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新能源汽车自动变速箱
新能源汽车自动变速箱
所属企业：苏州安远新能源动力有限公司&& &&标签：新能源&&&& 发布时间： 17:40
&新能源汽车自动变速箱
&苏州安远新能源动力有限公司
&新能源汽车
&& 公司研发的新能源纯电动车自动变速箱采用自有专利换挡技术，避免了复杂的传统换挡结构及昂贵的国外换挡机构，经济性及稳定性都非常出色。
&& 该变速箱搭配公司设计的换挡控制系统及软件可以实现电脑控制自动换挡或者手动换挡，从而极大增强了驾驶娱乐性以及整车操纵感。同时，该款变速箱优化了车辆的动力性和平稳性。和固定速比变速箱相比，电机的效率提高4%，生产制造成本降低30%，能够将电动汽车的行程速度提升至100Km/h以上，是未来发展的趋势。
&& 公司已与苏州高等职业技术学院签署了产学研协议，完成与东风小康公司配套的工程样机设计过程。2014年，公司将完成东风小康公司的上车试验。
&&&通过与东风小康签订相关合作项目，完成东风小康公司的上车试验，获得国内电动汽车市场的示范效应。在此基础上，大批量生产成熟的新能源纯电动车自动变速箱，增大市场的占有率并加大改型产品和扩展系列的研发。
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对商用车变速器换挡性能的探讨
邓金龙[摘 要]车辆行驶性能的好坏，不仅取决于发动机，而且在很大程度上还依赖于变速器以及变速器与发动机的匹配。变速器是车辆传动系统的关键部件之一，其性能优劣直接影响到车辆使用安全、乘驾舒适性以及能耗方面的特性。如何有效提高商用车变速器的换挡性能，保证“轻型乘用车化，重型轻型化”是当前环境下发展的必然趋势。本文对商用车变速器换档性能进行了探讨。[关键词]商用车；变速器；换档性能；探讨中图分类号：U463.212 文献标识码：A 文章编号：X（3-01随着商用车消费人群的改变，商用车变速器的设计和性能都发生了明显的变化。最开始时，由于商用车的消费人群很少，货车司机很少接触商用车，因此商用車就是要求耐用、耐脏，在性能上也就要求变速器可以抗压，使用的寿命尽可能长。1 商用车变速器研究现状分析汽车变速器的功能是为汽车的行驶传递动力，主要是在动力传递的过程中修改传动比，以改变发动机的特性，同时为驾驶调节汽车的速度。变速器分为两种，分别是自动变速器和手动变速器。手动变速器是在汽车行驶过程中，司机在汽车的行驶条件发生变化时，随机应变地进行加速或者刹车，随着速度发生变化对应地修改适合的档位。这就要求驾驶员对汽车的离合器踏板、加速器踏板和变速操作杆非常的熟悉，并且可以准确地使用，以保证汽车在行驶过程中具有良好的动力性和实用性。但其因为操作复杂，程序繁多，造成了不稳定因素存在。而自动变速器则可以智能地根据路面状况来改变速度、变动距离，具有很好的驾驶性能、安全性能和行驶性能。在上个世纪40年代，西方国家开始研制自动变速器。在90年代初时，很多电子技术被运用在变速器上，这也让自动变速器取得了重大突破。在90年代末期，美国车型的自动变速器使用率超过90%，日本则是达到了70%，连欧洲也有三分之一的汽车是使用自动变速器的。我国的发展相对缓慢，在上个世纪80年代时才开始研究自动变速器，而且受诸多因素的制约，当时还是一度依赖进口。21世纪初，我国在自动变速器的进口金额达到了3亿美元。不过，随着国家和企业对自动化变速器的关注度持续提高且政府的支持力度加大，我国在自动变速器的研究上也取得了很多进展，多种变速器百花齐放，被运用于多种车型。2 商用车变速器换挡性能影响分析2.1 静态换挡力影响分析静态换挡力是指变速器在静止不工作时的换挡力，其实也就是指变速器静止不工作时，挂挡所需要克服的阻力。静态换挡力是变速器整体动态换挡力的组成因素之一，静态换挡力过大，即使同步器性能大提升，也不能使动态换挡性能同比改善。静态换挡力的组成因素很多，如变速器换挡轴与壳体之间的摩擦力、同步器定位弹簧力、换挡轴定位弹簧力、顶盖空挡定位力、齿套与齿座以及齿轮结合齿之间的摩擦力以及各种相关阻力等。在设计和制造变速器时，除了保证换挡手感所需的定位力以外，其他一切相关阻力，从挂挡手感上来说，都是越小越好。如通常都要求变速器换挡轴以及壳体换挡轴孔表面粗糙度值Ra=0.8μm以下，使得换挡轴和壳体之间的滑动摩擦系数降低，尽量减少摩擦阻力对变速器换挡性能的影响，在一些高档的轻型载货汽车和乘用车变速器上，换挡轴与换挡轴孔不直接连接，而是采用线性轴承连接方式，来最大程度地减小换挡的摩擦阻力。一般在商用车变速器换挡时起码要克服两个以上的弹簧力：换挡轴自锁力和同步器推块弹簧力。还有一部分商用车变速器在顶盖上还有个空挡定位力，这几个弹簧力就是静态换挡时除了摩擦阻力外所需克服的最大力的来源，同时实现了变速器换挡有明确的位置感，但是当这三个力不能在同一作用点产生作用时，反而会导致换挡手感极差，甚至整个换挡过程都在克服弹簧力，导致完全没有挡位感。现在乘用车和轻型变速器上都已经逐步采取自锁弹簧力和顶盖空挡定位力合并，同时减小同步器弹簧力，使得在换挡时只有顶盖上的一个力起主要作用，来保证换挡的舒适性。在类似换挡钢球爬坡地方，都采用圆弧过渡，避免尖角过渡，保证在转动过程中的一种顺滑性，避免了在换挡过程中的卡滞感觉。自锁钢球与自锁弹簧间增设减磨垫，换挡时钢球由滑动摩擦变为滚动摩擦，也可采用现在流行的舍弗勒机构，来保证自锁钢球的顺滑性。同步器齿座以及齿套在加工制造时一般也采取插齿加工和拉削加工保证挂挡方向的顺滑性，或者在轻型变速器中采用粉末冶金制造同步器齿座、齿套的模式来保证自润滑效果，从而减少摩擦阻力。2.2 换挡行程影响分析研究国内外商用车变速器，变速器本身换挡行程在逐步减小已成为一种趋势，这对提高换挡性能也是一种很有成效的办法。假设换挡半径为25mm，换挡行程原来为13mm，当换挡行程调整为10mm后，则如果保证变速器外部换挡行程与原行程一致时，则可以适当增加变速器外部换挡臂长度，加大换挡杠杆比，相当于杠杆比由原来的1变成了1.3，大大提升了变速器的换挡性能。所以在保证变速器换挡啮合长度的情况下，在设计中应该尽量减小变速器的换挡行程。2.3 从动盘总成影响分析从同步器换挡力和换挡时间的计算可以知道，当变速器速比确定后，也即转速差确定后，同步器需要克服的惯量越大，则同步器换挡力和换挡时间（或者说换挡冲量）会显著增大。而相对于变速器内部的齿轮、轴等，同步器需要克服的最大的转动惯量其实完全是由离合器从动盘决定。总结：变速器拉线效率、拉线支架刚性等都能直接影响汽车的换挡性能。汽车换挡性能的提升绝对不只是提升变速器换挡性能就能解决，更不是提升变速器的同步器性能就能一劳永逸，只能从变速器整体出发，从传动系统出发，才能更经济、更全面地提升汽车的换挡性能。参考文献[1] 陆晓平，沈黄桥，姜建波，等.商用车变速器换挡效率研究[J].现代零部件，2014（4）：34-35.[2] 赵振和，朱勇，邢红岩，等.AMT起步品质评价指标的研究[J].北京汽车，2014（1）：16-17.[3] 孙炜.液力自动变速器的控制功能研究[J].汽车与配件，2015（30）：52-53.[4] 李静.轻卡变速器操纵系统轻便性分析及评价[J].轻型汽车技术，2015（11）：21-23.
