雙離合自動變速器撥叉耐磨性的快速驗證方法

王銅奎，祁穩，郭應清

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

雙離合自動變速器撥叉耐磨性的快速驗證方法

王銅奎，祁穩，郭應清

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

換擋撥叉是變速箱換擋系統的直接執行元件，主要作用是在換擋力作用下推動高速旋轉的同步器齒套來回移動，實現變速箱檔位的切換。在移動過程中，存在接觸摩擦，必然導致磨損，所以撥叉該位置需要進行特殊處理，以提高其耐磨性能。耐磨性能是否滿足整機要求，需要進行試驗驗證，本文從驗證撥叉耐磨性能入手，結合等效摩擦功原理，基于自動變速箱提出一種實現撥叉耐磨性能的快速驗證方法。

雙離合自動變速器；換擋撥叉；耐磨；試驗方法

CLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)20-97-03

引言

雙離合器變速器（Double Clutch Transmission，簡稱DCT）已成為國內自動變速器行業發展的趨勢，已在各汽車主機廠形成共識。相較于傳統手動變速箱，DCT的選換擋操作具有換擋時間短、換擋力大、換擋頻繁的特點，總換擋次數達到百萬次級別。

換擋撥叉作為DCT換擋系統的直接執行元件，其主要作用之一是在換擋力作用下推動高速旋轉的同步器齒套來回移動，實現檔位的切換，在換擋過程中撥叉與同步器接觸位置，即撥叉叉腳處存在摩擦，必然產生磨損現象，該磨損可能會導致變速箱換擋異響，甚至失效，故叉腳一般通過熱處理或噴涂耐磨材料以及包覆高分子材料等工藝提高該處耐磨性能，并定義變速箱整個壽命區間的磨損量范圍。

文章從撥叉耐磨性研究入手，采用等效摩擦功原理，結合 DCT設計一種快速驗證方法，以獲得較為可靠的試驗結果。

1 試驗原理及方法

傳統的驗證撥叉叉腳的耐磨性能試驗主要為整機同步器撥叉疲勞耐久試驗和整車耐久路試，以上兩種試驗可全面的考察撥叉的性能，但該兩種試驗周期較長，若只驗證撥叉的耐磨性能是否滿足要求，提出通過控制換擋力、摩擦時間、齒套轉速來等效變速箱同步器撥叉疲勞耐久試驗中產生的摩擦功原理，來縮短試驗周期，快速可靠的得出材料的耐磨性能是否滿足整機需求。

1.1 撥叉摩擦功計算

1.1.1 摩擦功定義及計算公式

摩擦功的定義是相互摩擦的零件為克服摩擦力而消耗的功，計算公式如下：

其中W為摩擦功，F為摩擦力，s為位移。

根據公式定義，在撥叉疲勞耐久試驗中，在撥叉整機壽命試驗中，叉腳進行一次換擋產生的摩擦功如下：

式中 F：換擋力，單位N；

μ：摩擦副的動摩擦因數；

v：齒套轉速，單位rpm；

t：摩擦時間，單位s；

d：齒套直徑，單位m。

由于該快速耐磨試驗與撥叉整機壽命試驗的工作環境相同，故排除溫度、潤滑等因素對磨損的影響。

1.1.2 摩擦功計算

同步器撥叉疲勞耐久試驗是依據變速箱載荷譜進行轉化并加強后得出，下表是變速箱結合（X+1）檔位，進行X檔和X+2檔的4種試驗循環：

表1

下圖是試驗中一次掛X檔時換擋撥叉位移和換擋壓力曲線的變化過程。

圖1 換擋過程撥叉位移和換擋力曲線

圖中，藍色曲線為撥叉位移曲線，黑色為換擋壓力變化曲線，t1～t2為整個換擋過程的時長，可以發現整個換擋過程中，換擋壓力的建立有比較較大的波動。

根據實測數據，在換擋過程的不同階段，換擋力的大小、接觸時間都不同，如下圖所示：

圖2 摩擦功示意圖

圖中陰影部分的面積乘以動摩擦系數即為一次換擋過程中換擋力產生的摩擦功，在計算一次換擋過程中產生的摩擦功，將整個換擋過程分成若干階段，分別計算產生的摩擦功，如圖中藍色直線將陰影面積分割成若干三角形和矩形便于計算摩擦功，后將各階段產生的摩擦功求和，計算出一次換擋過程產生的摩擦功，根據總的換擋次數計算該工況下產生的摩擦功，同理計算出所有工況，計算出掛X檔的總摩擦功，其他檔位同理。

