课题研究的目的和意义
手动变速箱在换挡时,如果两个齿轮轮齿转速不相等时强制挂挡,由于两齿轮间存在巨大的速度差,会发生冲击和噪音。这种情况不仅会使挂挡动作变得非常困难,同时会使齿轮的齿端磨损加剧,甚至会造成轮齿折断。所以,在换挡过程中必须使待啮合的齿轮转速相等,即同步,才能平顺的挂挡而不至于给齿轮造成巨大的损害。这就是同步器的作用。 所以说,同步器的性能好坏直接决定了手动变速箱换挡品质的优劣,同步器质量的好坏也直接决定了手动变速箱的使用寿命的长短[4][5]。汽车是一个由许多零部件组成的复杂机械系统,由于汽车的机械系统的复杂性和同步器工作过程的复杂性,同步器工作过程尚不能通过理论计算或者仿真的手段来进行准确的分析,只有通过试验的手段才可得到更贴近实际情况的结果。
国内外研究现状
法国的一家独立的实验室 etsm 专业技术与服务实验室(etsm expertise technology & services )在 2017 年开发了一套用于测试同步器的摩擦性能的试验台,如图 1.1 所示。该试验台用电惯量的方法模拟同步器的惯量,用气动的驱动方式作为同步器加载时的轴向力,其控制和数据采集使用了 ni 公司的 labview及其他配合使用的套件,它能够用于测试同步器的动力学特性和摩擦性能[8]。
第二种思路的同步器试验台的设计方法是在不拆解变速箱的情况下设计试验台来研究同步器的性能和寿命。 以整个变速箱为试验对象来检测同步器性能和寿命的的试验方法在国外较早开始了研发,其中日本在这方面的研究较早,已经研发了不同类型的试验台,并申请了相关技术专利。具有代表性的是新日本特机株式会社利用电惯量研发的手动变速器试验台,该试验台机构简单,以步进电机和启动系统混合驱动装置作为动力,可以在不拆解变速箱的情况下进行同步性能试验、同步耐久性试验 [10]。
同步性能相关理论分析
解锁阶段——两圆锥面的转速相同( 0)后,接合套8 沿锁环倒角斜面向前滑动与锁环 3 啮合,此时,接合套 8 可以继续向前移动; 啮合阶段——接合套8平稳而快速的越过同步环3并与待啮合齿轮接合齿圈2 进入啮合; 换挡完成阶段——在发动机传递来的动力作用下,接合套 8 和待啮合齿轮接合齿圈 2 上的犬齿齿端的倒斜面结构将会继续保持接合套 8 的接合状态,驾驶员将会停止施加换挡操作力。
同步器试验要求
全国汽车标准化技术委员会在 2017 年发布并实施了中华人民共和国汽车行业标准 qc/t568.3-2017《汽车机械式变速器台架试验方法‐中型》,该标准明确规定了中型汽车机械式变速器台架试验方法,qc/t 568.3-2017 主要适用于输入扭矩为 400nm~800nm,挡位数为 4 挡~7 挡的汽车机械式变速器总成[26][27]。
同步器性能测试的主要内容是测试同步器换挡过程的动态性能。同步器性能测试有以下要求[20]:一、性能测试之前需要进行磨合,一般试验要求是同步器在设计条件下进行300 次换挡,完成 300 次换挡后要更换润滑油;二、换挡杆上需要安装测量换挡力的传感器,并进行标定;三、试验时可采用相邻两挡间交替换挡或者单向换挡方式进行;四、每次测试需要进行三次试验取平均值;五、记录变速器一轴转速、换挡时间、换挡力(同步力矩)之间的关系曲线,并计算出同步冲量。