汽车变速箱换挡同步器零部件试验台的研制

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

Development of Vehicle Transmission Shifting Synchronizer Component Test BenchYIN Jian·ping(Nanjing Electric Meter Factory，Nanjing 210000，China)Abstract：For the purpose of performance and fatigue tasting of component including synchronizer，a test bench is specialy devel-oped and designed to record rol speed，shifting force，synchronous displacement，synchronous time，axial force，synchronoustorque，etc.during shifting.Furthermore，friction factor between synchronizerS tapered surfaces can be calculated to forecast theperformance and fatigue lifecycle of synchronizerS friction materia1。

Key words：synchronizer；sensor；shifting machine0 概述随着社会的进步和科技的发展 ，汽车已进入了寻常百姓的生活，如今人们对汽车的安全 、可靠、舒适等品质性能的要求也越来越高。变速器的性能是整车性能最重要的组成部分之-，其换档的操作性、平顺性和工作寿命也直接影响汽车的品质性能。同步器的应用极大地提高了变速器换档时的操作性和平顺性 ，改变了没用同步器时换档需要两次脚踏离合器换档的操作方法 ，减少了驾驶员的紧张度和疲劳度，增加了驾驶员的安全感和舒适感，同时提高了变速器和传动系的使用寿命。而同步器的品质性能直接决定了变速器换档时的冲击、噪声、换档力的大型换档时长，同步器的使用寿命也影响了变速器的可靠性和工作寿命。

汽车试验是保证汽车品质性能的最重要最直接的手段，同步器试验台就是同步器的性能品质和工作寿命的专门测试设备，该设备可对同步器的结构、锥环摩擦副材料、润滑状态、操作性能和工作寿命等作出定量分析，验证同步器的品质性能和工作寿命，同步器试验台广泛应用于同步器生产中的产品品质抽检和新产品研发中的性能验证，从而为同步器产品的优化设计提供科学依据。

感器；(7)机械手；(8)转速传感器；(9)可换模拟惯量盘；(1O)齿毂轴(-轴)；(11)支撑架；(12)惯性飞轮；(13)主传动轴；(14)试验仓；(15)同步齿轮夹具；(16)力传感器；(17)扭力臂；(18)传感器支座；(19)力传感器；(20)主测力轴等构成同步器试验台机构台架本体部分。其中同步器零部件为：(A1)A侧齿轮；(A2)A侧锁环；(C)齿毂；(D)啮合套；(B1)B侧齿轮；(B2)B侧锁环等组成。

图 1 试验台机械结构图2 工作原理1 机械结构同步器试验台由-台变频电动机拖动，模拟发动机输试验台结构如图 1所示。由(1)电动机；(2)同步带 出转速，通过同步带轮和同步带驱动装有惯性飞轮的主传轮；(3)同步皮带；(4)换档拨叉；(5)力传感器；(6)位移传 动轴旋转，主传动轴为-空心主轴，在空心主轴中装有齿作者简介：殷剑萍 (1959-)，男 ，江苏江阴人，工程师，主要研究方向为机械结构设计。

· 46· htp：∥ZZHD.chinajourna1.net.cn E-mail：ZZHD###chainajourna1.net.cn《机械制造与自动化》· 机械制造 · 殷剑萍 ·汽车变速箱换挡同步器零部件试验台的研制毂轴，相当于变速器中的输入轴(以下称-轴)，-轴的外端装有模拟同步器转动惯量的可换模拟惯量盘和测量-轴转速的转速传感器，-轴的内端装有齿毂，主传动轴内端和主测力轴内端分别装有用于固定齿轮的夹具，主测力轴外端装有扭力臂和轴向力传感器，扭力臂下端装有扭力传感器，机械手上也装有拉压力传感器和直线位移传感器 ，这样在做实验时，就可分别测得-轴转速、换档力、同步位移、轴向力、摩擦力矩等可量化反应同步器性能的物理参数。

