關于變速器各檔位轉動慣量的一種計算方法

李智欽 葉丁 藍健 高道呈

摘 要：本文針對目前整車制造企業關注的變速器各檔換算到輸入軸的轉動慣量當量參數問題，通過變速器總成實例介紹進行探討分析。

關鍵詞：轉動慣量，速比，變速器，回轉運動，動量矩。

轉動慣量是剛體繞軸轉動時慣性的量度，其量值取決于物體的形狀、質量分布及轉軸的位置。

變速器總成中由于各檔位速比，作用齒輪零件的一樣，其轉動慣量也不一樣。

當變速器總成一旦設計定型，其結構形狀和傳動關系也已經確定，各檔位的轉動慣量就已經成為定值。它不僅影響換擋性能及舒適性，還對整車的動力性、燃油經濟性，NVH等有很大的影響。

在計算變速器的轉動慣量時，其零件可以通過3D軟件得出準確的數值，但是對于整個變速器來說，其轉動慣量并不是所有零件轉動慣量的累加。需要通關相應傳動關系及位置關系進行一定的換算才能得出。

1、嚙合回轉體的等效轉動慣量

如圖1，齒輪Z1和齒輪Z2相嚙合傳動，其齒數分別為z1， z2，有驅動力矩M帶動Ⅰ軸角加速度為α1，Ⅱ軸角加速度為α2;同時齒輪Z1受到F'的阻力，F為驅動Ⅱ軸轉動的作用力。

2、各檔位轉動慣量的計算

圖2為市場上一款變速箱內部傳動的結構簡圖，前進檔有6個檔位，倒擋有1個檔位，五檔為直接檔。輸入軸轉動，通過嚙合齒輪和各檔位同步器的作用，傳遞至輸出軸。

在計算各檔位轉動慣量時，需要將各個齒輪、同步器及回轉體，先轉換到中間軸，在通過作用齒輪轉換到輸出軸，得出各檔位的總轉動慣量。

我們以該變速箱為例，一檔齒輪總成、二擋齒輪總成、六檔齒輪總成、倒檔齒輪總成、均位于二軸，三檔齒輪總成、四檔齒輪總成位于中間軸，為方便各檔轉動慣量的計算，我們按一下方法來對變速器各零件的轉動慣量進行疊加和簡化：

所有安裝在中間軸上并與中間軸轉速相等且相對于中間軸軸心做回轉運動的零件（含支撐軸承內圈及其滾動體、各檔位同步器齒轂、滑塊、齒套）的轉動慣量之和為J中間軸;

按照相同定義，一軸及其相關零件的轉動慣量之和為J一軸;二軸及其相關零件的轉動慣量之和為J二軸;

空套于各軸上的檔位齒輪（包括其對應的滾針和同步錐）的轉動慣量分別為一檔J1、二檔J2、三檔J3、四檔J4、五檔J5、六檔J6、倒擋JR、倒檔惰輪J惰輪。

z1-z14分別為對應各齒輪的齒數，z惰輪為倒檔惰輪的齒數。

⑴當變速箱換空檔時，一軸與中間軸轉動，輸出軸無轉動，空套安裝在二軸上的各檔位齒輪通過與中間軸齒輪嚙合轉動。將一檔齒輪、二檔齒輪、六檔齒輪、倒檔齒輪及惰輪的轉動慣量轉化到中間軸為：

由于篇幅所限，本文對變速器總成內部各零件的轉動慣量及傳動關系進行了一些簡化，僅對轉動慣量轉換過程進行了一些分析及探討，以上各計算式，僅適用于與本文所示變速器具有相同或類似結構布局的變速器。應用于具體的變速器檔位轉動慣量計算時，僅供參考。

參考文獻：

[1]《汽車叢書 汽車變速器同步器》? ? ?馬超圣