DCT同步器設(shè)計方法研究

劉洪巖

摘要：從鎖環(huán)式慣性同步器工作原理及換擋過程出發(fā)，詳細(xì)介紹了DCT同步器總成產(chǎn)品設(shè)計計算過程，并以DCT450產(chǎn)品為例詳細(xì)完成了結(jié)構(gòu)設(shè)計、性能計算、強度校核及試驗驗證等工作。

關(guān)鍵詞：DCT同步器；設(shè)計方法

隨著傳統(tǒng)能源的消耗日驅(qū)嚴(yán)重以及人們生活環(huán)境的日驅(qū)惡化，乘用車作為現(xiàn)代生活的主要消費品，對其燃油經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能減排的要求日漸提高。因此，DCT雙離合變速器成為各大車企爭相研發(fā)的降低燃油指標(biāo)的主要產(chǎn)品之一。

目前，市場上主要的DCT產(chǎn)品以德系為主，如大眾的DQ200、DQ250、DQ380及DQ400等，格特拉克DCT150、DCT250、DCT300等，國內(nèi)則以吉利7DCT和長城7DCT450為主。DCT具有結(jié)構(gòu)緊湊體積小、質(zhì)量輕和傳遞效率高等優(yōu)點，有效改善了整車燃油經(jīng)濟(jì)性。圖1所示為DCT變速器結(jié)構(gòu)示意圖。

DCT根據(jù)離合器主動盤和從動盤之間連接介質(zhì)的不同又分為干式離合器和濕式離合器。干式離合器的傳動效率更高，但是傳遞扭矩能力有限制；濕式離合器傳動效率稍低，但是可以傳遞比較大的扭矩。

同步器作為傳統(tǒng)手動變速器的重要換擋元件，在DCT中同樣發(fā)揮著重要作用。同步器自身的預(yù)同步功能配合雙離合器，雙輸入軸，在無動力切斷的情況下，實現(xiàn)了奇、偶數(shù)擋位獨立的動力傳遞。眾所周知，鎖環(huán)式慣性同步器根據(jù)摩擦原理，使輸入端和輸出端的轉(zhuǎn)速同步，同步器齒套與結(jié)合齒在轉(zhuǎn)速同步前不可能接觸，保證了換擋無沖擊、無噪聲，平順換擋。DCT變速器由于換擋力大，換擋時間短，所以對同步器性能的要求更為嚴(yán)苛。

同步器基本結(jié)構(gòu)和工作原理

同步器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.手動變速器同步器工作原理

同步環(huán)受滑塊傳遞的換擋力的作用，其內(nèi)錐面與錐體外錐面間產(chǎn)生摩擦力，使同步環(huán)相對齒套轉(zhuǎn)過一個角度，齒套結(jié)合齒鎖止面與同步環(huán)結(jié)合齒鎖止面接觸，產(chǎn)生一個正壓力N，正壓力N分解為軸向分力S和撥環(huán)力T，力S推動下使同步環(huán)和錐體之間角速度逐步一致，此時同步環(huán)轉(zhuǎn)過一個角度，齒套通過同步環(huán)繼續(xù)移動與同步錐結(jié)合齒結(jié)合，完成換擋。

2.DCT同步器的換擋特點

DCT同步器換擋過程不同點在于，換擋命令是通過變速器控制單元（TCU），根據(jù)收到的車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、加速踏板開度等信號，根據(jù)控制策略決策發(fā)出的。而手動變速器是通過人腦接收車況、路況信息進(jìn)行手動換擋的。

同步器設(shè)計過程

1.確定輸入條件

（1）空間安裝尺寸 包括徑向尺寸和軸向尺寸。其中徑向尺寸對同步器容量有影響。

（2）變速器檔位分布及各檔速比情況 通過擋位分布和速比情況，可以確認(rèn)同步器位置、動力傳動路線、轉(zhuǎn)速變化及轉(zhuǎn)動慣量等情況。

2.換擋性能目標(biāo)

