(shí)所需要 的換檔力或者換檔時(shí)間 對(duì)角速度同步的討論 通過(guò)引進(jìn)流體力學(xué)以及摩擦學(xué)的計(jì)算方法 探討摩 擦錐體表面間不同襯料以及同步環(huán)錐面溝槽對(duì)角速度同步的影響 對(duì)同步環(huán)鋼基 噴鉬性斛1 6 和溝槽的尺寸設(shè)計(jì) l7 1 8 j 有了一定的認(rèn)識(shí) 以變速器中的換檔機(jī)構(gòu) 己同步部分和未同步部分的動(dòng)力特性的實(shí)驗(yàn)研究 結(jié)果為對(duì)比 利用仿真軟件模型對(duì)換檔同步性能進(jìn)行討論 使用各種模型研究并 且利用不同的工作階段劃分換檔過(guò)程 對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)和仿真結(jié)果的比較突出了錐角 錐角誤差 錐面摩擦系數(shù) 花鍵端部斜面角度 錐面數(shù)目 8 和花鍵齒數(shù) 9 j 等參數(shù) 對(duì)同步性能的影響 對(duì)手動(dòng)換檔機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)研究表明 利用鋼絲纜繩 9 1 0 和棒條 體 8 1 9 2 0 1 連接換檔桿和變速箱對(duì)換檔力有一定影響 甚至還研究了齒側(cè)間隙 2 1 2 2 1 對(duì) 變速器的扭轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)的影響 從駕駛員的角度出發(fā) 進(jìn)行換檔感覺(jué)以及換檔方法 2 2 1 的研究 通過(guò)對(duì)傳動(dòng) 系進(jìn)行簡(jiǎn)單的動(dòng)力學(xué)分析 解釋諸如噪聲以及換檔失效等換檔問(wèn)題 認(rèn)為這些問(wèn) 題是由于傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng) 扭轉(zhuǎn)沖擊或者是換檔時(shí)作用在同步器結(jié)合套上力的 變化 2 0 引起的 但獲取這些因素的客觀量度值是較為困難的 2 3 所有的這些文獻(xiàn) 使我們了解到換檔問(wèn)題的多樣性并且從駕駛員的角度定義了理想換檔情況下的換 檔特性 它們嘗試盡可能的把駕駛員的換檔感知和換檔特性數(shù)據(jù)鏈接起來(lái) l 圳 比 如 引入與同步階段載荷迭加相一致的時(shí)間同步積分法 9 刀j 隨著傳遞功率的增加以及對(duì)操作載荷控制的要求不斷提高 同步器性能也隨 之提高 而這必然隨之產(chǎn)生新的必需要解決的技術(shù)問(wèn)題 盡管其在技術(shù)原理方面 重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文 被廣泛而又長(zhǎng)久的了解使用 但對(duì)同步器的具體操作換檔現(xiàn)象或是換檔問(wèn)題并沒(méi) 有深入了解 例如 同步環(huán)卡滯在嚙合齒輪錐面上的現(xiàn)象 d c r r i c n 認(rèn)為在換檔后 期當(dāng)同步環(huán)受到撥轉(zhuǎn)力時(shí) 同步環(huán)和嚙合齒輪分開 但是沒(méi)有為此作出解釋 2 4 m u r a t a 等在他的模型中簡(jiǎn)單的包括了這個(gè)相同的現(xiàn)象 2 引 m u r a t a 和d c r r i c n 一樣 都沒(méi)有對(duì)此作出解釋 只是認(rèn)為錐面角與卡滯現(xiàn)象密切相關(guān) 且認(rèn)為卡滯現(xiàn)象是 很有可能發(fā)生的 而大多數(shù)時(shí)候在換檔測(cè)試中出現(xiàn)在同步階段以后的較大的峰值 力 認(rèn)為其很可能是換檔沖擊噪聲的原因 但其峰值不確定 是個(gè)隨機(jī)現(xiàn)象 很 難仿真 還有同步環(huán)花鍵斜面的磨損等現(xiàn)象以及文獻(xiàn) 9 1 9 2 5 2 6 1 中提到嚙合齒輪的不 同步現(xiàn)象等等 對(duì)其產(chǎn)生機(jī)理同樣沒(méi)有進(jìn)行深入的研究 對(duì)換檔現(xiàn)象理解掌握不夠?qū)⒑茈y實(shí)現(xiàn)同步器性能的優(yōu)化 在國(guó)內(nèi)很多企業(yè)對(duì) 于同步器的研究還處于引進(jìn) 消化和設(shè)計(jì)開發(fā)的初級(jí)階段 并未形成有自主產(chǎn)權(quán) 的同步器產(chǎn)品 而在國(guó)際市場(chǎng)中 變速箱的制造競(jìng)爭(zhēng)卻異常激烈 顯然 為開發(fā)生產(chǎn)出更具有競(jìng)爭(zhēng)力的同步器 有必要加深對(duì)同步換檔現(xiàn)象的 認(rèn)知 且對(duì)同步器換檔操作進(jìn)行詳細(xì)而又準(zhǔn)確的建模 