某轻型载货汽车换挡性能分析及改进建议

李青章，徐顺，司志明，何果

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某轻型载货汽车换挡性能分析及改进建议

李青章，徐顺，司志明，何果

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章通过对某轻型载货汽车手动变速器同步器性能进行理论计算分析，识别该车型换挡性能存在的问题，并提出改进建议。

手动变速器；同步器；换挡性能

CLC NO.:U461.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)08-203-02

引言

随着经济的快速发展、人们的生活水平大幅提高，轿车走进了寻常家庭，人们对商用车的驾驶舒适性也就提出了更高要求。目前国内的商用车普遍使用的还是手动变速箱，换挡的舒适性要求也就越来越高，国内各商用车整车企业也在不断的提升换挡性能。其中增加同步器或者提升同步器性能能够很好的提升换挡性能，该方法由于效果较好，在国内外手动变速箱产品上已经广泛采用。本文针对某轻型载货汽车手动变速器同步器性能进行理论计算分析。

1、同步器同步过程理论分析

同步器的作用是在接合套和待结合的齿圈在啮合之前使接合套和接合齿圈转动角速度相等，阻止二者在同步之前进入啮合，从而消除换挡的冲击，避免换挡打齿，缩短换挡时间、简化换挡过程，使换挡简捷轻便，并可延长变速器的使用寿命。

考虑到润滑油阻力在常温条件下对齿轮转速降低的作用不大，可忽略不计，并假设汽车在阻力不大的道路上行驶，一般要求同步时间很短，所以认为在该瞬间汽车的速度保持不变，即变速器输出端转速在换挡瞬间不变，而输入端靠同步器摩擦作用与输出端同步。因此，换挡时为保证没有冲击地将齿轮和轴连接起来，必须使它们的转动角速度相等。此时同步器的摩擦力矩Mm必须满足：

式中：

Jr—离合器从动盘、第一轴和与第二轴长啮合齿轮连接在一起转动齿轮的转动惯量；

△ω—变速器第k+1和k档输出端角速度差

t—同步时间

ωe— 发动机的角速度；

ik、ik+1—变速器第k和k+1档的传动比。

设换挡时作用在变速操纵手柄上的力为FS（对货车取FS≤100N），从变速操纵手柄到啮合齿套的传动比为igs，作用在同步器摩擦锥面上的轴向力应为：

η—换挡机构的传动效率。

算得工作面的摩擦力矩Mm为：

n — 同步器锥面数量；

α— 摩擦锥面半锥角；

f — 工作锥面摩擦系数；

R — 摩擦锥面平均半径。

得出：

2、实际车型计算

表2-1 整车相关参数

表2-2 输入转动惯量参数

表2-3 变速箱速比及同步器参数

由表2-2结合各档速比换算出各主动齿轮转动惯量如下：

得出：

根据手动变速箱性能主观评价考核，一般在发动机转速2000rpm（角速度：209.33rad/s）加档，1500rpm（加速度：157rad/s）减档，由式（5）和式（1）计算出加、减档F1及Fs：

3、分析结果

从计算结果以及实车评价看，该车型换挡性能存在以下问题：

1）怠速换一档需要的力较大；

2）二档减一档需要的力太大，一般情况下无法正常减档；

3）三档升四档虽然从数据上看有些偏大，但考虑到变速箱自身的阻力，在升四档时力稍大，可暂不考虑整改；

针对上述问题，可以从以下几个方面进行改进：

1）减小离合器从动盘的转动惯量，能够有效降低同步器输入端的转动惯量，从而降低换挡力。但对于固定的发动机，所匹配的离合器调整的空间不大；

2）采用双锥面同步环或三锥面同步环，即增加接触面，从公式（3）可以看出，增加接触面可以使同步器同步能力增加到2倍或3倍左右，这样所需要的换挡力也就随之减小；

3）选用摩擦系数大的同步环材料，可以增大同步器的同步力矩。在换挡时间一定的条件下，可以有效降低所需的换挡力；

4）通过提升换挡机构的传动效率，也可以减小所需的换挡力。

4、结束语

文章比较详细的对同步器的工作原理进行了分析，并结合公司实例对换挡过程进行了计算和分析，并得出了提高换挡性能、减小换挡力的有效方法。

[1] 王望予主编,汽车设计（第四版）[M].北京;机械工业出版社,2004.8

[2] 王树凤主编,汽车构造 [M].北京:国防工业出版社,2010.

Shift performance analysis and improvement suggestions for the light truck

Li Qingzhang, Xu Shun, Si Zhiming, He Guo
（Anhui Jianghuai Automobile co. Ltd, Anhui Hefei 230601 )

In This paper, through the theoretical analysis of the shift performance of the light truck, the problems of the shift performance are identified, and some suggestions for improvement are put forward.

Manual transmission; Synchronizer; Shift performance

U461.6

A

1671-7988 (2017)08-203-02

李青章，男，(1981.3-)，本科，职称：工程师。主要从事工作：商用车底盘设计，离合变速系统设计开发及匹配。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.08.069