机械式变速器同步器工作运动分析

赵康　戴明鑫

摘 要 本文通过分析机械式变速器换挡结构原理，确定换挡挡位的同步慣量，得到换挡挡位同步惯量的计算公式，确定同步器运动方程式，最后通过实验，验证了该运动方程的准确性，找到了影响同步器性能的影响因素，为变速器的理论计算和设计提供了理论依据。

关键词 机械式变速器 同步器 同步惯量 同步力 同步时间

中图分类号：U463.2 文献标识码：A

0引言

变速器的换挡性能是对于整车的动力性、燃油经济性、舒适性等都有很大的影响，这就对变速器的换挡性能有了很高的要求。对于机械式变速器（MT）、自动机械师变速器（AMT）及双离合变速器（DCT）均要考虑变速器换挡时间的大小，对于变速器换挡时间长短的影响因素很多，本文就从变速器的理论计算和试验验证等方面给予研究分析。

1同步器工作运动方程

同步器在机械式变速器换挡过程中起到换挡平顺、快捷、冲击小的作用。特别在同步器同步的过程中，可以依据同步器的运动方程式来研究同步器的性能。

（1）

公式（1）中：F同步力；摩擦系数；i同步器摩擦面数量（i=1、2、3）；Ri摩擦锥环半径； i锥环锥面角；Mm同步扭矩；Jr换算到目标挡位处的同步转动惯量；△W转速差；t形成同步时间或同步转速差所需要的时间；MZ搅油阻力矩，升挡为负值，降挡为正值。

通过公式（1）可以得到：影响同步器同步时间和同步器力的参数，除同步器自身结构参数外，还与Jr换算到目标挡位处的同步转动惯量、△W同步过程转速差、MZ搅油阻力矩。

2换算到目标挡位处的同步转动惯量的确定

变速器在同步过程中各挡位同步惯量对同步时间或者同步力影响很大，所以变速器的惯量对于变速器性能影响很明显，同时变速器一旦制造定型，变速器惯量就成为定值，它不仅影响换挡的性能及舒适性，也影响整车的动力性、燃油经济性、及NVH分析与研究。变速器单个零件的转动惯量可以通过PRE或者CATIVE等三维制图软件来直接获得，但各挡位同步器同步时刻的同步惯量不是所有零件惯量简单相加，而是要通过换算来确定，如何换算与变速器结构有很大关系。

对于变速器总成来说，一旦设计完成，其结构形状和传动关系就已经固定。我们可以根据制图软件直接计算出单个零件的转动惯量。但对变速器各挡转动惯量的计算，涉及变速器内部所有传动回转零件，且各个零件又是绕各自的回转轴运动的。并不是所有的零件都是绕输出轴的轴心来回转的，不能通过转动惯量定义的公式直接计算。但我们可以通过分析变速器内部各回转件之间的传动关系，从能量的角度来找出各零件绕各自转轴的转动惯量对输出轴的影响，如速比。一个定型的变速器总成其速比是固定不变的，且各零件的在变速器内的回转运动是按一定的速比有规律地进行。

在变速器各挡转动惯量计算之前，我们必须清楚变速器总成内部所有回转零件的回转状态或传动关系，这样才能找出各零件自身的转动惯量和各挡转动惯量之间的关系。现在我们就可以应用动能定理按挡位对变速器内部各零件的运动状态依次进行分析，找出变速器各挡转动惯量的计算方法。

3试验结果验证

为了进一步证实该计算式（14）对于实际变速器工作运动的正确性，在同步器单体试验台上进行了大量的研究。同步器单体试验台只模拟二轴上的两个换挡的齿轮在换挡过程中的工况，所以其搅油阻力矩相较整箱的搅油阻力矩会小些。

4结论

从上述的计算分析到试验验证，同步器的换挡性能，主要取决于变速器的惯量、同步器的结构，以及摩擦材料的摩擦系数、搅油阻力的大小等因素，这些因素的研究对于同步器的设计有很重要的指导意义，为变速器的性能提高有很重要作用。

参考文献

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