快速變速機構的建模與工作過程仿真

　　【摘要】為了研究快速變速機構的工作過程，對快速變速機構結構參數最優匹配方面進行研究，介紹了快速變速機構的工作機理，在Pro/e中建立了快速變速機構的三維工作模型，且將模型導入ADAMS中，對導入ADAMS中模型的各部分進行了設置，對快速變速機構工作過程進行了仿真分析。
　　【關鍵詞】快速變速機構 三維建模 仿真
　　【中圖分類號】U461【文獻標識碼】A【文章編號】1009-8585(2011)02-00-02
　　
　　
　　引言
　　同步器是汽車變速器的重要部件，起到使汽車在行駛中平穩換擋，消除沖擊噪聲等作用，能直接影響變速器的使用壽命[1]。因此，研制先進的同步器，對提高汽車技術有著重要意義。同步器使移動車輛的變速器換擋輕便、迅速，無沖擊，無噪聲，且可延長齒輪壽命，提高汽車的加速性能、并節油[2]，故轎車的變速器除倒擋、貨車變速器除I擋、倒擋外，其他擋位多裝用同步器。并要求其轉矩容量較大，性能穩定、耐用。
　　實用新型專利 200620096552.8快速變速機構[3]，用于變速器，與同步器具有相同的功能。由于快速變速機構對換擋起著非常關鍵作用，為了對快速變速機構的優化設計打下基礎，有必要分析快速變速機構的結構和工作原理，建立快速變速機構虛擬樣機，并對其工作過程進行仿真。
　　1 快速變速機構的結構及工作機理
　　1.1快速變速機構的結構
　　快速變速機構結構簡圖如圖1所示，由加工有內花鍵的左齒環1和右齒環2、花鍵轂3、板簧4、螺釘5及螺釘6等組成；左齒環1加工有內花鍵1a，右齒環2加工有內花鍵2a，左齒環1、右齒環2通過螺釘5連接成組合齒環，套在花鍵轂3上，花鍵轂3加工有內花鍵3a，花鍵轂與組合齒環之間通過彈性間隙的牙嵌式常嚙合機構連接；彈性元件板簧4通過螺釘6連接在組合齒環上，花鍵轂3的嚙合齒上設有緩沖槽3c，緩沖槽3c中間高、兩端低，使緩沖槽3c的底部形成兩個斜面；板簧4兩端延伸出的鉤狀結構正好嵌在花鍵轂3嚙合齒的緩沖槽3c內，使板簧4軸向運動時變形小，受力得到緩和；在組合齒環和花鍵轂3連接的嚙合齒之間設有嚙合間隙，用彈性元件板簧4使花鍵轂3上的嚙合齒在不傳遞扭矩的狀態下處于間隙的中間位置，形成一種彈性間隙式結構。
　　1.2快速變速機構的工作原理
　　變速器換檔時，撥叉沿軸向對組合齒環施加換檔力，推動組合齒環帶動花鍵轂作軸向運動，當組合齒環移動至一端的內花鍵與待嚙合齒輪的外花鍵相接觸時，由于組合齒環的內花鍵與待嚙合齒輪的外花鍵齒端都加工有倒角，組合齒環在受到待嚙合齒輪的切向力作用，產生一個與花鍵轂轉動慣性矩相反的扭矩；此扭矩克服板簧的阻力，使組合齒環與花鍵轂之間產生相對轉動，并使組合齒環和花鍵轂一邊的彈性間隙消失為零，另一邊的間隔則增大一倍；在此過程中，組合齒環與待嚙合齒輪的花鍵完成嚙合，從面進入正常的傳動狀態。脫檔時，撥叉沿軸向對組合齒環施加反向換檔力，組合齒環與嚙合齒輪的花鍵退出嚙合，組合齒環與嚙合齒輪的花鍵不傳遞扭矩，組合齒環在板簧的作用下回到原位，組合齒環與花鍵轂之間嚙合間隙兩邊相等，處于下一次換檔的準備狀態。
　　
　　2 快速變速機構工作過程仿真
　　2.1快速變速機構工作仿真模型的建立
　　由于ADAMS的三維建模較為薄弱，所以采用在Pro/e中建立快速變速機構的工作三維模型后，再將模型導入ADAMS中。將模型導入ADAMS后，花鍵轂添加旋轉副和相應的初始轉動速度；組合齒環之間添加接觸，選擇庫侖摩擦力，設定動態摩擦系數為0.1；在沿軸向對拔叉軸施加單向力即換檔力，軸向換擋力按常力輸入[4]。建立好的快速變速機構的三維工作模型如圖2所示。
　　
　　圖2 快速變速機構的三維工作模型
　　2.2快速變速機構的工作過程仿真
　　模型各部分設置好后，進行仿真試驗。將仿真時間設為0.4秒，步數設為100步，設置合適的求解器和求解精度，進行快速變速機構工作過程仿真分析，這樣，在物理樣機制造出來之前就可以對快速變速機構的工作過程進行仿真研究及設計改進。組合齒環隨時間的水平位移如圖3所示，隨著換檔力的增大快速變速機構的同步過程加快。
　　3 結語
　　簡介了快速變速機構的結構及工作機理，在Pro/e中建立了快速變速機構的三維工作模型，且將模型導入ADAMS中，對導入ADAMS中模型的各部分進行了設置，對快速變速機構結合過程進行了仿真分析。為以后對快速變速機構結構參數最優匹配方面進行研究有重要意義。
　　
　　參考文獻
　　[1]于志新.汽車同步器性能及壽命試驗技術的研究[D].大連理工大學，2006.
　　[2]陳訪.虛擬樣機技術在汽車變速器中的應用[D]. 合肥工