1.2 等效摩擦功

為縮短試驗周期，可通過控制摩擦時間、提高轉速，加大換擋力等方法實現，確保最后各檔位的摩擦功與整機同步器撥叉疲勞耐久試驗的摩擦功等效。

該試驗時在整機中進行，可以忽略溫度、潤滑等影響，完全模擬整機同步器撥叉疲勞試驗的工作環境，在等效計算轉換過程中，摩擦時間控制在1s之內，通過調整換擋力，設計同一個撥叉控制的兩個檔位的循環次數基本相同，同時在試驗開始前對液壓系統與電控系統提供的換擋力在不同溫度下進行標定，以實現換擋力的精確控制。

1.3 試驗循環

根據變速箱檔位的布置情況以及液壓控制系統的控制原理，控制變速箱各檔位撥叉換擋力及加載時間進行循環，為縮短時間，可對變速箱進行適當改制，以達到輸出軸 1、輸出軸2上兩個撥叉同時進行試驗循環，同時通過編制腳本，實現試驗的自動循環控制。

2 實際應用

在筆者參與的某款DCT產品的開發設計過程中，撥叉叉腳的耐磨處理工藝進行了變更，由熱噴涂耐磨材料更換為注塑，如圖3所示。

熱噴涂材料的耐磨性能，前期進行過多輪次的整機疲勞試驗以及整車路試，對于撥叉叉腳涂層的磨損量有全面的試驗數據，采用本文所提快速耐磨試驗進行驗證，結果各檔位撥叉磨損量與整機疲勞試驗基本相當，而試驗周期從原來的45天縮短為3天，極大的縮短了試驗周期。后更改為注塑工藝后，對其耐磨性能進行了整機疲勞試驗和快速耐磨試驗，發現對于磨損量，兩個試驗結果基本相當，再次證明試驗設計的可靠性和合理性。

圖3 熱噴涂和注塑

3 總結

文章闡述了一種驗證 DCT撥叉耐磨性能的快速驗證方法，通過引入等效摩擦功原理，對變速箱整機疲勞試驗各檔位產生的摩擦功進行轉換計算，并通過對整機的適當改制和標定，以及控制程序編制等手段實現相關輸入參數的精確控制。

文章對該試驗方法進行了驗證，試驗結果證明了試驗設計方法的合理性和可靠性，針對撥叉的耐磨性，可實現快速的整機類驗證，大大縮短了試驗周期。

[1] 瑙海姆.汽車變速器理論基礎、選擇、設計和應用（德）.宋進桂等譯.—北京：機械工業出版社,2013.1.

[2] 溫詩鑄.摩擦學原理.清華大學出版社.

[3] 劉啟躍.摩擦學基礎及應用.西南交通大學出版社.

A quick verification method for wear resistance of shift fork of DCT

Wang Tongkui, Qi Wen, GuoYingqing
（Anhui jianghuai automobile group co., LTD. Technology center, Anhui Hefei 230601）

The shift fork is the direct actuator of the gearbox shift system. The main functionof shift fork is to realize the switching of the gearswith pushing the high-speed rotating synchronizer gears back and forth under the shift force. During the process of moving, the contact friction will inevitably lead to wear and tear, so the location of the general fork needs wear treatment, to improve its wear resistance.Whether or not the wear resistance reaches the gearbox requirements, test verificationshould to betestified. This paper researches the wear resistance performancewith automatic transmission,contacting with the principle of equivalent friction work, to suggesta method which can testing wear resistance of the shift fork very rapidly.

Double clutch automatic transmission; shift fork; wear; test method

U467.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)20-97-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.20.034

王銅奎，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心。