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基于生物力学分析的变速器换挡性能主观评价体系的研究毕业论文
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独 创 性 声 明
本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作
及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方
外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为
获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与
我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中明确的说
明并表示了谢意。
研究生签名：
学位论文使用授权书
本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：
学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，
允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的
全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制
手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有
关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息
（保密的论文在解密后应遵守此规定）
研究生（签名）：
导师（签名）：
随着汽车下乡政策的实施，微型乘用车市场已与日俱增，微型乘用车绝大
多数使用的是手动变速器，由于手动变速器需要经常换挡，于是，驾驶员对手
动变速器的要求也就不断提高，这就直接决定了他们对配有各手动变速器的汽
车产品的评价。变速器作为汽车传动系统中的重要部件，具有不可取代的地位，
其操作性能与感受很大程度上影响着整车的操纵性能与感受，而操纵感受又直
接左右着用户的使用体验。
变速器换挡感觉的好坏，不仅影响着驾驶员操作的连贯性，也会影响整个
驾驶过程中，驾驶员的情绪和精神压力，最终都会由主观反应表现出来。J.D
等国际知名汽车评价机构和世界主要汽车厂商都将变速器的顾客感受
作为新车性能、运行和设计质量的重要评价内容。本文的研究主体是五菱之光
微型乘用车，主要针对此微型乘用车的顾客所反映的换挡不顺、阻滞、挡位不
清晰及无法换挡等问题，以生物力学与工程心理学为基础，运用理论分析的方
法，针对驾驶员的主观感觉提出了一系列关于变速器换挡性能的主观评价指标。
研究认为可以通过驾驶员的主观感觉来判断变速器是否具有实用性和舒适性，
于是构建了相应的初步访谈问卷，通过深入访谈检验问卷的可行性，然后进行
大量的实地调查，通过驾驶员的主观评分得到一些数据，结合访谈与定量调研
的数据进行分析，完成评价指标的选取，最终得出一套有效可靠的变速器换挡
性能主观评价体系，并对每一个评价指标进行赋权，从而分析消费者在主观评
价上对各指标的差异、各指标对总体满意的贡献及其与工程结构之间的关系，
剖析主观评价不良的成因，选择改进方向和技术路线。
研究最后得出的主观评价体系相对完整，企业在进行产品开发的各个阶段
都能够根据这个评价体系定量地描述目标市场的特征及产品开发的要求，通过
对标分析寻找产品改进的方向，此评价体系还能作为消费者主观评判变速器换
挡性能优劣的依据。
关键词：手动变速器，换挡性能，SPSS，主观评价
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基于自动换挡机构的MT变速器换挡特性试验分析与研究
基于自动换挡机构的ＭＴ变速器换挡特性试验分析与研究ＢａｓｅｄｏｎａｕｔｏｍａｔｉｃｓｈｉｆｔｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｓｏｆＭＴｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｈｉｆｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｔｅｓｔａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈ作２０１１年４月２Ｌ口本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学硕士学位论文质量要求。答辩委员会签名：（工作单位、职称）主冬穗专夕２些大７．触吸．单≤一：协趴气Ｖ掰以ｚＩ妫仑融≯也友孑放投名纱铂高力夏乒陟铷钞矽墟专孙知ｋ肿谚伪吲嗽．导师：但亩（强启彤三丛灰孳匈毅旋知也的学位论文作者签字：刃每宁签字日期：乃ｌｆ年叶月２了日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解金壁工些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金自曼王些太笠Ｌ可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文者签名：椭雪一名：修孔弓冯签字日期：少ｌｆ年Ｄｆ月劈日签字日期：少ｆｆ年口甲月≯寥日学位论文作者毕业后去向：工作单位：电话：通讯地址：邮编：基于自动换挡机构的ＭＴ变速器换挡特性试验分析与研究摘要变速器是汽车传动系统中的关键部件，机械式手动变速器（ＭＴ）由于其结构简单、传动效率高、生产制造成本低廉等优点在今后相当长的时间内依然会在我国汽车传动系统中占据主导地位。变速器性能的优劣将严重影响整车的操纵舒适性，同时，同步器换挡性能的好坏直接决定变速器性能的优劣，因此，如何快速便捷地判别同步器性能的优劣，提高变速器系统的装配质量，改善换挡操作性能，是各变速器厂家面临的重要课题。在进行同步器性能试验过程中，利用自动换挡机械手对变速器进行选换挡操作，同时采集换挡力矩、时间等试验参数并通过人机界面显示数据曲线的变化，并且对测试系统进行实时监控，保证系统运行安全可靠。通过对试验数据进行处理，制定出各挡位同步器性能优良品质的评判标准，并且与实际的人工换挡具有很好的一致性，由此可见，能够利用换挡冲量这一定量指标对同步器换挡性能进行评价，提高了同步器性能测试系统的水平，为汽车工业的发展做出了贡献。关键词：换挡冲量；换挡性能；同步器；换挡机械手ＢａｓｅｄｏｎａｕｔｏｍａｔｉｃｓｈｉｆｔｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｓｏｆＭＴｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｈｉｆｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｔｅｓｔａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈＡＢＳＴＲＡＣＴＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｓａｋｅｙｃｏｍｐｏｎｅｎｔｉｎｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｇｅｎｔ．ｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ，ｍａｎｕａｌｐｌａｙｓａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ（ＭＴ）ｗｉｌｌｄｏｍｉｎａｎｔｒｏｌｅｉｎｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｇｅｎｔｏｆＣｈｉｎａ，ｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｓｉｍｐｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ、ｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｑｕａｌｉｔｙａｎｄｌｏｗｃｏｓｔ．ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗｉｌｌｓｅｒｉｏｕＳＩｙａｆｆｅｃｔｔｈｅｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｖｅｈｉｃｌｅｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ．ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｌｌｏｆＳｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｒｄｉｒｅｃｔｌｙｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｉｎｐｏｒｔａｎｔｉｓｓｕｅｗｈｉｃｈａｌｌｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｆａｃｅ，ｔｈａｔＴｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｔｉｓｈｏｗｔｏｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｏｆｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｒａｐｉｄｌｙｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｎｔｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｒ，ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｎｄｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｓｈｉｆｔｏｐｅｒａｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｔｈｅｐａｐｅｒｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓａｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｄｅｓｃｒｉｂｉｎｇｓｈｉｆｔａｎｄｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｉｎｇａｒｅｐｒｏｃｅｓｓ．ＵｎｉｖｅｒｓａｌｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆＳｈｉｆｔｉｍｐｕｌｓｅ，ｗｈｉｃｈｉｎｆｅｒｒｅｄｆｒｏｍｔｈｅｍｏｄｅｌ，ａｆｔｅｒｍａｋｉｎｇｍｏｒｅｄｅｅｐａｎａｌｙｓｉｓｏｆＳｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｒｓｈｉｆｔ．ｃｏｎｓＩｎｏｒｄｅｒｔｏｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙｄｅｓｃｒｉｂｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｐｒｏｓａｎｄｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｒ，ｗｅｕｓｅｏｆｓｈｉｆｔｉｎｇｔｈｅＩｍｐｕｌｓｅｓｈｉｆｔｉｎｄｉｃａｔｏｒｔｈａｔｆｏｒｅｖａｌｕａｔｉｎｇｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．ｔａｋｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｅｓｔｉｎｇｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｒｉｎｔｏｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎａｌｌａｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｆｆｅｃｔｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｒａｎｄｐｕｔｔｉｎｇｆｏｒｗａｒｄａｎａｌｙｚｉｎｇｒｅａｓｏｎａｂｌｅａｓｓｅｍｂｌｙｒｅｌａｔｉｏｎ．Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇｒｅｓｅａｒｃｈａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓｏｆｈａｖｅｏｆｐｌａｎ．ａｆｔｅｒａｎｄｓｕｍｍａｒｉｚｉｎｇｔｈｅａｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｅｓｔ－ｂｅｄｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄ．ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｗｅｄｅｓｉｇｎｅｄｔｈｅＡｕｔｏｍａｔｉｃｓｈｉｆｔｔｉｍｅｓｓｈｉｆｔｏｐｅｒａｔｉｏｎｗｈｉｃｈｉｓｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｉｎｏｒｄｅｔｏｃｏｍｐｌｅｔｅｔｅｎｓｏｆｔｈｏｕｓａｎｄｓｆｉｎｉｓｈｆｏｒｐｅｏｐｌｅ．ｔｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｈａｓｍａｎｙＳＯｏｎ．ａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ｆｏｒＤｕｒｉｎｇｅｘａｍｐｌｅ，ｉｎｔｅｇｒａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｐｅｒａｔｉｏｎ，ｆｌｅｘｉｂｌｅａｎｄｔｅｓｔｉｎｇ，ｕｓｉｎｇｔｈｅＡｕｔｏｍａｔｉｃｓｈｉｆｔｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｔｏｔｈｅｏｐｅｒａｔｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇｔｏｒｑｕｅ，ｔｉｍｅａｒｅａｎｄｏｔｈｅｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｈｉｃｈｔｈａｔｔｈｅｄｉｓｐｌａｙｅｄｔｈｒｏｕｇｈＨＭＩ．ｉｔｉｓｏｎｒｅａｌ―ｔｉｍｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｅｎｓｕｒｅｓｙｓｔｅｍｉｓｓａｆｅ．ＦｏｒｍｕｌａｔｅｃｒｉｔｅｒｉａｏｆＦｉｎｅｑｕａｌｉｔｙ，ｔｈｒｏｕｇｈｉｄｅｎｔｉｃａｌｗｉｔｈＡｒｔｉｆｉｃｉａｌｌｙｓｈｉｆｔ，ＳＯｗｅｔｈｅｄａｔｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｕｓｅｗｈｉｃｈｉｓｔｏｂｅｔｏｃａｎｓｈｉｆｔｉｍｐｕｌｓｅｅｖａｌｕａｔｅｔｅｓｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｒ．ｉｔｈａｓＩｍｐｒｏｖｅｄｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｙｓｔｅｍｌｅｖｅｌａｎｄｍａｋｅｄｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｔｏＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｈｉｆｔｉｍｐｕｌｓｅ；ｓｈｉｆｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｒ；ｓｈｉｆｔｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｎ致谢所谓师恩如海，值此论文完成之际，感谢所有帮助过我的老师、同学及朋友们。本论文是在导师任永强副教授的悉心指导下完成的，其中倾注了导师的大量心血。任老师严谨求实的作风，渊博的学识和执着的科学钻研精神使我受益匪浅，并将激励我在今后的人生路上克服困难，继续奋勇向前进。同时，从他身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了许多做人的道理。至此论文完成之际向尊敬的任老师致以崇高的敬意和由衷的感谢。我要感谢我的家人，他们不仅给与我物质上的支持，而且给予我精神上的鼓励，他们的关心和支持一直是我求学的动力，时刻鼓励和鞭策着我一直向前，求学的道路上，亲人们的殷殷之情是我奋斗动力的源泉。感谢巨一自动化所有帮助过我的同事，他们脚踏实地的工作作风是我今后学习的榜样；感谢挚友许振兴、盖坤伟、宁远远，感谢他们多年来风雨同舟的陪伴，给我的生活增添了不少乐趣；感谢舍友余天明、赵强，伴我度过了多彩多姿的三年研究生生活。最后，感谢评阅论文和出席硕士论文答辩委员会的诸位专家、教授在百忙中给予的悉心指导！同时也对曾给予我帮助和关心我的老师、同学和朋友们表示衷心的感谢作者：梅宇２０１１年４月目录第一章绪论…………………………………………………………………………………………１１．１课题研究的目的和意义……………………………………………………………ｌ１．２汽车变速器发展历程概述…………………………………………………．２１．２．１手动变速器……………………………………………………………………２１．２．２液力自动变速器…………………………………………………………．３１．２．３电控机械式自动变速器…………………………………………………．．４１－２．４无极自动变速器…………………………………………………………．５１．２．５双离合器自动变速器………………………………………………………．６１．３国内外研究现状……………………………………………………………………一７１．４本课题研究的主要内容…………………………………………………………．９第二章同步器性能评价指标的建立……………………………………………………。１０２．１接合套换挡……………………………………………………………………………１０２．１．１低速挡换到高速挡…………．：……………………………………………．１ｌ２．１－２高速挡换到低速挡……………………………………………………一１１２．１．３接合套换挡存在的问题……………………………………………１２２．２同步器换挡………………………………………………………………………………１２２．２．１同步器工作原理……………………………………………………………．．１２２．２．２同步器的失效形式和正确使用…………………………………………１５２．３同步器接合过程的数学模型…………………………………………………．１５２．３．１同步器接合运动微分方程………………………………………．．１５２．３．２同步器相对角速度…………………………………………………………１７２．３．３同步器主被动部分的转动惯量………………………………………．．１８２．３．４换挡冲量的引入……………………………………………………………．１８２．４本章小节……………………………………………………………………………．．１９第三章影响同步器换挡性能的参数分析………………………………………………。２０３．１同步器性能要求…………………………………………………………………．２０３．２影响同步性能的主要参数………………………………………………………．２０３．２．１摩擦面锥面角………………………………………………………………．２０３．２．２摩擦锥面有效半径……………………………………………………２１３．２．３同步环的结构设计………………………………………………………．．２２３．２．４摩擦锥面的后备间隙………………………………………………………．２２３．２．５同步环内螺纹槽几何参数……：……………………………………．２３３．３影响锁止性能的主要参数……………………………………………………２４３．３．１同步器锁止过程分析……………………………………………………．．２４ＩＶ３．３．２同步器锁止条件……………………………………………………２４３．３．３锁止角…………………………………………………………………………．．２５３．３．４同步器花键参数……………………………………………………………一２６３．４同步器的装配关系……………………………………………………………………２６３．５本章小结…………………………………………………………………２７第四章电动换挡机械手的系统设计………………………………………………………．２８４．１手动变速器换挡结构分析…………………………………………………．２８４．２换挡机械手的机械系统设计……………………………………………．２９４．２．１换挡机械手的总体设计…………………………………………．２９４．２．２传动部件的设计…………………………………………………………一３０４．