形成對(duì)同步器研究的有利 工具 為新生代產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)展開討論 1 3 論文研究目的 本文針對(duì)同步器換檔存在的問(wèn)題 將對(duì)各種換檔現(xiàn)象進(jìn)行詳細(xì)而又深入的掌 握 對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)提到的基本模型進(jìn)行甄別和完善 且提出新的模型以整合成一個(gè) 完整而又詳細(xì)的總體的同步器換檔操作模型 對(duì)同步器特性進(jìn)行數(shù)值仿真 并將 仿真結(jié)果與測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析 在一定程度上解釋或解決同步器換檔過(guò)程中 出現(xiàn)的爆裂聲 磨損 不同步和換檔后期較大的峰值力等各種問(wèn)題 形成對(duì)同步 器研究的有利工具 為新生代產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)展開討論 進(jìn)行同步器的優(yōu)化設(shè)計(jì) 增強(qiáng)同步器的性能 增強(qiáng)同步器產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力 以獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益 1 4 論文創(chuàng)新點(diǎn) 本文的創(chuàng)新性在于 引入了對(duì)換檔過(guò)程中物理現(xiàn)象的討論 比如說(shuō)對(duì)同步環(huán)的卡死和變形以及同 步器零部件相對(duì)滑動(dòng)過(guò)程中的粘滯滑行現(xiàn)象 為描述整個(gè)的同步換檔操作 對(duì)各個(gè)基本的模型進(jìn)行了整合 并開發(fā)成軟件 為新生代的同步器產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)有利的工具 提出了同步器優(yōu)化設(shè)計(jì)的建議和方案 1 5 同步器工作原理及換檔過(guò)程 4 1 緒論 1 5 1 鎖環(huán)式同步器 鎖環(huán)式同步器結(jié)構(gòu) 如圖1 1 所示 鎖環(huán)式同步器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是同步器的摩擦元件位于嚙合齒輪1 或8 和同步環(huán) 鎖環(huán) 2 或7 的錐形斜面上 作為鎖止元件是做在鎖環(huán)2 或7 的鎖止齒 和做在結(jié)合套4 上的花鍵齒 且端部均為斜面 稱為鎖止面 彈性元件是位于同 步輪轂3 兩側(cè)的壓簧圈6 壓簧圈將置于同步輪轂上中部呈凸起狀的滑塊5 壓向結(jié) 合套 在不換檔的中間位置 滑塊凸起部分嵌入結(jié)合套中部的內(nèi)環(huán)槽中 使同步 器用來(lái)?yè)Q檔的零件保持在中間空檔位置上 滑塊兩端伸入鎖環(huán)缺口內(nèi) 而缺口的 尺寸要比滑塊寬一個(gè)鎖止齒 各零件的具體結(jié)構(gòu)如下 圖1 1 b 鎖止式同步器 1 8 一嚙合齒輪2 7 一同步環(huán)3 一同步輪轂4 一結(jié)合套5 一滑塊6 一壓簧 f i g 1 1 bb o r g w a r n e rt y p es y n c h r o n i z e r 1 8 1 帆e e l2 7 s y n c h r or i n g3 s y n c h r oh u b4 s l e e v e5 一k e y6 一r a d i a ls p r i n g 重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 嚙合齒輪1 它包括自由轉(zhuǎn)動(dòng)的大體積的齒輪和嚙合錐面 錐角與同步環(huán) 相等 為口 但可能有角度上的細(xì)微誤差 稱為配合的錐角誤差 錐面直徑較大 后端加工有與同步環(huán)鎖止齒幾何特性相似的花鍵齒 嚙合齒 但是比鎖止齒更長(zhǎng) 因?yàn)檫@些嚙合齒需要傳遞穩(wěn)態(tài)下的功率 需要具有更好的力學(xué)特性 2 同步環(huán)2 如圖1 2 所示 它是一個(gè)錐環(huán) 其內(nèi)錐表面的錐角為a 在這個(gè) 錐面上 加工有破壞油膜且能迅速排出潤(rùn)滑油液的溝槽 這些溝槽可以是徑向的 也可以是周向的 1 2 圖右邊所示為周向溝槽 在外表面 通常有與滑塊數(shù)量相等 的均布的缺口 其可以容納和推動(dòng)鎖止滑塊 除了這三個(gè)缺口部分 還加工有短 的花鍵齒 稱為鎖止齒 鎖止齒斜面間的夾角為2 p 也稱鎖止角為 當(dāng)零件 達(dá)到同步轉(zhuǎn)速后 