課題研究的目的和意義
手動變速箱在換擋時,如果兩個齒輪輪齒轉速不相等時強制掛擋,由於兩齒輪間存在巨大的速度差,會發生衝擊和噪音。這種情況不僅會使掛擋動作變得非常困難,同時會使齒輪的齒端磨損加劇,甚至會造成輪齒折斷。所以,在換擋過程中必須使待齧合的齒輪轉速相等,即同步,才能平順的掛擋而不至於給齒輪造成巨大的損害。這就是同步器的作用。 所以説,同步器的性能好壞直接決定了手動變速箱換擋品質的優劣,同步器質量的好壞也直接決定了手動變速箱的使用壽命的長短[4][5]。汽車是一個由許多零部件組成的複雜機械系統,由於汽車的機械系統的複雜性和同步器工作過程的複雜性,同步器工作過程尚不能通過理論計算或者仿真的手段來進行準確的分析,只有通過試驗的手段才可得到更貼近實際情況的結果。
國內外研究現狀
法國的一家獨立的實驗室 etsm 專業技術與服務實驗室(etsm expertise technology & services )在 2017 年開發了一套用於測試同步器的摩擦性能的試驗枱,如圖 1.1 所示。該試驗枱用電慣量的方法模擬同步器的慣量,用氣動的驅動方式作為同步器加載時的軸向力,其控制和數據採集使用了 ni 公司的 labview及其他配合使用的套件,它能夠用於測試同步器的動力學特性和摩擦性能[8]。
第二種思路的同步器試驗枱的設計方法是在不拆解變速箱的情況下設計試驗枱來研究同步器的性能和壽命。 以整個變速箱為試驗對象來檢測同步器性能和壽命的的試驗方法在國外較早開始了研發,其中日本在這方面的研究較早,已經研發了不同類型的試驗枱,並申請了相關技術專利。具有代表性的是新日本特機株式會社利用電慣量研發的手動變速器試驗枱,該試驗枱機構簡單,以步進電機和啟動系統混合驅動裝置作為動力,可以在不拆解變速箱的情況下進行同步性能試驗、同步耐久性試驗 [10]。
同步性能相關理論分析
解鎖階段——兩圓錐面的轉速相同( 0)後,接合套8 沿鎖環倒角斜面向前滑動與鎖環 3 齧合,此時,接合套 8 可以繼續向前移動; 齧合階段——接合套8平穩而快速的越過同步環3並與待齧合齒輪接合齒圈2 進入齧合; 換擋完成階段——在發動機傳遞來的動力作用下,接合套 8 和待齧合齒輪接合齒圈 2 上的犬齒齒端的倒斜面結構將會繼續保持接合套 8 的接合狀態,駕駛員將會停止施加換擋操作力。
同步器試驗要求
全國汽車標準化技術委員會在 2017 年發佈並實施了中華人民共和國汽車行業標準 qc/t568.3-2017《汽車機械式變速器台架試驗方法‐中型》,該標準明確規定了中型汽車機械式變速器台架試驗方法,qc/t 568.3-2017 主要適用於輸入扭矩為 400nm~800nm,擋位數為 4 擋~7 擋的汽車機械式變速器總成[26][27]。
同步器性能測試的主要內容是測試同步器換擋過程的動態性能。同步器性能測試有以下要求[20]:一、性能測試之前需要進行磨合,一般試驗要求是同步器在設計條件下進行300 次換擋,完成 300 次換擋後要更換潤滑油;二、換擋桿上需要安裝測量換擋力的傳感器,並進行標定;三、試驗時可採用相鄰兩擋間交替換擋或者單向換擋方式進行;四、每次測試需要進行三次試驗取平均值;五、記錄變速器一軸轉速、換擋時間、換擋力(同步力矩)之間的關係曲線,並計算出同步衝量。