２．３换挡头部件的机械设计………………………………………………．３１４．３换挡机械手控制系统设计……………………………………………．３１４．３．１运动控制技术概述………………………………………………………３１４．３．２驱动方式的选择……………………………………………………３２４．３．３控制系统设计…………………………………………………３３４．４本章小结………………………………………………………………．３５第五章换挡冲量的计算及换挡性能的识别……………………………………………．３６５．１同步器性能试验…………………………………………………………３６５．１．１试验对象和试验设备……………………………………………．．３６５．１．２试验方案的设计……………………………………………………………．．３７５．２典型换挡力分析……………………………………………………………………．．３７５．３换挡冲量的计算……………………………………………………………………．．３８５．３．１换挡冲量的数学模型………………………………………………………．３８５．３．２换挡冲量的计算实例………………………………………………………．４０５．４同步器换挡性能的识别……………………………………………………………．４０５．５案例分析…………………………………………………………………．５０５．６本章小节………………………………………………………………．５１第六章总结与展望………………………………………………………………………………５２参考文献……………………………………………………………………………………………．５４攻读硕士学位期间发表的学术论文………………………………………………………．５６Ｖ插图清单图卜１五速变速器原理图………………………………………………………………一３图卜２液力自动变速器控制原理图…………………………………………………４图卜３电控机械式自动变速器工作原理图…………………………………．．５图卜４带式无极变速器基本结构和工作原理……………………………一６图卜５干式双离合器自动变速器结构示意图……………………………………７图２一ｌＣＡｌ４１型汽车变速器４，５挡机构示意图……………………………ｌＯ图２―２四挡换五挡，待接合花键副圆周速度变化图………………………．１１图２―３五挡换四挡，待接合花键副圆周速度变化图………………………．１２图２―４同步器换挡开始阶段………………………………………………………．１３图２―５同步器换挡同步阶段…………………………………………………………一１３图２―６同步器换挡脱挡阶段………………………………………………………．．１４图２―７同步器换挡接合阶段………………………………………………………１４图２―８同步器换挡过程系统简图…………………………………………………．１５图２―９摩擦力矩作用图…………………………………………………………………．１７图３―１同步器达到同步且同步力仍然存在的受力简图……………………一２ｌ图３―２同步环截面状况…………………………………………………………………２２图３―３同步器后备间隙………………………………………………………………．２３图３―４同步环螺纹槽形式………………………………………………………………２３图３―５同步器锁止过程简图………………………………………………………一２４图３―６同步器锁止过程受力简图…………………………………………………２４图３―７同步环锁止角磨损状态简图………………………………………………一２６图３―８不同模数花键的推转过程…………………………………………………２６图４―１变速器操纵机构示意图……………………………………………………２８图４―２选换挡臂示意图…………………………………………………………………２９图４―３电动换挡机械手结构示意图…………………………………………………３０图４―４丝杠安装方式…………………………………………………………………一３１图４―５换挡头局部视图…………………………………………………………………．３ｌ图４―６电气控制框图………………………………………………………………．３３图４―７测控系统原理框图…………………………………………………………．３４Ｎ一３挡换挡力矩一时间曲线图…………………………………………一４０ＶＩ图４―８选换挡系统控制流程图………………………………………………………３５图５―１典型换挡力示意图……………………………………………………………．３７图５―２接合套进入啮合齿引起的阻力……………………………………一３８图５―３换挡冲量示意图…………………………………………………………………３９图５―４图５一图５一图５一５６７Ｎ一３挡直方图…………………………………………………………………．．４２Ｎ一１挡直方图…………………………………………………………………～４６Ｎ一２挡直方图…………………………………………………………………一４７图５一８Ｎ一４挡直方图…………………………………………………………………．．４８图５一９Ｎ一５挡直方图…………………………………………………………………．．４８图５一１０变速器换挡力矩曲线…………………………………………………………４９图５―１１１、７７号Ｎ一３挡换挡曲线图……………………………………………一５０ＶＩＩ表格清单表３―１同步器装配关系表…………………………………………………一２７表４―１驱动方式性能比较…………………………………………………………．３２表５―１变速器各挡速比………………………………………………………．３６表５―２不同试验挡位时一二轴转速…………………………………………３６表５―３换挡力一换挡力矩对应表……………………………………………．４０表５―４样本中变速器Ｎ一３挡换挡冲量ＳＩ值……………………………４１表５―５Ｎ一３换挡冲量分段统计表…………………………………………４２表５―６样本中变速器Ｎ―ｌ挡换挡冲量ＳＩ值……………………………４３表５―７样本中变速器Ｎ一２挡换挡冲量ＳＩ值……………………………．４４表５―８样本中变速器Ｎ一４挡换挡冲量ＳＩ值……………………………４４表５―９样本中变速器Ｎ一５挡换挡冲量ＳＩ值……………………………．４５表５―１０Ｎ一１换挡冲量分段统计表………………………………………．４６表５―１１Ｎ一２换挡冲量分段统计表……………………………………………．４７表５―１２Ｎ一４换挡冲量分段统计表……………………………………………．４７表５―１３Ｎ一５换挡冲量分段统计表…………………………………………４８表５―１４同一变速器各挡位换挡信息……………………………………………５０第一章绪论我国汽车工业已经走过了５０多年历程，半个世纪以来，新中国汽车工业从无到有不断发展壮大。特别是近年来我国经济发展迅猛，为汽车工业的发展创造了巨大的市场。汽车工业是经济发达国家最重要的产业之一。世界经济大国都是汽车大国，在一定意义上汽车工业发展水平也是衡量一个国家工业化水平、经济实力和科技创新能力的重要标志。我国的汽车工业将要面临国际汽车工业的严峻挑战。目前，我国汽车工业面临着自主品牌缺乏竞争力、自主设计与研发能力不强、生产总量大、外资比例高等现状，最近，上汽集团董事长胡茂元就我国汽车工业的发展进行了系统的阐述：要振兴汽车工业还要靠自己。在面对能源安全、环境污染和全球气候变暖的急迫形势下，节能减排是我国汽车产业的首要任务，我国汽车工业发展面临传统汽车技术快速提升和汽车能源动力系统转型的双重挑战，发展节能与新能源汽车已成为我国汽车工业的战略方向。根据我国《汽车工业振兴规划纲要》，今后汽车工业的发展重点将是独立自主地开发汽车及其零部件，其中开发变速器被列为重点研发项目之一。１．１课题研究的目的和意义汽车是由许多零部件按照一定的组装规律组装成的复杂的机械系统。对于汽车许多新产品的开发所需要的很多技术资料，目前尚且不能通过理论计算获得，而且为了控制和提高汽车产品及其零部件的质量、增强品质，必须对其总成及其零部件进行高标准、严要求的试验，因此，有人说“汽车是试验出来的＂。我国改革开放３０多年以来，伴随着汽车工业的大发展和人民生活水平的不断提高，人们对工作方式、劳动条件以及汽车的整体性能都开始提出新了的要求。从以前的动力性、经济性到现在的动力性、经济性、安全性和舒适性并重，而变速器换挡特性直接影响汽车的这些性能指标。由于现代汽车行驶环境复杂多变，要求车辆频繁换挡，同时换挡过程中产生的换挡冲击对车辆整体的可靠性、耐久性和乘坐舒适性会造成严重影响，并且很容易使驾驶员感到疲劳，容易产生驾驶安全隐患。基于此，如何提高变速器同步器的换挡性能是目前各大变速器厂家和研究学者研究的重要课题之一。变速器是汽车传动系中的一个重要总成，而同步器是汽车变速器的关键功能部件，主要用于汽车行驶中平稳快速换挡，操作灵活，消减冲击和噪音等，同时，防止变速器齿轮的损坏，延长变速器总成的使用寿命。能否研究出高质能试验系统，对提高汽车试验技术有着极其重要的意义【ｌ】。研究机械式手动变量、高水平的产品，关键在于高水平的试验手段，因此，研制先进的同步器性速器（ＭＴ）同步器的换挡性能采用人工换挡操作是极为困难的。首先，采用人工换挡所施加给换挡杆的力和速度难以达到一致或者规定的值；其次，换挡时间的起止时刻亦难以测量，这给技术人员在评价同步器换挡性能上带来很多的不便。特别是在变速器疲劳寿命试验中需要做２０万到４０万次的换挡操作１２】，采用人工换挡根本难以完成。因此，要分析和评价同步器的换挡性能需要借助于换挡机械手和微机控制测试系统。大多数自动变速器都是在机械式手动变速器（ＭＴ）的基础上发展起来的，尤其是电控机械式自动变速器（ＡＭＴ）的装车率在市场上所占的份额越来越大，因此，如何使自动变速系统的性能更加完善，是变速器生产厂家和研究人员所面临的重要课题。因此，对机械式手动变速器（ＭＴ）的换挡性能进行分析与研究将为今后更加广泛地使用自动变速器提供技术基础，从而改善驾驶员的劳动强度，并且降低安全隐患，由此可见，自动变速器是我国汽车自动变速技术发展的必然之路。１．２汽车变速器发展历程概述现代汽车上大都采用发动机作为动力源，其转速和转矩的变化范围比较小，而汽车复杂地行驶工况则要求汽车的车速和驱动力能在相当大的范围内变化。为了解决这一矛盾，在汽车传动系统中设置了变速器。变速器的主要功用为：改变传动比、实现汽车的倒退行驶、利用空挡使发动机怠速等。手动变速器在汽车上的使用垄断了近百年，自汽车问世以来，汽车变速器一直是手动变速器，其主要采用齿轮降速原理，变速器内有很多组传动比不同的齿轮副，对变速器进行换挡操作就是通过操纵机构改变不同的齿轮副工作，从而改变车辆行驶速度。随着汽车工业的飞速发展，机械式手动变速器由于其传动效率高、价格低廉等优点，在今后相当长的时间内，依然会在我国汽车传动系统中占据主导地位。１９５６年，我国第一辆解放牌重型卡车ＣＡＩＯ正式下线，其变速器实现了零的突破。但是，由于没有安装同步器，驾驶员只有靠准确掌握车速和发动机转速的对应关系，才能操控该变速器实现顺利换挡。