這些斜面允許結(jié)合套滑入時(shí)帶有微小的轉(zhuǎn)動(dòng) 圖1 2 同步環(huán)和內(nèi)錐面溝槽圖 f i g 1 2d i a g r a mo fts y n c h r o n o u sr i n ga n dg r o o v e so ni n n e rc o n i c a ls u r f a c e 3 同步輪轂3 通過(guò)內(nèi)徑上的花鍵與軸連接 外徑上也加工有花鍵 與結(jié)合 套連接 同時(shí)在同步輪轂的外側(cè) 均勻一致的分布著裝載中心鎖止定位機(jī)構(gòu)的缺 口 中等功率的齒輪箱通常為三個(gè) 相互間隔1 2 0 4 結(jié)合套4 它是一個(gè)管環(huán)狀的部件 滑動(dòng)在控制撥叉和同步輪轂之間 內(nèi) 圈加工有與同步輪轂連接的花鍵 而在結(jié)合套外圈 加工有周向的大溝槽 其用 于放置換檔撥叉 整個(gè)的換檔機(jī)構(gòu)通過(guò)軸向操作換檔撥叉 然后作用在結(jié)合套上 5 中心鎖止定位機(jī)構(gòu) 它的目的在于 在限制的軸向力的范圍下 保持空檔 時(shí)結(jié)合套處于兩個(gè)齒輪之間的同步輪轂的中間位置上 通常有三對(duì) 相互呈 1 2 0 均勻布置 在大的同步器中 可能會(huì)有呈9 0 間隔均布的四對(duì)鎖止定位機(jī)構(gòu) 為了達(dá)到結(jié)合套與同步輪轂暫時(shí)性的連接 設(shè)置了一個(gè)鎖止障礙 其由彈簧保持 的滑塊組成 根據(jù)滑塊的形狀 滑塊和同步輪轂可能是點(diǎn)或線的接觸方式 它使 用螺旋彈簧或者兩根徑向壓簧 徑向壓簧易于制造 但很可能會(huì)由于彎曲應(yīng)力損 壞失效 螺旋彈簧易于設(shè)置預(yù)緊力 但是其長(zhǎng)度和幾何位置不總是便于控制 各 種中心定位鎖止機(jī)構(gòu)如圖1 3 所示 本文研究的鎖止機(jī)構(gòu) 包括徑向壓簧 如圖 6 1 緒論 1 4 所示 紅圈部分所示彎折加工能夠有效防止彎曲應(yīng)力損壞失效 和滑塊 圖1 3 左上角所示 它的作用是保持結(jié)合套在空檔位置 當(dāng)軸向力沒(méi)有達(dá)到給定值時(shí) 阻止結(jié)合套與同步輪轂的軸向的相對(duì)滑動(dòng) 黛 i 豳 圖1 3 不同類型的鎖止機(jī)構(gòu)圖 f i g 1 3d i f f e r e n tt y p e so fc e n t e r i n gm e c h a n i s m 圖1 4 徑向壓簧 f i g 1 4r a d i a ls p r i n g 6 撥叉 其放置在與輸入軸或輸出軸軸向平行的長(zhǎng)的換檔桿上 在變速箱內(nèi) 軸向?qū)б苿?dòng) 來(lái)自變速箱連接系統(tǒng)的軸向力由換檔桿傳遞到換檔撥叉 換檔桿 上有三個(gè)分離的軸向凹槽 其保持鎖止機(jī)構(gòu) 換檔撥叉相對(duì)比較柔韌靈便 且在 撥叉末端和結(jié)合套的溝槽之間有軸向間隙 鎖環(huán)式同步器工作原理 換檔時(shí) 沿軸向作用在結(jié)合套上的換檔力 推結(jié)合套并帶動(dòng)滑塊和同步環(huán)移 動(dòng) 直至同步環(huán)錐面與嚙合齒輪錐面接觸為止 之后 因作用在錐面上的法向力 與兩錐面之間存在角速度差a c o 致使在錐面上作用有摩擦力矩 它使同步環(huán)相對(duì) 結(jié)合套和滑塊轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度 并由滑塊予以定位 接下來(lái) 結(jié)合套的齒端與同步 環(huán)齒端的鎖止面接觸 使結(jié)合套的移動(dòng)受阻 同步器處于鎖止?fàn)顟B(tài) 然后換檔力將鎖環(huán)繼續(xù)壓靠在錐面上 并使摩擦力矩增大 與此同時(shí)在鎖止 面處作用有與之方向相反的撥環(huán)力矩 嚙合齒輪與同步環(huán)的角速度逐漸接近 在 角速度相等的瞬間 同步過(guò)程結(jié)束 之后 摩擦力矩隨之消失 而撥環(huán)力矩使同步環(huán)回位 兩鎖止面分開 同步 器解除鎖止?fàn)顟B(tài) 結(jié)合套上的花鍵齒在換檔力的作用下通過(guò)同步環(huán)去撥轉(zhuǎn)嚙合齒 輪的嚙合齒 最后與嚙合齒輪嚙合 具體的換檔過(guò)程參照下節(jié) 1 5 2 換檔過(guò)程及相關(guān)問(wèn)題 研究同步器特性需要對(duì)換檔過(guò)程有詳細(xì)的了解 同步器零件相對(duì)位置以及同 步角速度和軸向力的變化等特征點(diǎn)的不同 使得各個(gè)連續(xù)階段很難區(qū)分 同步過(guò) 程劃分階段的數(shù)目 取決于研究的范圍和模型形式 本文討論從換檔桿處于空檔 重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文 