机械手由液压系统驱动，油缸的前进后退即为机械手挂档、摘档动作，液压系统压力大婿定机械手换档力的大小 ，油缸的运动速度决定机械手的换档速度。

计算机系统对变频电动机转速、液压系统的压力，油缸的前进后退方向、速度等进行实时控制。

在变频电动机驱动下，主传动轴开始转动，达到某-设定转速后 ，机械手向A侧推动换档拨叉 ，拨叉又推动啮合套在同步器的作用下，使齿毂轴达到与主传动轴同-速度。然后，机械手摘档向B侧挂档 ，沿轴 向作用在啮合套上的换档力 F，推着啮合套并带动滑块和 B侧锁环移动 ，直至 B侧锁环锥面与 B侧齿轮的锥面接触，由于承载 B侧齿轮的主测力轴受到轴向力传感器和扭力传感器的约束，主测力轴的轴向移动和转动受到限制，因此作用在锥面上的法向力与锥面之间存在角速度差 △ ，导致在锥面上产生-摩擦力矩 ，使得锁环相对于啮合套和滑块转过-个角度，并受到滑块-侧面的定位，这时啮合套的齿端与锁环的锁止端的锁止面接触 ，使得啮合套移动受阻，同步器处于锁止状态，挂档第-阶段完成，这时挂档力将锁环继续压在同步齿轮锥面上，并使摩擦力矩增大 ，同时在锁止面上作用有-个与之方向相反的拨环力矩。随着同步齿轮与锁环的角速度逐渐接近，在角速度到达相等的瞬间，同步过程结束，换档的第二阶段完成。这时摩擦力矩消失，拨环力矩使锁环回位，两锁止面分开，同步器解除锁止状态，啮合套在换档力作用下通过锁环与齿轮上的结合齿啮合，完成同步换档。

在换档同步过程中产生的转速、换档力、同步位移、轴向力、摩擦力矩等所有物理量都由计算机数据采集系统采集存储，经分析软件处理还可以分析每次换档同步时间，计算平均摩擦系数，将各项数据在同-时间轴上绘制的曲线实时显示(图 2)。

图 2 数据曲线图Machine Building日Automation， ”2013，42(4)：4648，783 平均摩擦系数计算由于在试验中已测得换挡时产生的轴向力 F、角速度差 △ 、摩擦力矩 和同步时间，同时同步时必须有的摩擦力矩摩擦力矩可由公式表示为：： (1)式中：.，，为可换模拟惯量盘、齿毂轴、齿毂、啮合套和滑块的转动惯量； 为同步时间；△ 为锁环与齿轮之间的角速度差。

摩擦锥面上的法向合力(图 3)为：F ÷ (2)式中：13/为摩擦锥面的半锥角。

可得摩擦面上的摩擦力矩为：： ： (3)式中I厂为摩擦锥面间的摩擦因数；R为摩擦锥面平均半径。

将式(3)代入式(1)中，得到换档时的摩擦力矩方程式为：.，， (4)由此可得摩擦锥面间的摩擦因数公式为：产 sin (5) ， 同步器产品的研制开发和生产检验人员，依据以上试验计算所得数据，就可判断出同步器品质的优劣和失效与否。

图3 摩擦锥面受力示意图4 液压系统特点机械手的换档动作由液压系统驱动的-个油缸操纵 ，油缸的前进后退，操纵机械手进行挂档摘档。液压系统的原理如图 4所示。

(下转第 78页)· 47·· 机械制造 · 谢秉顺，等 -铁路客车底架牵引梁改进及加工工艺图6为成型的牵引梁。

3 结语图6 成型的牵引梁通过用钢板进行折弯，局部焊接成型的牵引梁，经车体组装后静强度试验和工况测试 ，强度、刚度和稳定性等性能指标均完全符合标准要求，减少了应力集中，性能良好，降低了成本，提高了工作效率，使用运行中，经过实际检验，在品质、安全上都到得了良好的效果，能满足各种出口车辆和国内高速车辆使用条件，目前已获广泛应用，并获得了国家发明专利。