由于手动变速器汽车需要频繁换挡，很容易使汽车驾驶员感到疲劳，降低了行驶安全系数；而且不同的驾驶技术水平对汽车的燃油经济性、动力性、乘坐舒适性都会造成很大的差异，因此，自动变速器是很多汽车爱好者们长期以来追求的目标，是车辆由低级向高级发展的必由之路。目前，自动变速器种类繁多，主要有液力自动变速器（ＡＴ）、电控机械式自动变速器（ＡＭＴ）、无极自动变速器（ＣＶＴ）１３Ｊ以及双离合器式自动变速器（ＤＣＴ）。１．２．１手动变速器手动变速器（ＭａｎｕａｌＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，简称ＭＴ）又称为机械式变速器，即必须用手拨动换挡杆才能改变变速器内不同传动比的齿轮副啮合，从而达到改变车速的目的。轿车手动变速器大多为四挡或者五挡有级式齿轮传动变速器，并且通常带同步器，换挡方便，噪音小。手动变速器在操纵时必须踩下离合器，才能拨得动变速杆。手动变速器是相对与自动变速器而言的，其实在自动变速２器出现之前所有的汽车都是采用手动变速器，并且其依然会在今后的汽车变速系统中占据重要位置。目前，最常见的手动变速器大都为５挡位（４个前进挡和１个倒挡），也有少数车辆采用６挡位变速器。手动变速器传动轴的布置形式通常有两轴式和三轴式两种。通常后轮驱动的汽车会采用三轴式变速器，即输入轴，输出轴和中间轴。输入轴前端借离合器与发动机相联，输出轴后端通过凸缘与万向传动装置相联。输入轴与输出轴置于同一条水平线上，中间轴则与它们平行布置，动力通过齿轮从输入轴传至中间轴再传至输出轴，如图１．１五速变速器原理图所示。中ｆ司轴图卜１五速变速器原理图在许多变速器中输入轴和输出轴能接合在一起，因此动力不必经过中间轴，这时的挡位称为直接挡。倒挡通过一个中间齿轮（惰轮）来实现，直接挡通过单轴传动，传动比为ｌ：１，具有最高的传动效率。即使在不能提供直接挡的变速器中，把输入轴与输出轴布置在一条直线上也有利于降低工作时变速器所需承受的扭矩。手动变速器与自动变速器相比较可以给汽车驾驶爱好者带来更多的操控快感，传动效率高，省油，维护保养费用较低。但是，换挡操作相对较为复杂，特别对于新手而言，常常会出现在马路上熄火，特别是上坡，操作不当的话容易损坏引擎和变速器。１．２．２液力自动变速器液力自动变速器（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＴｒａｎｍｉｓｓｉｏｎ，简称ＡＴ）的基本形式是液力变矩器与动力换挡的旋转轴式机械变速器相串联。由于ＡＴ不仅具有优良的自动调节功能和较强的适应性，并且车辆起步平稳、加速均匀，具有较强的减振作用，因此使得传动系统的使用寿命得以延长，同时提高了车辆的整体性能，如乘坐舒适性、行驶安全性等。液力自动变速器是由液力变矩器、行星齿轮和液压操纵系统组成，其中液力变矩器是ＡＴ的核心部件，它由泵轮、涡轮和导轮等构件组成。ＡＴ的换挡控制方式相对简单，如图１．２所示，通过各种传感器装置，将车辆实时行驶工况转换为电信号，并传送给自动变速器电脑，经处理后再输３送给相应的电磁阀，从而实现自动换挡操作。ＡＴ为了避免发动机转速在短时间内急剧变化，其可将发动机转速控制在一定的范围内，有利于降噪降振，使车辆行驶平稳性及乘坐舒适性得到提高。图１―２液力自动变速器控制原理图由于液力变矩器自动变速变矩范围较小，因此需要在涡轮后面再串联几排行星齿轮来提高变速范围，液压操纵系统会根据发动机工况的变化自行操纵行星齿轮，从而实现自动变速变矩。ＡＴ不采用离合器换挡，挡位少变化大，避免频繁换挡，连接平稳，而且在一定范围内可以实现无极变速，因此操纵简便，提高车辆的乘坐舒适性。而且，可以将发动机转速限制在较小的范围内，减少了噪音污染。但是，ＡＴ也存在一些缺点：反应迟钝；油耗量大，传递效率低；变矩范围有限；结构复杂，要求制作精度高，成本比较昂贵。１．２．３电控机械式自动变速器电控机械式自动变速器（ＡｕｔｏｍａｔｅｄＭｅｃｈａｎｉｃａｌＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，简称ＡＭＴ）是在传统的机械式手动变速器原有基础上通过加装微机控制系统进行改造而成的，即在总体传动结构不变的情况之下，由微控系统向各执行机构发出相应指令来实现自动换挡操作。因此，ＡＭＴ类似于一机器人来完成操作离合器和选换挡的两个动作，其工作原理如图１．２所示。４图１―３电控机械式自动变速器工作原理图电控机械式自动变速器主要由四大部分组成：被控制系统、执行机构、电子控制单元（ＥＣＵ）和传感器。其不仅具有自动变速功能外，还具有自动巡航控制、故障自动诊断、手动变速、上坡辅助起步等功能。根据ＡＭＴ系统选换挡和离合器操纵方式不同分为液压驱动式、气压驱动式和电机驱动式３种类型。电控机械式自动变速器可以根据当前汽车行驶状况、路面情况以及驾驶员意图等进行自动换挡控制。驾驶员可通过加速踏板和选择器（包括选挡范围、换挡规律、巡航控制等）向电子控制单元（ＥＣＵ）表达换挡意图，发动机转速、输入轴转速、车速、挡位、油门开度等传感器实时检测发动机工况和车辆的运行状态，并将相应的电信号输入到ＥＣＵ，ＥＣＵ根据预先编制并存入ＲＯＭ中的模拟熟练驾驶员的驾驶规律程序，进行比较计算，对油门开度、离合器接合及换挡进行控制，以实现发动机、离合器和变速器之间的最佳匹配，从而获得良好的行驶性能、平稳起步性能和快速换挡能力。因其具有自动选换挡功能，能大幅提高离合器、同步器寿命和行车安全，且保留了传统有级机械变速器传动效率高、体积小、机构简单、使用可靠、易于制造、成本低、燃油消耗少和维护与使用费用低等诸多优点，特别适合我国国情，近年来，自动变速器的市场需求不断增长。可以预见，在高环保要求和高油价压力的双重作用下，ＡＭＴ仍将具有非常广阔的市场前景。但是，ＡＭＴ通过微机控制实现自动换挡，增加了许多相关的传感器、ＥＣＵ及换挡执行机构，其成本比手动变速器高，结构复杂，维修困难程度也相应地有所提高。１．２．４无极自动变速器无级变速是一种理想的传动方式，而无级自动变速器（ＣｏｎｔｉｎｕｏｕＳＩｙＶａｒｉａｂｌｅＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，简称ＣＶＴ）是实现这种传动方式的一种变速系统。ＣＶＴ利用传动带与可变槽宽的棘轮组成的摩擦系统依靠摩擦力来传递动力进行变速５的，即当棘轮变化槽宽时，相应地驱动轮与从动轮上传动带的接触半径亦随之改变。目前，传动带一般用橡胶带、金属带和金属链等，其中金属带式ＣＶＴ开发最早，应用最广，其设计构思也十分巧妙。装有ＣＶＴ的汽车在经济性、动力性及排放特性都表现优异，因此，ＣＶＴ自１９８７年第一次装车以来，在短短的二十五年内就得到了广泛的应用，预计在今后其将在变速器的舞台上扮演着重要的角色。为实现无极变速，按传动方式可采用液体传动、电力传动和机械传动三种形式。常见的无极变速器有液力机械式无级变速器和金属带式无级变速器（ＶＤＴ－ＣＶＴ），目前国内市场上能见到的，采用了这种技术的有奥迪、比亚迪、日产等车型。图１―４带式无极变速器基本结构和工作原理ＣＶＴ不像其他有级变速器的传动比是间断的，其传动比可以实现连续的变化，使得传动系能够与发动机达到最佳匹配，从而不仅实现了良好的经济性、动力性、驾驶平顺性以及乘坐舒适性，而且降低了排放和成本。ＣＶＴ也有其致命的缺点，比如传动带极容易损坏，而且不能承受重载荷，故其一直被用在小排量、低功率的汽车上，市场占有率仅约４％。ＣＶＴ的优点是显而易见的：ｌ：体积小、结构简单、零件数量少；２－速比范围较宽；３：高传动效率、高经济性、低油耗。目前，ＣＶＴ技术发展相当迅猛，其在混合动力汽车上具有广阔的应用前景，ＣＶＴ的地位和作用更是无可替代的，它将成为未来变速器发展的主要趋势。１．２．５双离合器自动变速器双离合器式自动变速器（ＤｕａｌＣｌｕｔｃｈＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，简称ＤＣＴ）是近年来出现的一种新型的机械式自动变速器，其综合了电控机械式自动变速器和液力自动变速器的优点，不仅具有传动效率高、安装空间紧凑、重量轻等优点，而且在换挡过程中不存在动力中断，保证车辆具有良好的动力性和换挡品质”巧Ｊ。ＤＣＴ动力通过两个离合器分别联结的两根空套的同心输入轴传递，相邻各挡的被动齿轮交错与两输入轴上的对应齿轮啮合，配合两离合器的控制，能够实现在不６切断动力的情况下进行换挡，从而大大地缩短了换挡时间，有效提高了换挡品质，如图１．５干式双离合器自动变速器结构示意图所示。图１―５干式双离合器自动变速器结构示意图双离合器式自动变速器以其特有的结构特点，克服了传统的ＡＭＴ换挡动力中断的劣势，使车辆具有优良的动力性、燃油经济性和驾驶舒适性。由于其不仅继承了手动变速器传动效率高、安装空间紧凑、重量轻、价格便宜等许多优点，而且保留了ＡＴ、ＣＶＴ等换挡品质好的优点，因此，双离合器式自动变速器成为变速器领域内的新的发展方向。目前国外产品化的双离合器自动变速器多采用湿式双离合器，但干式双离合器以其优良的燃油经济性、失效保护性和低成本而越来越受到关注。１．３国内外研究现状变速器同步器性能和寿命试验是汽车机械式变速器台架试验的重要项目之一，在汽车的试验中具有重要的地位。目前，国内外汽车制造商对同步器的性能进行了较多的试验研究。由于该试验要求测量的参数较多，而且与一般变速器的试验内容不同，所以，必须搭建专用的试验台进行试验。变速器同步器是改善汽车机械式变速器换挡性能的主要部件，其性能的好坏严重影响汽车的整体性能。因此，研究和设计性能良好的同步器是众多研究机构和变速器厂家的首要任务。周同磊阐述了同步器的工作原理、结构形式及特点，并且提出了同步器装配工艺要求、分析了同步器常见的故障形式【６】。赵世琴、黄宗益等建立了比较完善的同步器接合过程数学模型，推导出了通用性强的同步器接合过程的计算公式，较全面反映了各参数对同步性能的影响Ｉ．¨。理论往往需要实践来验证，同步器性能和寿命试验是变速器总成试验的重要内容。当进行同步器性能试验时的换挡操作主要依靠人工进行，不仅费时费力，而且人工换挡所施加给换挡杆的力和速度很难达到一致，换挡时间的起始和终止时刻难以测量，这７就使得试验条件很难符合车辆实际行驶工况。另外，在变速器疲劳寿命试验中需要连续做２０万一４０万次的换挡操作，采用人工换挡难以完成。因此，车辆综合传动试验中需采用换挡机械手代替人手进行换挡操作，只有这样才能做到：既符合试验中模拟实际工况的要求，又能有效地减少试验工作量。目前，国内的换挡机构有液压驱动与气压驱动两种类型，但这些装置功能比较简单、自动化程度不高。国外的换挡机构也采用液压或气压驱动，但大多采用液压伺服控制或气动比例阀控制。这样的换挡机械手虽然功能强、性能好，但价格昂贵，使用和维护要求也比较高。东南大学的张为公和陈晓冰设计研制了７连杆、双自由度的换挡机械手，并且设计了控制气路和控制算法，实现了换挡机械手位置伺服定位【８１；东南大学的倪江生等研制出一种新型气动换挡机械手，设计出气动控制系统，并在实际应用中取得良好的效果【９１：合肥工业大学自动化研究所的董学平采用ＰＬＣ控制伺服电机实现直线自动换挡操作；吉林大学的郭淼和一气集团汽车技术中心合作，研制了自动换挡机械手，并且对机械手系统的软硬件进行了设计研究，并在实际同步器寿命试验中安装使用，取得了良好的效果【ｌ０１。