位置到結(jié)合套與嚙合齒嚙合完畢的換檔過(guò)程 并將其分為八個(gè)工作階段 如圖1 5 所示 角速度 軸向力軸向位移 m j 2 4 5 78 l i lj l p 一 5 結(jié)合套 角速度 n f 軸向力 一 1 1 i i b i b 6 0 0 5 5 0 0 i t 0 4 0 0 3 r 5 2 0 0 i 1 0 1 0 0 j 一1 5 o 1 0 0 2 0 時(shí)闊 s 圖1 5 換檔過(guò)程的各個(gè)階段 f i g 1 5d e f i n i t i o no fw o r k i n gp h a s e sd u r i n gt h eg e a r c h a n g i n gp r o c e s s 為了圖解說(shuō)明換檔過(guò)程零部件的位置情況 文章只畫出同步器結(jié)合套 同步 環(huán)以及嚙合齒輪的花鍵齒 如圖1 6 所示 左圖給出了結(jié)合套的內(nèi)部視圖 而實(shí)際 情況下 結(jié)合套花鍵齒應(yīng)倒置過(guò)來(lái)與其他零部件花鍵齒嚙合 鑫囂蓄結(jié)合 步翹g 一 部視圖 結(jié)合套 弋一 j 日2 確g 一 蘭嘞g 一 二 r 一 一 i 一 圖1 6 各主要零件的花鍵齒的表示 f i g 1 6p r e s e n t a t i o no ft h em a i np a r t so fs p l i n e s 第一個(gè)自由移動(dòng)階段 自由移動(dòng)階段表示結(jié)合套向前做軸向移動(dòng)時(shí)幾乎沒(méi)有受到阻力 如圖1 7 所 o o o o o o o o 陽(yáng) 昌 竹 1 緒論 示 在這個(gè)階段 結(jié)合套取代鎖止機(jī)構(gòu)推動(dòng)同步環(huán)向嚙合齒輪錐面移動(dòng) 結(jié)合套 軸向速度比較大 而需要的軸向力比較小 q g 一 三二翹g 一 一七 一 一卜 i 三二翹g 一 圖1 7 a 自由滑動(dòng)起始時(shí) f i e 1 7 ab e 2 i n n i n eo f f r e ef l j m a t q g 一 圖1 7 b 自由滑動(dòng)結(jié)束時(shí) f i g 1 7 be n do ff r e ef l i g h t 同步起始階段 在這一階段 要求控制同步器結(jié)合套 使其具有一個(gè)不變的軸向速度 如圖 1 8 所示 f t 圖1 8 軸向速度和軸向力的控制法則 f i g 1 3 2l a w so fa x i a lv e l o c i t ya n da x i a lf o r c e 作用到結(jié)合套的軸向推力增加 結(jié)合套向前運(yùn)動(dòng)消除操作間隙 如圖1 9 所 示 作用力從結(jié)合套傳遞到鎖止滑塊 然后再到同步環(huán)端面 彈簧確保滑塊的平 衡 當(dāng)傳遞的力增加到一定程度時(shí) 鎖止定位機(jī)構(gòu)失去平衡 滑塊被徑向壓下到 同步輪轂槽中 結(jié)合套向前滑動(dòng) 然后結(jié)合套花鍵與同步環(huán)花鍵相接觸 軸向力 直接從結(jié)合套傳遞到同步環(huán) 當(dāng)同步環(huán)靠近嚙合齒輪錐面時(shí) 不斷擠壓兩錐面之 間的封閉油液 隨著兩錐面法向距離的減小 油膜壓力不斷增加 這就需要軸向 力飛速增加以達(dá)到換檔要求 為了破環(huán)流體動(dòng)力油膜 減小軸向力的增加 在同 步環(huán)內(nèi)錐面加工有油槽 該油槽能夠破壞油膜并且移除液壓油 使得施加的軸向 9 g g 重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文 力相對(duì)減小 結(jié)合套花鍵端斜面與同步環(huán)鎖止齒斜面接觸 圖1 9 a 同步起始階段初始位置 f i g 1 9 ab e g i n n i n go ft h es t a r to fs y n c h r o n i z a t i o n 圖1 9 b 同步起始階段結(jié)束位置 f i g 1 9 be n do ft h es t a r to fs y n c h r o n i z a t i o n 這一階段大約持續(xù)0 0 5 s 隨著操作的距離以及結(jié)合套的速度而改變 同步階段 結(jié)合套的軸向移動(dòng)停止 軸向速度為零 軸向力增加然后保持在較高水平不 變 如圖1 1 0 和圖1 1 1 所示 當(dāng)大多數(shù)油液被排出后 由于角速度的變化和軸 向力的影響 在錐面發(fā)生混合摩擦 混合摩擦減小結(jié)合套與嚙合齒輪的機(jī)械動(dòng)力 學(xué)能量 且使得這兩者之間的角速度差逐漸減小至零 與此同時(shí) 結(jié)合套花鍵端 斜面與同步環(huán)鎖止齒斜面形成鎖止 同步環(huán)的受力平衡如圖1 1 2 所示 當(dāng)角速度差存在時(shí) 作用在花鍵斜面的軸向和切向力的平衡使得同步過(guò)程連 續(xù)而不間斷 這個(gè)階段持續(xù)的時(shí)間大約是整個(gè)換檔時(shí)間的一半 圖1 1 0 a 同步開始時(shí)刻 f i g 1 10 ab e g i n n i n go ft h es y n c h r o n i z a t i o n q g 一 圖1 1 0 b 同步結(jié)束時(shí)刻 f i g 1 10 be n d o ft h es y n c h r o n i z a t i o n 當(dāng)選擇鎖止角的時(shí)候 必須考慮變速箱換檔功率損失的影響 在升檔的過(guò)程 中 這個(gè)影響應(yīng)該要與摩擦力矩m 總括起來(lái) 而降檔時(shí)應(yīng)該減去 附加的動(dòng)能轉(zhuǎn) 化為熱量 這些熱量被同步環(huán)和嚙合齒輪吸收 使得接觸的錐面問(wèn)的溫度上升 1 0 1 緒論 而這影響了留在錐面間的油液的粘性 熱量的吸收導(dǎo)致同步環(huán)的膨脹 所以平均 直徑增加 17 1 考慮到嚙合齒輪相對(duì)較大的熱容 忽略嚙合齒輪的溫升 同時(shí) 同 步環(huán)的剛度很小 以至于在軸向力的作用下發(fā)生變形 以補(bǔ)償糾正錐面間較小的 錐角誤差 2 8 v f t 圖1 1 1 軸向速度和軸向力的控制法則 f i g 1 1ll a w so fa x i a lv e l o c i t ya n da x i a lf o r c e 同步環(huán)剖面視圖 同步環(huán)俯 y ib x n 圖1 1 2 同步環(huán)的平衡圖 f i g 1 1 2d e f i n i t i o no f t h e b a l a n c eo f s y n c h r o n i z e r r i n g 當(dāng)嚙合齒輪和同步環(huán)的角速度相等時(shí) 這個(gè)階段結(jié)束 在同步階段 控制命 令對(duì)作用在結(jié)合套上的軸向力和軸向速度作出變化 如圖1 1 1 所示 由于同步階段開始時(shí) 軸向力和力矩發(fā)生變化 在結(jié)合套與同步輪轂的花鍵 上有一個(gè)短暫的粘滯滑行現(xiàn)象 產(chǎn)生一個(gè)小的軸向力的振動(dòng) 由于同步過(guò)程中 重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文 錐面間的滑動(dòng)速度持續(xù)變化 而軸向力的控制也出現(xiàn)變化 也會(huì)出現(xiàn)粘滯滑行 2 9 1 在嚙合齒輪的同步過(guò)程中 粘滯滑行振動(dòng)的幅值與滑動(dòng)速度成比例 這些振動(dòng)與 同步角速度的變化疊加起來(lái) 如圖1 1 3 所示 對(duì)己同步部分形成激振 t 圖1 1 3 a 原始的軸向速度 f i g 1 13 ao r i g m la x i a lv e l o c i t y t 圖1 1 3 b 受干擾的軸向速度 f i g 1 13 bd i s t u r b e da x i a lv e l o c i t y 己同步部分具有 個(gè)或多個(gè)扭轉(zhuǎn)自由度 在這種激振下 會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)響應(yīng) 表現(xiàn)為扭轉(zhuǎn)振動(dòng) 在嚙合齒輪的錐表面上可以看見(jiàn) 凈轉(zhuǎn)矩可以傳遞到同步環(huán)上 因?yàn)橥江h(huán)與結(jié)合套通過(guò)鎖止齒連接到一起 該影響會(huì)以結(jié)合套軸向振動(dòng)的形式 呈現(xiàn)出來(lái) 由于施加在結(jié)合套上的軸向力也受到影響 我們必須將上面提到的兩 個(gè)力組合起來(lái) 以確定摩擦和最后的扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)的響應(yīng) 如圖1 1 4 所示 n 螄 圖1 1 4 軸向力的組成部分 f i g 1 1 4c o m p o n e n t so ft h ea x i a lf o r c e 從換檔手柄到結(jié)合套 力的作用方式可以看成兩個(gè)自由度的縱向振動(dòng)模型 如 圖1 1 5 所示 1 9 3 0 結(jié)合套的振動(dòng)可以被換檔桿吸收或放大 這取決于系統(tǒng)的彈 性和阻尼 s 2s 1 虬k 1 圖1 1 5 換檔機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型 f i g 1 15d y n a m i cm o d e l o ft h ec h a n g em e c h a n i s m 在鎖止齒上 鎖止時(shí) 扭轉(zhuǎn)振動(dòng)會(huì)帶來(lái)不利的影響 