小端接觸同步器后備量分析與驗證

王偉

(上海汽車變速器有限公司，上海 201807)

0 引言

同步器系統是動力中斷變速器(MT、AMT)和雙離合器變速器(DCT)內具有決定性影響的關鍵總成，同步器系統一般包括齒套、齒轂、滑塊、同步環、結合齒等。同步器作用是在換擋時同步輸入端與輸出端的轉速差并在換擋結束后傳遞扭矩，保證換擋時齒輪嚙合不受沖擊，使換擋動作方便迅捷，有利于提高汽車的動力性和燃油經濟性[1-2]。其后備量是指同步環與結合齒的軸向裝配間隙，其目的是保證同步環錐面磨損后仍能有效工作[3-4]，如圖1所示。

1 傳統一維尺寸鏈計算后備量

在傳統分析同步器后備量時，先假設摩擦錐面完全接觸，即結合齒和同步環的檢測錐點位置完全重合，再利用一維線性尺寸鏈計算其后備量[5]。圖2為傳統一維尺寸鏈計算后備量圖，圖中xm1±Δxm1為齒輪的左定位面至結合齒右端面的尺寸，xm2±Δxm2為齒輪的左定位面至檢測點的尺寸，xm3±Δxm3為齒環左端面至檢測點的尺寸。則錐面完全接觸下的后備量dx的計算公式

dx=-(xm1±Δxm1)+(xm2±Δxm2)-(xm3±Δxm3)

式(1)中：dm為后備量的名義尺寸。

圖1 單錐面同步器系統

圖2 傳統一維尺寸鏈計算后備量圖

由上述可知，傳統一維尺寸鏈計算后備量未考慮同步環與結合齒錐點接觸位置對后備量的影響，這樣對于小端接觸的同步環來說，其實測值與理論計算存在較大的出入，因此文中采用二維尺寸鏈計算小端接觸同步環的后備量，具體計算方法如下。

2 二維尺寸鏈圖解法計算后備量

由于同步環與結合齒為小端接觸，導致接觸點與檢測點位置不一致，因此后備量需要采用二維尺寸鏈圖解法進行計算[6]。圖3為小端接觸二維尺寸鏈計算圖，即當結合齒和同步環錐面采用小端接觸時，同步環的檢測點相對于結合齒的檢測點向外平移長度為dc的一段距離。因此小端接觸的后備量應比錐面完全接觸的后備量多dc這段長度。圖3中結合齒的摩擦錐角為θ1，同步環的摩擦錐角為θ2，由于采用小端接觸，同步環錐角θ2大于結合齒錐角θ1，結合齒檢測點位置A(x2，y2)、齒環檢測點位置B(x2+dc，y2)，齒環的檢測點至接觸點的軸向長度為c。

圖3 小端接觸二維尺寸鏈圖解計算后備量圖

圖3中結合齒錐面投影的直線方程為

同步環錐面投影的直線方程為

(3)

聯立方程(2)(3)即可得出兩錐面接觸點的x坐標值：

由圖3可知，兩錐面接觸點的x坐標值；

x=x2+dc+c

(5)

聯立公式(4)(5)可得：

聯立方程(1)(6)可得錐面小端接觸下的后備量dt為

dt=dx+dc

由上述可知，對于小端接觸的同步器系統來說，采用二維尺寸鏈計算的后備量大于一維尺寸鏈計算值，且同步環與結合齒錐面角度差越大，二者差異越大。

3 驗證分析

現以某變速器三擋單錐面同步環為研究對象，表1為某一變速器三擋單錐面同步器系統10組實測值，其中第1～5組同步環與結合齒錐面角度差為0.25°～0.32°，為理論設計中上差；第6～10組同步環與結合齒錐面角度差為0.08°～0.13°，為理論設計中下差。

表1 某一小端接觸同步器系統實測值

表2是采用上述兩種方案理論計算后備量與實測后備量對比。

表2 某一小端接觸同步器后備量對比分析

通過表2可知：對于錐面角度差較大的第1～5號同步器系統來說，采用一維尺寸鏈計算的后備量與實測值出入較大，誤差為17%～19%；而對于錐面角度差較小的第6～10號同步器系統來說，采用一維尺寸鏈計算的后備量與實測值也存在一定誤差，誤差為5%～9%；而對于二維尺寸鏈分析，不管錐面角度如何分布，其理論計算后備量與實測值接近，誤差值為-1%～2%，說明采用二維尺寸鏈計算的后備量更加準確可靠。

4 結論

(1)對于小端接觸的同步器來說，由于同步環與結合齒錐面角度差造成二者接觸點后移，因此采用二維尺寸鏈計算的后備量大于一維尺寸鏈計算值。

(2)對于小端接觸的同步器來說，同步環與結合齒錐面角度差越大，同步器系統后備量越大；同步環的檢測點與接觸點軸向距離c越大，同步器系統后備量越大。

(3)對于小端接觸的同步器來說，實測后備量值與一維尺寸鏈計算值誤差最大達19%，而采用二維尺寸鏈計算的誤差僅-1%～2%，此說明二維尺寸鏈計算的后備量比較準確可靠。