目前，变速器的种类繁多，其中ＭＴ和ＡＭＴ由于其传动效率高、结构紧凑以及工作可靠等优点，因此，倍受各变速器产家青睐。我国自１９８０年就开始对ＡＴＭ自动变速器技术的研究。２００８年１２月，中国重汽与威伯科合作开发的“智能手自一体（ＡＭＴ）＂１６挡电控变速器正式亮相【１１１。但是，由于汽车的整体性能如乘坐舒适性和变速器的换挡性能有很大的关系，因此，如何提高变速器的换挡品质是近年来国内外研究的主要问题。何忠波、梁宪富等建立了ＡＭＴ整车换挡过程动力学模型，并对换挡过程各阶段进行了动力学分析，指出了影响换挡品质的主要因素【ｌ２１。重型卡车的发展势必要满足车辆的动力性、经济性、环保性、安全性等性能要求，这意味着需要提高车辆的静载荷、运输速度和降低油耗，这些要求对变速器的结构设计和特征参数的选择都有明显影响【ｌ３１。变速器专业生产厂家很注重实现产品的系列化，根据整车设计要求选择最满意的变速器与主机厂相配套。变速器同步器性能试验是汽车传动系统中试验内容最多、技术难度最大的试验项目之一，这一点在汽车行业已经达成共识。目前国内外同步器试验系统主要存在问题如下１１４Ｊ：ｌ：能进行直线换挡，是否能进行曲线换挡；２：能否进行快速挡位标定，提高生产效率；３：自动标定所测参数，标定过程减少人工参与；４：具有自诊断功能；５：换挡速度自动可调，能够方便改变换挡速度；６：报警停车：噪音异常，油温异常（变速器、油箱）的报警并停车。３１．４本课题研究的主要内容本课题以某型号机械式手动变速器的换挡执行机构一同步器为研究对象，借助于换挡机械手的换挡操作及数据采集，利用换挡冲量这一定量指标来评价同步器换挡性能的优劣，最终得出优良品质的标准。具体内容如下：ｌ：建立同步器换挡性能评价指标通过对比分析接合套换挡及同步器换挡的换挡特点，建立同步器接合过程的数学模型，经大量公式推导最终得出性能评价指标一换挡冲量的数学表达式。２：同步器性能参数化分析分别对影响同步性能和锁止性能的主要参数进行理论分析。３：换挡机械手的系统设计为了完成重复强、危险性高选换挡操作以及换挡过程中的数据采集，对换挡机械手进行了系统设计包括机械结构设计和电气系统设计。４：换挡性能的识别对试验数据进行统计、分析，制定出同步器换挡性能优良品质的评判标准，并通过人工换挡试验进一步验证此标准的可行性。５：总结与展望本课题的研究属于性能检测和评价方面，研究方法符合国内汽车厂家和变速器厂家的需求，并且具有很强的通用性，本课题的研究对推动我国民族汽车装备行业的发展有重要的意义。９第二章同步器性能评价指标的建立同步器换挡是在结合套换挡机构的基础上改进而成的，它除了保留结合套换挡所具有的结合装置之外，还增加了使接合套与之对应的花键齿圈圆周速度迅速达到一致的同步装置，以及防止两者尚未达到同步时接合而产生冲击的锁止装置。因此，为了进一步分析同步器的工作原理、失效形式和建立同步器性能的评价指标，有必要明确结合套换挡过程和换挡原理。２．１接合套换挡变速器在换挡过程中，必须使所选挡位的一对待啮合齿轮轮齿的圆周速度相等（即同步），才能使之平顺地进入啮合从而挂上挡。如果两齿轮轮齿不同步时而强制挂挡，势必因两轮齿间存在着速度差而产生冲击和噪声，这样，。不但不易挂挡，而且影响轮齿寿命，使齿端部磨损加剧，甚至使轮齿折断。过去生产的汽车，厂家为了降低制造成本和减少加工工艺，大都采用接合套式的变速器。接合套换挡隶属于同轴间滑移换挡【１５１。在变速器的变速机构中，存在着两个相互关联的传动链，即Ａ链和Ｂ链，如图２．１所示。图２―１ＣＡｌ４１型汽车变速器４，５挡机构示恿图１．离合器从动盘２．第一轴３．第一轴齿轮４．接合套５．第二轴５挡齿轮６．第二轴７．中间轴常啮合齿轮８．中间轴９．中间轴５挡齿轮Ａ链由离合器从动盘１、第一轴２、中间轴８、齿轮７和９以及与中间轴齿轮作常啮合的所有齿轮组成；Ｂ链由第二轴６及固连在其上的花键毂和与花键毂套合的接合套４等组成。Ａ链的前端借助于离合器的作用保持和发动机动力的中断或连接。Ａ链的后端利用其上的花键齿圈与Ｂ链前端的接合套啮合实现与Ｂ链的连接（挂挡）或分离（空挡）。第二轴６即Ｂ链的后端依次通过万向传动装置、驱动桥等与整车保持固定传动关系。可见，挡位变换实质上就是把ｌＯ中断的Ａ、Ｂ链在新的挡位再一次连接上，来满足整车系统的使用要求。２．１．１低速挡换到高速挡以四挡换五挡为例，变速器在四挡工作时，接合套４与齿轮３上的接合齿圈接合，两者的圆周速度Ｖ４和Ｖ３明显相等。如欲从四挡换到五挡，驾驶员应该先踩下离合器踏板，使离合器分离，中断发动机动力，然后立即通过变速杆等将接合套４右移，推入空挡位置，如图２．１所示位置。在接合套４和齿轮３脱离接合的瞬间，仍然是Ｖ４＝Ｖ３。由于从齿轮９到齿轮５的升速比大于从齿轮３到齿轮７的降速比，齿轮５的圆周速度永远高于齿轮３的圆周速度，从而齿轮５的接合齿圈圆周速度高于接合套４的圆周速度，即Ｖ５＞Ｖ４。为了避免冲击，不应当在此时立即将接合套４推向齿轮５而挂上五挡，而必须在空挡位置停留片刻。此时，由于离合器从动盘已经与发动机脱离，动力传递中断，接合套４与齿轮５的转速及其花键齿的圆周速度Ｖ４和Ｖ５都在逐渐降低。但是，变速器尚且处于空挡状态，接合套４与齿轮５间没有联系，Ｖ４和Ｖ５下降的快慢不同，接合套４属于Ｂ链，与整车的运动联系在一起，惯性很大，故Ｖ４下降较慢，在短暂的换挡过程中，可以假设Ｖ４保持不变，故图２．２中Ｖ４可以用一条水平线表示；齿轮５属于Ａ链，惯性很小，故Ｖ５下降较快，故图２中可以用一条斜线表示。虽然Ｖ５原先大于Ｖ４，但由于速度下降的快慢不同，故在变速器推入空挡之后的某个时刻，必然有Ｖ５＝Ｖ４（同步）的情况出现，即，Ｖ４与Ｖ５两线必定相交与一点Ｋ（同步点），而过此时，又将会出现Ｖ５＜Ｖ４的情况。因此，最好是恰在Ｖ５＝Ｖ４的时刻使接合套右移而挂入五挡。假如与齿轮５相联系的零件的惯性越小，则Ｖ５下降的越快，而同步情况出现得越早，而且在同样速度差的情况下，齿的冲击力也越小。阀问图２―２四挡换五挡，待接合花键副圆周速度变化图２．１．２高速挡换到低速挡以五挡换四挡为例，从五挡换四挡是从四挡换五挡的逆过程。变速器在五挡工作及刚从五挡推入空挡时，接合套４与齿轮５的花键齿圆周速度相同，即Ｖ４＝Ｖ５，同时Ｖ５＞Ｖ３（理由同前），故Ｖ４＞Ｖ３。但是，变速器退入空挡后，由于Ｖ３下降得比Ｖ４快，所以根本不可能出现Ｖ４＝Ｖ３的情况；相反，停留在空挡的时问越长，两者的差值也就越大。所以，驾驶员在分离离合器并使接合套４左移到空挡后，随即重新结合离合器，同时踩一下加速踏板，致使发动机将离合器从动盘和第一轴的转速迅速提高，使齿轮３的转速高于接合套的转速，即Ｖ３＞Ｖ４，然后再分离离合器并稍等片刻，当Ｖ３＝Ｖ４时（Ｋ点），即可挂入四挡，速度变化曲线图如图２―３所示。图２―３五挡换四挡，待接合花键副圆周速度变化图２．１．３接合套换挡存在的问题接合套换挡是利用Ａ链和Ｂ链在换挡过程中所表现出来的速度差异（待接合齿圈的圆周速度必须大于接合套的圆周速度）和惯性差异（Ａ链惯性小，降速快；Ｂ链惯性大，降速慢），把握好换挡时机实现同步换挡的。因此，低速挡换高速挡与高速挡换低速挡所采用的换挡操作步骤有所不同，并且要求在很短暂的时间内完成，这样很容易造成驾驶员的疲劳，降低驾驶安全系数。接合套换挡属于被动式换挡，换挡时间长，同步时间短，其同步时刻理论上为短暂的一点Ｋ，即图２．２、图２．３中的ｔ１时刻对应的点。因此，提前或迟于ｔ１时刻换挡，都会导致换挡困难，甚至换不上挡，故换挡质量相对较差，要求驾驶员换挡技术水平较高，所以，接合套换挡方式很不适应现代汽车的发展需求，需要在变速器结构上采取措施，既保证换挡平顺，又能使换挡操作简单，减轻驾驶员的劳动强度，为此同步器便应运而生。２．２同步器换挡同步器是汽车机械式变速器关键部件，主要用于汽车行驶中平稳、轻便换挡，消除冲击和噪音以及降低油耗，同时防止变速器齿轮损坏，延长变速器的使用寿命，减轻驾驶员的劳动强度，提高汽车的动力性、经济性和安全性【ｌ引。同步器换挡可以改善接合套换挡在换挡过程中出现的不良状况，它在现代汽车上的装车率也越来越高，具有广阔的应用前景。２．２．１同步器工作原理目前，常见的同步器有常压式、自行增力式、惯性式等种类，其中，广泛采用的是惯性式同步器。虽然同步器的结构形式各有千秋，但是其工作原理都基本相同的，即都是利用摩擦学原理来实现同步的。为了更加深刻的理解同步１２器的工作原理，以目前使用最广泛的单锥面滑块式惯性同步器为例来分析同步器换挡过程。同步器换挡过程可分为四个阶段，即开始阶段、同步阶段、脱挡阶段、接合阶段【１７】。由低速挡换高速挡的过程如下：（１）开始阶段当接合套刚刚从低速挡退到空挡时，接合齿圈ｌ和接合套４（连同同步环２）都在其本身及其所联系的一系列运动件的惯性作用下，继续沿原方向旋转。此时ｎｌ＞ｎ２，同步环２轴向自由，故其内锥面与齿圈１的外锥面不接触。如果要挂入高速挡，需拨动接合套３，并带动由弹簧６压紧的滑块５一起左移。当滑块左端面和同步环的缺口端面抵触时，便推动同步环向左移动并压向接合齿圈，由于ｎｌ＞ｎ２，两锥面一旦接触随即产生摩擦作用，于是接合齿圈带动同步环相对于接合套超前旋转一角度，直到同步环的凸起部分与花键毂通槽的另一侧面相接触，此刻同步环与接合套作同步旋转，并且接合套的齿与同步环的齿较同步环的凸起位于花键毂的通槽中央时错开了半个齿厚，从而使接合套和同步环的两齿端倒角正好互相抵触而不能进入啮合。图２―４同步器换挡开始阶段１．接合齿圈２．同步环３．接合套４．定位销５．滑块６．弹簧７．花键毂（２）同步阶段当接合套和同步环的两齿端倒角正好互相抵触时，若想使两齿相互接合，必须使同步环相对于接合套后退一角度。（ｂ）图２―５同步器换挡同步阶段在换挡过程中，驾驶员始终对接合套施加一轴向力，使得在同步环锁止斜面上作用有法向力Ｅ（见图２―５一ｂ）。力Ｅ可分解为轴向力舅和切向力月。轴向力Ｅ使两齿端面相互挤压产生摩擦力矩；切向力只产生的拨环力矩鸩试图１３接合套后退一个角度，从而使同步环的突起部位又回到初始位置。此时，接合套在换挡力作用下压下定位销４继续向左移动，从而与同步环的花键齿圈接合，同步环锁止作用随即消失，如图２－６所示。ｐ■蕊稀刁Ｉ么ｃ（：乞ｃｌ～Ｌ＿１ｌｒＪｌＫ‘‘乃ｌ（，Ｉ图２―６同步器换挡脱挡阶段（４）接合阶段当接合套与同步环接合之后，轴向力Ｅ不再存在，两锥面间的摩擦力矩立即消失。假使此时接合套的花键齿与接合齿圈的花键齿同样发生相抵触，作用在齿端倒角斜面上的切向分力依然会使接合齿圈相对于接合套后转一角度，从而使两齿顺利接合，最终完成换挡的全过程。图２―７同步器换挡接合阶段１４２．２．２同步器的失效形式和正确使用同步器的失效形式主要包括烧蚀、磨损及损坏。烧蚀主要在汽车初驶时期发生，主要发生在接合齿圈的同步锥面与同步环锥面接合处。汽车行驶一段里程后，如果同步环内螺纹槽急剧磨损或全部磨光时，同步器将失去同步作用，造成挂挡困难。