事實(shí)上 在達(dá)到同步前 1 2 1 緒論 在鎖止齒接觸斜面上會(huì)對(duì)結(jié)合套產(chǎn)生反作用力 形成鎖止 假如阻力開始變化 會(huì)破壞鎖止的平衡 所以 結(jié)合套能夠相對(duì)同步環(huán)軸向擾動(dòng) 如圖1 1 6 所示 假 如這個(gè)過(guò)程太快 在達(dá)到同步前 結(jié)合套能越出鎖止 在這種情況下 換檔將會(huì) 產(chǎn)生爆裂聲 或者脆裂的聲音 引起大的軸向力的峰值和鎖止齒的強(qiáng)烈的磨損 三 二匹門暑一三一 這個(gè)階段持續(xù)的時(shí)間大約為0 4 s 換檔的時(shí)間取決于同步慣量 初始的角速度 差以及軸向力的大小 同步環(huán)撥轉(zhuǎn)階段 結(jié)合套轉(zhuǎn)動(dòng)同步環(huán)繼續(xù)向前移動(dòng)時(shí)稱為同步環(huán)的撥動(dòng)階段 如圖1 1 7 所示 當(dāng)達(dá)到同步角速度時(shí) 這一階段開始 但是這個(gè)平衡立刻被打破 因?yàn)橥江h(huán)的 轉(zhuǎn)動(dòng) 一定會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)速的變化 研究文獻(xiàn) 8 1 9 2 5 2 6 1 談到了嚙合齒輪的不同步現(xiàn)象 它由傳動(dòng)鏈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng) 或者力矩?fù)p失引起 8 2 5 1 q g 一 圖1 1 7 a 撥轉(zhuǎn)起始時(shí) f i g 1 17 ab e g i n n i n go ft a m i n g 圖1 1 7 b 撥轉(zhuǎn)結(jié)束時(shí) f i g 1 1 7 be n do f t u r n i n g 在撥動(dòng)同步環(huán)階段開始時(shí) 施加的軸向力根據(jù)同步控制法則減小 軸向力的 減小以及錐面間的角速度差的消失 導(dǎo)致錐面的摩擦發(fā)熱停止 而同步環(huán)和嚙合 齒輪的熱容量是不一樣的 嚙合齒輪的熱容量要大的多 同步環(huán)上的熱量會(huì)快速 的傳遞到嚙合齒輪上 然后 同步環(huán)卡在嚙合齒輪錐面上 在膨脹變形后的位置 上 1 7 且殘余壓力較大 因此 對(duì)同步環(huán)的撥轉(zhuǎn)將連同嚙合齒輪一起 轉(zhuǎn)而影 響整個(gè)的未同步部分的慣量 d e r r i e n 認(rèn)為當(dāng)同步環(huán)受到撥轉(zhuǎn)力時(shí) 同步環(huán)和嚙合 重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文 齒輪分開 2 4 1 但是沒(méi)有為此作出解釋 m u r a t a 等在他的模型中簡(jiǎn)單的包括了這個(gè) 相同的現(xiàn)象 8 m u r a t ae ta 1 和d e r r i e n 一樣 都沒(méi)有對(duì)此作出解釋 只是認(rèn)為錐面 角與卡死現(xiàn)象密切相關(guān) 且認(rèn)為卡死現(xiàn)象是很有可能發(fā)生的 事實(shí)上 在同步階 段 3 1 的錄像中 可以看見(jiàn)同步環(huán)與嚙合齒輪的分離現(xiàn)象 以及角速度差 大約為 2 0 4 0 r p m 這支持了先前的解釋 解除鎖止后 結(jié)合套繼續(xù)以不變的角加速度軸向移動(dòng) 以盡快的達(dá)到所期望 的軸向速度 這里提到的角加速度來(lái)自結(jié)合套的平衡等式 瓦曩號(hào)譬掣 m 婦 o r 1 1 2 十t a l l p 圖1 1 8 表示同步環(huán)撥轉(zhuǎn)階段力的平衡 軸向力c 推動(dòng)結(jié)合套使得其花鍵齒端 斜面壓在同步環(huán)鎖止齒斜面上 斜面法向阻力 有兩個(gè)分力 與軸向力垂直的分 力 切向力f 撥轉(zhuǎn)同步環(huán)和嚙合齒輪 使得同步環(huán)和嚙合齒輪具有切向加速度占 而這個(gè)角加速度下 同步環(huán)與嚙合齒輪的切向速度為 a 卜 f 圖1 1 8 同步環(huán)撥轉(zhuǎn)階段力的平衡 f i g 1 18b a l a n c eo ff o r c e i nt h ep r o c e s so ft u r n i n gt h e r i n g 而如圖1 1 9 所示 假如軸向力迅速下降 換檔的時(shí)間將會(huì)大幅度增加 反之 因?yàn)檩S向速度的變化和力矩的損失 在結(jié)合套花鍵上產(chǎn)生軸向的粘滯滑移而帶來(lái) 振動(dòng) 假如軸向力保持不變 將不能產(chǎn)生振動(dòng)的阻尼 所以 為了保證結(jié)合套的 加速度和嚙合齒輪以及與嚙合齒輪相連接的零部件的轉(zhuǎn)動(dòng) 