檢驗DCT同步器換擋性能的非常重要的指標(biāo)是同步換擋時間。根據(jù)筆者多年的經(jīng)驗積累，一般DCT同步器換擋時間控制在0.2～0.3s。

3.同步扭矩容量計算

式中? ?Ts——同步扭矩；

Js——轉(zhuǎn)動慣量，與齒輪系統(tǒng)的質(zhì)量m有關(guān)；

?ω——角速度差；

ts——同步時間；

Td——傳動系統(tǒng)拖拽扭矩。

當(dāng)拖拽扭矩Td對同步換擋起正向作用時，Td取正號，反之，則取負(fù)號。對于干式離合器，拖拽扭矩來自齒輪、軸承之間的摩擦、齒輪攪油等，對于濕式離合器主要考慮來自離合器潤滑油的影響。

4.同步環(huán)基本類型和幾何尺寸的確定

（1）半錐角α 根據(jù)式（2）分析，半錐角過大時，錐環(huán)同步扭矩變小，造成同步不充分進(jìn)而打齒。但是半錐角如果過小，同步環(huán)容易和結(jié)合齒錐面“抱死”，即所謂的“自鎖”發(fā)生。通常會根據(jù)經(jīng)驗公式μc≤tanα來確定半錐角大小。同時考慮到加工誤差、摩擦系數(shù)等不穩(wěn)定因素，通常在此基礎(chǔ)上把α適當(dāng)加大。

（2）鎖止角β 根據(jù)同步器的工作原理，當(dāng)齒套鎖止角和同步環(huán)鎖止角接觸，撥環(huán)力與鎖止力之間形成形成了分力關(guān)系。當(dāng)鎖止角β增大時，同步環(huán)鎖止能力增強，但同時撥環(huán)力矩會減小，影響換擋同步性能?？紤]到加工誤差、材料摩擦系數(shù)的影響，一般要求錐面摩擦力矩Tc和撥環(huán)力矩Ti之間關(guān)系為

（3）同步接近行程 是指從同步環(huán)失去滑塊軸向力到同步環(huán)鎖止角和齒套鎖止角平面接觸為止的行程。該行程根據(jù)經(jīng)驗一般控制在0.2～0.3mm。

（4）后備行程?S 后備行程選擇的原則是一方面保證同步器總成具有規(guī)定的使用壽命，另一方面換擋過程不能產(chǎn)生二次沖擊。一般轎車同步器后備行程1.0～1.5mm?？山Y(jié)合摩擦材料的抗磨損能力進(jìn)行選取。

（5）預(yù)同步行程?S1 即齒套從中間空檔位置向一側(cè)位移至滑塊接觸到同步環(huán)端面位置的這段行程。一般乘用車取0.5～1.5之間，根據(jù)摩擦材料的不同進(jìn)行選取。

8.齒套、齒轂、同步環(huán)、結(jié)合齒花鍵配合的選擇

目前通行的6擋和7擋DCT同步器，其花鍵一般采用小模數(shù)，即1.25～2.0，壓力角一般都取20°。這樣能夠保證傳動的穩(wěn)定性以及降低噪聲。齒套與齒轂之間可大徑定心也可小徑定心或齒側(cè)定心，根據(jù)自身生產(chǎn)技術(shù)水平和主機廠要求選取，配合公差等級推薦H/f或H/e。齒套與同步環(huán)之間采用齒側(cè)定心，配合公差等級推薦兩倍的H/F或兩倍的H/e。齒套與結(jié)合齒之間也采用齒側(cè)定心，配合公差等級推薦H/d。

結(jié)語

DCT變速器作為一種自動變速器，利用傳統(tǒng)同步器元件實現(xiàn)了無間斷的動力傳遞，在很大程度上減少了能源損耗，未來必將成為汽車發(fā)展的主流。

參考文獻(xiàn)：

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