定位弹簧损坏或者弹力减退，会造成换挡力不能有效地传递给同步环，并带动其移向接合齿圈的同步锥面，使接合套没有和待啮合齿轮达到同步就与之接触，将导致严重的冲击，甚至轮齿折断。目前，大多数手动变速器都运用了同步器这一成熟技术。对于许多驾驶员来说，如果不能合理地使用同步器，将会造成同步器失效，甚至报废。为此，同步在使用过程中应该注意以下事项【ｌ８】：１：换挡时离合器要彻底分离，否则会加剧锥面间的磨损，降低同步器寿命；２：变速器箱体内的润滑油量要达到标准液面高度，确保满足润滑需求；３：合理地使用两脚离合器换挡法，要求动作熟练，时机准确；４：上、下坡时，要把握好换入低速挡的时刻，否则挂挡困难，将会加剧同步器的磨损。２．３同步器接合过程的数学模型同步器换挡接合过程为短暂一瞬，而且随着对偶锥面间摩擦力的加剧，会造成接合位置的变化，从而改变相对角速度。在理解同步器工作原理的基础上，来建立同步器换挡结合过程的数学模型，推导出通用性强的接合过程计算公式，并建立同步器性能评价指标，从而可以较全面的反应各参数对同步器性能的影响，以及为今后同步器设计制造和性能分析提供技术基础。因此，建立同步器接合过程的数学模型具有重要的意义。２．３．１同步器接合运动微分方程同步器系统换挡接合过程的数学模型【坶圳】，如图２．８所示ｒｒＸＺ张３《《磁皿ｑ二二３ｖ图２―８同步器换挡过程系统简图同步器系统主动部分的微分方程：Ｊ鱼争＝ｓ初（哆一ｑ）Ｉ＋ｓｉｇｎ（ｏ％一ｑ）乏一弓出。‘…“。４一般情况下（不考虑两脚离合器换挡）可以认为：１５Ｊ皇争＝ＫＴ，一ＫＴＣ一弓＝Ｋ（乃一ｒｅ）一耳同步器系统被动部分的微分方程：（２．１）以孕＝弋羁＋乙）令Ｋ＝ｓｉ明（‘一ｔ），则升挡时Ｋ＝一１，降挡时Ｘ＝ｌ。式中：（２．２）嚷一发动机转速；ｑ一变速器输入轴转速；锡一同步器主动部分转速；姨一同步器被动部分转速；Ｚ一同步力矩；瓦一转换到同步器主动部分的离合器阻力矩；耳一转换到同步器主动部分的变速器阻力矩；瓦一转换到同步器被动部分总阻力矩；Ｊ一同步器主动部分的总转动惯量，Ｊ＝‘＋厶；厶一变速器主动部分转换到同步器上的转动惯量；以一主离合器被动部分转换到同步器上的转动惯量；以一转换到同步器被动部分总转动惯量；‘一换出挡传动比；ｆ。一换入挡传动比；ｒ一同步时间从空挡至起步奶＝Ｏ，如挂前进挡起步Ｋ＝一１，挂后退挡起步Ｋ＝ｌ。从公式中知：１：升挡时，Ｚ使同步器主动部分降速，降挡时，Ｚ使同步器主动部分增速；２：瓦方向始终与霉相反，在任何换挡情况下，始终抵消同步力矩，对同步不利；３：写升挡时与乃方向相同对同步有利，降挡时与乃方向相反对同步不利；４：￡升挡时对同步不利，降挡时对同步有利。当忽略一些次要因素，如：互和弓等。根据动量矩定理：Ｊ警一互＝ｏ经转化得乃＝Ｊ拿（２－３）ｄｔ甜’在换挡过程中，假设驾驶员始终对变速器操纵杆施加一定的力时，则同步器工作锥面上的同步力矩Ｚ如图２．９所示。正：生选。（２．４）ｓｉｎ９式中：Ｅ一作用在接合套上的力（换挡力）；以一工作锥面间的摩擦系数；匙一锥面的有效半径；缈一摩擦锥面角。１６图２―９摩擦力矩作用图只有当同步器锥面上产生的摩擦力矩足以克服转动惯量产生的力矩时，才能使接合套与同步环顺利进入接合，其临界条件为摩擦力矩等于转动惯量产生的力矩，即，掣：曼竺生ｄｔ５ｍ缈ＩＡ（２．５）由（２．５）可得只：＿Ｊｓｉｎｑ’．掣ｃＫ，西（２．６）２．３．２同步器相对角速度从Ｘ挡换到Ｙ挡时，在Ｙ挡同步器处的相对角速度为△国【７】△国：国二０一国知：拿一华：孚（１一ｂｌ畛Ｉｘ（２．７）１秒Ｉｚ式中：屯一变速器输入轴至Ｙ挡同步器主传动部分的传动比ｆ坩一ｙ挡同步器被动部分至变速器输出轴的传动比ＣＯＸｙｌＯ一挂Ｘ挡时Ｙ挡同步器主动部分的转速ＣＯＸｙ２０一挂ｘ挡时Ｙ挡同步器被动部分的转速从公式（２－７）中知：ｌ：当ｔ＞‘，，由低速挡换高速挡，Ａａｏ＞０，同步器系统主动部分转速大于被动部分的转速，当ｆ。＜ｔ，，由高速挡换低速挡，Ａｗ＜Ｏ，同步器系统主动部分转速低于被动部分的转速；２：与０有关，即和同步器的布置位置有关，当同步器布置在低速轴上时，‰大，则哆／‘小，在ｔ和ｆ，相同情况下，可降低同步器的相对角速度；３：换挡前后挡位传动比差越大，即ｉ，／ｔ愈大或ｔ／ｉ，愈小，则同步器相对角速度越大；４：设Ｊ为低挡，Ｋ为高挡，因ｌ生≥ｌ＜ｌ生≥ｆ，相同两挡位之间换挡，从高到１Ｉｌｌ０ｋ低换挡比从低到高换挡时相对角速度大；５：空挡起步，可认为‘为００，同步器相对角速度为哆／屯；６：变方向换挡（前进至后退或后退至前进），‘和ｆ，符号相反，同步器相对角速度很大。１７２．３．３同步器主被动部分的转动惯量变速器内的所有旋转构件或者与输入轴相连或者与输出轴相连。把所有与输入轴相连的旋转构件的转动惯量向输入轴转化，可计算出变速器主动部分的转动惯量为：尻＝ｙ芸篙兹转化到变速器输入轴上总的转动惯量为：石＝五＋如（２．８）（２．９）同样的道理，把所有与输出轴相连的运动构件（主传动差速器、车轮和汽车等）的转动惯量向输出轴转化，可以得到变速器被动部分转动惯量为厶２言考＋詈等压，易分别为各旋转构件绕其自身轴线旋转的转动惯量；出轴到驱动轮的传动比。Ｑ。∞式（２．８）～（２．１０）中：以为离合器被动部分绕其自身轴线旋转的转动惯量；缸，ｉｏｊ分别为从输入轴到该构件和输出轴到该构件的传动比；．Ｇｒｋ，厶分别为车重、滚动半径和输再把转动惯量分别向同步器主、被动部分转化，则同步器主、被动部分的转动惯量为Ｊ＝Ｊ武山＝考＝砖对具体的变速器来讲，正和如可以认为是常数。同步转动惯量Ｊ大小与同步器布置位置（毫）有关，因此将同步器布置在高速轴上，可减小同步转动惯量。２．３．４换挡冲量的引入＾，；由式（２．７）可知从Ｘ挡换至Ｙ挡时，其相对角速度为Ａｃｏ＝≥（１一孚），同步ｂｋ时间为，，则平均角速度：山ｌ／西＝Ａｃｏ／ｔ由式（２．６）和（２．１１）可得（２．１１）尼：―Ｊｓｉ―ｎｑｏ．丝经转化得Ｆ，ｔ：―Ｊｓ―ｉｎ＝必一ｃｏｐｃ＆ｔｐｃ＆。（２．１２）由式（２．１２）表明，对于任何同步器换挡来说，换挡力Ｒ与同步时间，的乘积均由同步器本身的结构和换挡时机决定，既省力又能迅速的达到同步是最理想的，也就是说换挡力Ｒ、同步时间ｒ以及换挡力只和同步时间ｆ的乘积越小，同步器的换挡性能越好。冲量是指力的作用对时间的积累效果，换挡冲量反应换档时驾驶员所消耗的体力和换档的快慢程度，为了定量化评价同步器换挡性１８能的优劣，引入换挡冲量肼（ＳｈｉｆｔＩｍｐｕｌｓｅ）或同步冲量（ＳｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎＩｍｐｕｌｓｅ）这一概念，其大小可以由“换挡力．时间一曲线下的面积通过积分求得【２¨，即Ｓ／＝ｆ’Ｅ西衡量同步器换挡性能的优劣。（２．１３）式中：厶一同步时间；凡一换挡力。由此可见，可以用换挡冲量的大小来２．４本章小节本章对接合套换挡过程、接合套换挡存在的缺点、同步器换挡原理及其失效形式进行了详细的分析；建立同步器换挡接合过程的数学模型，推导出通用性强的换挡冲量计算公式为同步器性能评价奠定了数学基础。１９第三章影响同步器换挡性能的参数分析目前，由于现代汽车发动机转速和输出功率在不断地增长，同步器的换挡性能需要不断地进行优化和改善。为了设计和制造出功能更加完善的同步器，文章通过对同步器接合过程数学模型的建立，推导出换挡冲量的数学表达式，从而可以较全面的反应各参数对同步器性能的影响。同步器性能主要包括同步性能和锁止性能，为此，本章将具体分析各参数对同步器性能的影响。３．１同步器性能要求同步器与其他机械系统一样都要求经济性、工艺性及使用性能良好。除了强度、韧度等共性要求之外，同步器还具有其他特殊的要求，即同步性能和锁止性能１２２１，其中同步性能是同步器最基本的性能。因为对偶锥面间构成的摩擦系统在同步过程中起决定性作用，所以，必须对其提出严格要求：ｌ：大的同步力矩功能。采用较小的换挡力在短时间内达到同步势必要求同步器具有较大的同步力矩。这就要求在有界面润滑的情况下，摩擦系统具有较高的动摩擦系数，同时，避免摩擦面沾粘而无法脱开【２孓２４１。２：高耐磨性及稳定的摩擦性能。在要求的载荷和换挡次数范围内，为了保证同步器在寿命期限内具有良好的同步性能，必须要求具有稳定的动摩擦系数，同时，不能在对偶面上造成磨损１２５－２６］。３：较强地抗超载能力。汽车实际行驶过程中，驾驶员在换挡时有可能操作不当。比如在离合器未完全脱开的情况下进行换挡，此时发动机动力并未中断，此刻换挡同步器必须承载较多的能量。在此情况下，摩擦系统必须具有较强的抗超载能力才不至于出现过量磨损以及热过载状况。同步器必须具有较好的锁止性能，从而保证在同步结束之前接合套不能与接合齿圈接合，从而避免了换挡冲击。在同步过程结束之后，同步力矩消失，同步环在拨环力矩的作用下后退一角度，接合套可顺利通过同步环与接合齿圈接合完成换挡操作。因此，在使用寿命期限内，必须定期检查和更换同步器的锁止元件，以保证变速器的正常使用。３．２影响同步性能的主要参数在进行同步器设计时，各零件参数的选取以及结构设计都会对同步器的同步性能产生影响。本节将进一步探讨一些主要的同步器零件设计参数，分析其与同步性能之间的关系，从而同步器设计提供必要的设计准则。３．２．１摩擦面锥面角同步性能最直接的要求就是在确定的换挡力作用下，力求获得最短的同步时间厶。对同步器进行设计时，往往其被动部分的转动惯量Ｚ，及相对角速度Ａｗ２０都已经得到确定，因此，由式【３．１］ｆ２７】可知厶＝山?Ｉ△叫／乃（３―１）式中：兀一同步力矩ｆＪ一同步时间Ｚ，一同步器被动部分转动惯量由式（３．１）得，同步时间矗与同步力矩兀成发比例关系；由式（２―４）可知同步力矩Ｅ与摩擦锥面角矽成反比关系，即减小摩擦锥面角９可缩短同步时间厶。虽然，减小摩擦锥面角矽，可增大同步力矩五，但是，过小的锥面角会使对偶锥面在同步完成后出现“抱死不分开＂现象，这不仅使接合套无法轻易拨正同步环，而且会造成换挡力增大影响换挡平顺性。图３一ｌ为同步器达到同步且同步力只仍然存在的受力简图，此时同步环受力关系为：Ｆｓ＝Ｐ?ｓｉｎｑ》＋段?Ｐ?ｃｏｓｑａ（３－２）图３―１同步器达到同步且同步力仍然存在的受力简图Ｒ一作用在同步器接合套上的换挡力９一摩擦面锥面角尸一作用在摩擦锥面上的正压力从一摩擦锥面的静摩擦系数当换挡力只突然消失时，两锥面随即脱离，此时摩擦力反向，将阻止同步环向右脱开，即两锥面间有抱死不分开的趋势。为避免这种情况发生，必须满足如下条件：Ｐｓｉｎ‘ｏ＞以?Ｐ?ｃｏｓ‘ｏ即ｔａｎｇｏ＞心（３―３）由此可见，应该合理选择同步环材料及摩擦锥面角，即在进行设计同步器时，ｌ：应严格按照式（３．３）和实际的生产制造水平确定最小摩擦锥面角；２：在保证有足够的同步力矩的情况下，应该选择尽可能大的摩擦锥面角以避免抱死的现象发生。３．２．２摩擦锥面有效半径同步力矩乃是衡量同步器同步性能的重要标准，其主要功能是使变速器一轴、二轴在短时间内迅速达到同步，因此，有必要增大同步力矩从而改善其同步性能。由式（２―４）可知，同步力矩兀与同步环摩擦锥面的有效半径足成正２ｌ比，有效半径足越大，则同步力矩死越大，但是受变速器腔体内轴与轴之间的中心距以及零件尺寸的影响，摩擦锥面有效半径足不可能无限制的加大。