軸向力的減小速度應(yīng) 該慎重選擇 當(dāng)結(jié)合套花鍵端斜面后邊緣與同步環(huán)鎖止齒斜面分離時(shí) 該階段結(jié)束 這一 階段持續(xù)的時(shí)間大約為0 0 7 5 s 1 4 1 緒論 自由滑動(dòng)階段 f t 圖1 1 9 軸向速度和軸向力的控制法則 f i g 1 1 9l a w so fa x i a lv e l o c i t ya n da x i a lf o r c e 圖1 2 0 a 自由滑動(dòng)起始時(shí) f i g 1 2 0 ab e g i n n i n go ff r e ef l i g h t 圖1 2 0 b 自由滑動(dòng)過(guò)程 f i g 1 2 0 bp r o c e s so ff r e ef l i g h t 在這一階段中 結(jié)合套穿過(guò)同步環(huán)的鎖止齒 如圖1 2 0 所示 當(dāng)結(jié)合套花鍵 齒端斜面離開同步環(huán)鎖止齒斜面 即結(jié)合套花鍵齒端斜面后邊緣與同步環(huán)鎖止齒 斜面的后邊緣脫離接觸時(shí) 發(fā)生自由滑動(dòng)階段 在這一階段中 軸向速度取決于 上一個(gè)階段的軸向加速度 可能保持不變 也可能在該階段開始時(shí)加速 而后穩(wěn) 定下來(lái) 如圖1 2 1 所示 f t 圖1 2 1 軸向速度和軸向力的控制法則 f i g 1 21l a w so fa x i a lv e l o c i t ya n da x i a lf o r c e 重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文 該階段軸向力必須克服力矩?fù)p失產(chǎn)生的阻力 這使得花鍵上產(chǎn)生切向力 這 個(gè)切向力將會(huì)使得軸向花鍵兩側(cè)產(chǎn)生摩擦 這里 如果條件合適的話 粘滯滑行 現(xiàn)象可能會(huì)發(fā)生 所以如圖1 2 2 所示 該階段結(jié)合套的平衡方程為 兄 五 m l o s s 1 2 眨 圖1 2 2 自由滑行階段的力的平衡 f i g 1 2 2b a l a n c eo ff o r c ei nt h ef r e ef l i g h t 在這一階段快結(jié)束時(shí) 嚙合齒斜面在理論上可以與結(jié)合套花鍵齒端斜面接觸 如圖1 2 3 所示 斜面間的法向距離非常小 只有h 1 0 4 m 2 4 圖1 2 3 自由滑行結(jié)束時(shí) f i g 1 2 3e n do ff r e ef l i g h t 由于在這一階段同步環(huán)與嚙合齒輪之間的唯一作用力是摩擦力 廝鎖止齒和 嚙合齒之間的相對(duì)位置與同步階段末期相同 是完全隨機(jī)的 所以 花鍵穿過(guò)鎖 止齒并于嚙合齒輪接觸是在一個(gè)不確定的位置 考慮使用一個(gè)影響因子f 其由接 觸的位置和節(jié)距p 確定 結(jié)合套可能與與嚙合齒前斜面或后斜面接觸 而這取決 于參數(shù)f 軸向滑動(dòng)速度 角速度差和花鍵齒的厚度 這個(gè)階段持續(xù)的時(shí)間大約為0 0 2 5 s 雙相沖擊力爬升階段 1 6 1 緒論 圖1 2 4 a 雙相沖擊開始時(shí) f i g 1 2 4 ab e g i n n i n go fd o u b l eh u m p 圖1 2 4 b 雙相沖擊結(jié)束時(shí) f i g 1 2 4 be n do fd o u b l eh u m p 當(dāng)結(jié)合套花鍵齒端斜面與齒輪嚙合齒斜面相遇時(shí) 發(fā)生雙相沖擊 如圖1 2 4 所示 這時(shí)控制命令需要保持不變的軸向速度 如圖1 2 5 所示 在雙相沖擊爬 升的階段的初始時(shí)刻 結(jié)合套與嚙合齒輪相距非常近 只有h 1 0 4 m 結(jié)合套與嚙 合齒輪斜面間形成油膜 所以軸向力迅速增加 因?yàn)槠浔仨毧朔湍拥膹椥院?阻尼 油膜層的剛度是1 0 6 n m t 2 4 1 v f t 圖2 5 軸向速度和軸向力的控制法則 f i g 1 2 5l a w so fa x i a lv e l o c i t ya n d a x i a lf o r c e 當(dāng)斜面之間的距離減小到h 1 0 5 m 時(shí) 認(rèn)為接觸的剛度是結(jié)合套花鍵齒與齒 輪嚙合齒之間直接沖擊楔入的剛度 結(jié)合套開始推轉(zhuǎn)與嚙合齒輪粘滯在一起的同 步環(huán) 這兒牽涉到斜面粗糙度部分的壓碎 斜面剛度將提升到3 x 1 0 6n i l l l t i 1 的水 平 假如同步環(huán)與嚙合齒輪沒(méi)有分離 齒輪的嚙合是不可能的 所以必須要推進(jìn) 結(jié)合套 使得結(jié)合套撥轉(zhuǎn)同步環(huán)直到同步環(huán)與嚙合齒輪錐面分離 當(dāng)斜面間的法 向力n 的切向分力大于由于卡滯而產(chǎn)生的靜摩擦力時(shí) 同步環(huán)發(fā)生松動(dòng) 而只有 換檔的軸向力增加到切向分力大于阻力時(shí) 結(jié)合套才能繼續(xù)向前移動(dòng) 這個(gè)軸向 力的增加稱為雙相沖擊的爬升 靜摩擦力的計(jì)算可以根據(jù)同步環(huán)發(fā)生的變形計(jì)算 出來(lái) 而變形的大小取決于同步環(huán)的發(fā)熱變形以及同步環(huán)與嚙合齒輪的錐角誤差 重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文 圖1 2 6 雙相沖擊爬升階段的力的平衡 f i g 1 2 6b a l a n c eo ff o r c ei nt h ep h a s eo ft h er i s eo fd o u b l eb u m p 根據(jù)圖1 2 6 到圖1 2 8 可以寫出作用結(jié)合套上的力的平衡方程 l n s i n f l f 3 n c o s p n 2s i n c f 2 n 2 c o s k 1 3 f 毅 f l e a a x p 2喲x 爺2 圖1 2 7 雙相沖擊爬升階段的力的矢量分析圖 f i g 1 2 7v e c t o rt r i a n g l eo ff o r c e si nt h ep h a s eo ft h er i s eo fd o u b l eb u m p k 圖1 2 8 結(jié)合套上的鎖止角盧和防松角k f i g 1 2 8 a n g l e s a n d x o n t h es l e e v e 這里 軸向力只 是作用在結(jié)合套上的外部力 而來(lái)自斜面間的法向力 的切 向分力疋使得卡在嚙合齒輪錐面的同步環(huán)松動(dòng) 轉(zhuǎn)動(dòng)同步環(huán) 而一旦同步環(huán)發(fā)生 轉(zhuǎn)動(dòng) 錐面間的摩擦系數(shù)由靜摩擦系數(shù)值降低到動(dòng)摩擦系數(shù)值 作用在同步環(huán)上 的軸向力e 抽的方向和大小受防松角k 和摩擦角p 影響 假如k 島 軸向力 c 怖與結(jié)合套軸向移動(dòng)方向相反 它使得作用在結(jié)合套上的軸向力減小 有利于 促進(jìn)分離 假如k 依 如圖1 2 7 所示 只 抽指向嚙合齒輪錐面 它使得施加 在結(jié)合套的軸向力增加 阻礙分離 軸向力的爬升導(dǎo)致切向力的爬升 這使得結(jié)合套與同步輪轂花鍵的兩側(cè)再次 出現(xiàn)軸向的粘滯滑行 作用在同步器的扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)部分的階躍激勵(lì)增加 在鎖止齒 表面出現(xiàn)動(dòng)態(tài)響應(yīng) 這個(gè)響應(yīng)將會(huì)傳到結(jié)合套 并且再一次激振 使得換檔機(jī)構(gòu) 1 緒論 出現(xiàn)振動(dòng) 所以 新的作用在結(jié)合套的軸向力將包括兩個(gè)部分 彈性阻力和動(dòng)態(tài) 響應(yīng)力 這個(gè)階段持續(xù)的時(shí)間大約為0 0 0 2 s 嚙合齒輪撥轉(zhuǎn)階段 在這一階段 結(jié)合套撥轉(zhuǎn)嚙合齒輪 該階段從同步環(huán)與嚙合齒輪錐面分離后 斜面間初始的隨機(jī)的接觸開始 到結(jié)合套與嚙合齒輪斜面間的后邊緣剛脫離接觸 時(shí)結(jié)束 如圖1 2 9 所示 由于鎖止斜面軸向突出比較短 所以這個(gè)階段所持續(xù)的 時(shí)間也比較短 這還取決于結(jié)合套的軸向速度 圖1 2 9 a 轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合齒輪開始時(shí) f i g 1 2 9 ab e g i n n i n go ft u r n i n gt h ew h e e l 圖1 2 9 b 轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合齒輪結(jié)束時(shí) f i g 1 2 9 be n do ft u m i n gt h ew h e e l 在這一階段中 控制法則采用一個(gè)不變的軸向速度 如圖1 3 0 所示 對(duì)軸向 力的控制與對(duì)同步環(huán)的撥動(dòng)階段的軸向力的控制一樣 軸向力的減小的斜率采用 同步環(huán)撥轉(zhuǎn)階段給定的斜率值 f t 圖1 3 0 軸向速度和軸向力的控制法則 f i g 1 3 0l a w so fa x i a lv e l o c i t ya n da x i a lf o r c e 由于撥動(dòng) 同步角速度不再同步 產(chǎn)生了新的角速度差 1 9 這個(gè)角速度差取 決于斜面接觸的位置以及