因此在进行同步器设计时，应该综合考虑变速器腔体内空间布置情况等限制因素，在允许的条件下，应尽量增大摩擦锥面有效半径，从而获得较大的同步力矩兀。３．２．３同步环的结构设计变速器的总体长度受到整车布置的限制，相应地，变速器内各个零件的轴向尺寸也受到变速器的限制不宜过大。但是，为了改善在同步瞬间同步环的散热性能，增强对偶锥面间的耐磨性，因此在设计同步器时，应对同步环工作面宽的进行适当的选择。同步环的截面尺寸严重影响着同步器的同步性能，由于同步环自身刚性较差，当其截面尺寸过小时，在换挡力作用下会产生较大的弹性变形，同步完成后同步环由于弹性恢复容易产生“环箍效应一【２引，从而使换挡困难；此外，当同步环截面尺寸不大时，为了保持滑块槽有一定的深度，势必使滑块槽底部的连接部分变得更薄，在使用过程中，槽底尖角处极易产生裂纹从而导致同步环的早期失效。此外，同步环的截面尺寸亦不宜过大，过大时一方面会使换挡时的瞬间冲量变大从而影响同步性能，另一方面也使耗材增加。图３―２同步环截面状况在进行同步环设计时，由于受总体结构、接合齿的齿数和模数等的影响，常使出的数值受到某种限制而摩擦锥大端的半径尺的确定又常常为了尽可能减小同步冲量而希望尽可能大。很明显，Ｒｓ和Ｒ的尺寸越接近，同步环的截面尺寸就越小。通常按Ｒ＝０．８０～０．８４Ｒｓ式中：足一同步锥大端半径船一同步齿环分度圆半径同步环直径较小时取下限，直径较大时取上限。３．２．４摩擦锥面的后备间隙随着时间的推移同步器对偶锥面摩擦层必然有一定的磨损，图３．３所示，由于径向尺寸的变动，必然导致轴向尺寸的变动，从而致使同步环与接合齿圈进一步靠近。当摩擦层在半径方向上磨损ｌｍｍ，同步环右移ｃｏｔＯｍｍ。显然，如果当口＝７０时，半径方向磨损０．１ｍｍ，同步环右移０．８ｍｍ。可见，势必在同步环和接合齿圈端面留有足够的后备间隙盯，以保证摩擦锥面磨损后的两端面仍然有富裕的间隙，否则同步器在换挡时将不能产生同步效应而失效。一般情况下后备间隙仃的选取应为１．５ｍｍ～２ｍｍ［２９】２２图３―３同步器后备间隙１－同步环２一接合齿圈缈－摩擦锥面角盯一后备量３．２．５同步环内螺纹槽几何参数在设计同步器时，为了获得较大的同步力矩，通常采用提高对偶锥面间的摩擦系数从的方法。摩擦系数除了与选用的材料有关之外，还与工作面的表面粗糙度、润滑油种类和温度等有关。同步环的摩擦系数的提高对同步性能起着至关重要的作用，摩擦系数大，换挡省力或者缩短同步时间；摩擦系数小则反之，甚至失去同步作用。为此，在同步环锥面处制造出破坏润滑油膜的细牙螺纹槽及与螺纹槽垂直的泄油槽，用来保证摩擦面之间有足够的摩擦系数。大量试验证明，同步环内螺纹槽的齿顶宽度对摩擦系数有很大的影响【３０１。雎随齿顶宽度的磨损而降低，换挡费力，故齿顶宽不易过大。螺纹槽设计得大些，可使被刮下来的油存于螺纹之间的间隙中，但螺距增大又会使接触面减少，增加磨损速度。图３．４ａ中给出的尺寸适用于轻、中型汽车；图３．４ｂ则适用于重型汽车。通常轴向泄油槽为６～１２个，槽宽３＂～４ｒａｍ。―――Ｏ．＇Ｏ．２Ｉ―Ｉ山，｜｛Ｌ物历．ｂ）图３―４同步环螺纹槽形式由于同步环设计之初，其材料和润滑油都基本确定，因此，表面形貌特征是进一步提高摩擦系数的关键因子。同步环内螺纹槽主要功能是换挡时同步环移动过程中主要依靠内螺纹槽来排润滑油，从而增大摩擦系数，提高同步性能。但是，同步环内螺纹参数对换挡过程中排油量以及排油速度非常关键，对同步环的摩擦系数也有重要的影响。若内螺纹槽截面积大，则排油性好，因此可考虑增大其截面积；随着螺纹槽齿顶的磨损，摩擦系数降低，导致换挡费力，因此当齿顶宽磨损到一定程度就要及时更换同步环，以免影响整个变速器的正常使用。３．３影响锁止性能的主要参数同步器在同步过程中必须确保其处于锁止状态，从而防止在同步过程中发生接合而产生冲击，因此，势必要求同步器具有优良的锁止性能。３．３．１同步器锁止过程分析如图３．５所示为同步器锁止过程简图，其主要分为两部分图３―５同步器锁止过程简图卜接合齿圈２一同步环３一接合套Ｍ２一拨正力矩冗一同步力矩尼一作用在齿套上的换挡力ｌ：锁止状态的形成。在进行变速器换挡时，作用在同步器接合套上的换挡力凡使接合套齿向同步环花键齿靠近，并在齿斜面上产生拨环力矩Ｍ２，用来拨动同步环使其向后退转，以便使同步器接合套顺利通过同步环与接合齿圈相接合。同时，对偶锥面间产生的同步力矩乃方向与拨环力矩相反，阻止同步器接合套继续移动，如图３．５所示。选择合适的锁止角确保在同步过程中同步力矩大于拨环力矩，从而保证接合套与接合齿圈无法接合，有效避免冲击。２：锁止状态的解除。当同步过程结束之后，同步力矩随即消失，在拨环力矩的作用下将同步环向后拨动一个角度，从而使接合套顺利穿过同步环（图３．５中虚线位置），并继续向前移动与接合齿圈接合。３．３．２同步器锁止条件图３―６同步器锁止过程受力简图卜同步环２一接合套３一同步环花键分度圆凡一作用在接合套上的换挡力２４尸一作用在同步环上的正压力Ｒ一作用在同步环花键齿上的切向力从一花键齿斜面间的静摩擦系数∥一锁止角胁一同步环花键的分度圆半径由图３－６可知，通过受力分析可求得作用在同步环上的正压力ＪＰ和作用在同步环花键齿上的切向力Ｒ：Ｐ＝Ｐ，ｌ［ｓｉｎ（ｐ／２）＋肚?ｃｏｓ（ｐ／２）】（３－４）（３－５）只＝ｐ［ｃｏｓ（ｐ／２）一肛ｓｉｎ够／２）】把（３－４）代入（３．５）可得：月＝Ｆ，［ｃｏｓ（ｆｌ／２）一∥ｃｓ巡∥／２）】／【ｓｉＩｌ够／２）＋肚ｃｏｓ（∥／２）】（３．６）作用在同步环花键齿上的切向力ｊ；将产生拨环力矩Ｍ２，在同步器同步结束时拨动同步环后退一个角度从而解除锁止状态。根据图３―６，拨环力矩Ｍ２为：Ｍ２＝Ｆｔ?硒由式（３．６）可得：Ｍ２＝Ｆａ如［１一／比ｃｔａｎ（ｐ／２）Ｉ／［ｔａｎ（ｐ／２）＋肛】（３－７）为了保证同步器在同步过程中具有优良的锁止功能，作用在同步环上的同步力矩２；必须大于拨环力矩Ｍ２，即：Ｔｓ＞Ｍ２（３．８）将同步力矩兀与拨环力矩Ｍ２之比称之为阻力比，用７表示，即必须保证ｙ＞１成立。因此，在进行同步器设计时必须满足锁止条件，从而确保具有优良的锁止性能。３．３．３锁止角在开始进行同步器设计时，首先应该保证同步性能优良，然后再考虑其锁止性能。因此，在对同步器锁止性能进行分析和研究时，可以认为同步力矩力已经完全确定。当对偶锥面处于同步状态时，必须确保同步器处于锁止状态，从而有效避免换挡冲击和噪音。由同步器锁止条件ｙ＞ｌ可知：当同步力矩兀确定后，势必要保证拨环力矩Ｍ２足够小。由式（３．７）可得：增大锁止角可以获得较小的拨环力矩。当同步状态结束以后，需解除锁止状态以便接合套与接合齿圈顺利接合，从而完成整个换挡操作。此时，需要较大的拨环力矩Ｍ２来拨动同步环后退一个角度，从这个角度来看，锁止角∥应尽量小一些来满足使用要求。在变速器频繁换挡过程中，同步器接合套齿端经常与同步环齿端发生冲击碰撞现象，如图３．５所示，从而使锁止角发生如图３．７所示的磨损，当磨损达到一定程度之后使得实际的锁止角变小，进而会影响锁止条件，因此同步器的锁止角∥亦不能过小。综上所述，锁止角的选取应该综合考虑各方面的限制因素，原则上，应该在满足锁止条件，并且具有一定的富裕量；在满足使用寿命及使用性能的前提下，尽量选取小的锁止角以获得尽可能大的拨环力矩，以便轻易地解除锁止状态实现与接合齿圈的接图３―７同步环锁止角磨损状态简图∥一磨损前的锁止角∥’一磨损后的锁止角３．３．４同步器花键参数同步器花键模数ｍ及分度圆直径ＤＢ的设计对换挡性能也具有一定的影响。１：花键模数ｍ的影响。花键模数直接与同步器锁止状态解除的时间有关，如图３．８所示，在脱挡阶段，推转大模数花键同步环的推转角度大于推转小模数花键同步环，同时，在拨环力矩已经确定的情况下，推转大模数花键同步环所有的时间相对较长，不利于同步器换挡，因此应该尽量采用小模数花键同步环。但是，模数过小会影响花键齿的强度，为了避免齿的疲劳折断，采用在齿根部加大圆角的方法来解决。捌嫌１｜；小馘齿图３―８不同模数花键的推转过程２：分度圆直径眈的影响。从式（３．７）可以得出，增大花键分度圆直径和减小锁止角的效果是一样的，都可以使拨环力矩增大，因此，在保证锁止条件及同步器在变速器内的布置情况的前提下应尽量采用大点的分度圆直径，从而避免干涉。３．４同步器的装配关系同步器是由许多零件如花键毂、同步环等按照合理的装配关系组装起来的部件，其换挡性能的好坏不仅仅与各个零件的结构参数、材料的选取有关而且还与零件之间的装配关系有着密切的关系。在本课题的研究中，同步器换挡冲量的大小也能反应其零件之间的装配关系是否合理。合理的装配关系是零部件满足性能要求的重要前提【６Ｊ，如表３．１所式，给２６出了同步器在装配过程中零件间需要满足的装配关系。表３一ｌ同步器装配关系表形位公差名称符号公差值／ｍｍ锥毂内径对圆锥体，０．０２５表面圆跳动同步环内径与环接合齿端倒角节圆直ｏ０．１０径的同轴度锥毂内径对接合齿倒角面节圆直径的ｏ０．１０同轴度同步环内锥面的圆ｏ０．０５４度锥毂的外锥面的圆度ｏ０．０２５同步环内径与环接上０．１７８合齿端面的垂直度锥毂内径与锥毂端上０．１２７面的垂直度锥毂外锥面和同步≤±４７环内锥角角度偏差３．５本章小结本章首先探讨了同步器性能性能要求，然后分别针对影响同步性能和锁止究同步器换挡性能提供技术前提，为开发功能更加完善的同步器奠定了理论基２７性能的主要参数进行了具体的分析，同时提出同步器零件间的装配关系，为研础。第四章电动换挡机械手的系统设计进行同步器换挡性能试验分析与研究，需要对变速器进行人工难以完成频繁换挡操作，为此需要借助于换挡机械手来完成【３１１。汽车变速器是汽车动力传动系统中的核心部件之一，其主要作用是实现汽车的驱动力和车速可以在较大的范围内变化，其换挡性能的好坏直接影响整个动力传动系统的性能。汽车变速换挡时变速杆的运动轨迹近似为一“王＂字型，驾驶员需要操纵变速杆经中间传动装置最终使选换挡轴实现轴向运动及绕其轴线的旋转运动。图４―１变速器操纵机构示意图如图４－１所示，拨叉轴的两端均支撑于变速器壳体相应的孔中，可以轴向滑动，所有的拨叉和拨块都用弹性销固定在相应的拨叉轴上，换挡臂也用弹性销连接在选换挡轴的一端，平衡块在换挡时起平衡协调作用，选换挡轴沿其轴向运动可以实现选挡操作，绕其轴线的旋转运动可以实现换挡操作，如图４．２所示，由此可见，在变速器换挡换挡时，其选挡轨迹和换挡轨迹互相垂直，当２８要求快速挡位变换时需要选挡运动和换挡运动在运动控制上解藕‘３２１，因此，如何实现选换挡轴的上述两种运动形式是设计换挡机械手的重点工作所在。图４―２选换挡臂示意图４．２换挡机械手的机械系统设计现在很多试验台进行变速器换挡性能试验时，其换挡操作主要还是依靠人工进行。首先人工换挡不仅费时费力，而且换挡时许多试验参数很难测量，其次，疲劳寿命试验时数万次换挡操作，人工难以完成，并且在同步器性能对比性要求严格的试验过程中需有效消除人为因素的影响，因此，在变速器综合性能试验中需要采用自动换挡机械手来代替人手进行换挡操作，其不仅能够准确模拟驾驶员的换挡动作，实现对变速器指定挡位的换挡操作，而且可以有效地减少试验工作量，降低劳动强