摘要：詳細介紹摩擦系數(shù)的試驗方法，利用試驗臺對某款變速箱的一二檔同步器總成進行了試驗，并對同步環(huán)的摩擦系數(shù)進行分析，驗證摩擦系數(shù)變化與同步環(huán)材料磨損之間的對應關系。通過對某變速箱一二檔同步器5萬次試驗數(shù)據進行分析，為同步器單體試驗提供試驗方法和案例，也為不同摩擦材料的性能試驗提供分析依據。

關鍵詞：同步器;汽車試驗;摩擦系數(shù);臺架系統(tǒng)

1 同步器單體試驗臺結構

1.1 同步器等效模型

由于齒輪比和安裝位置的不同，同步器與每個齒輪的慣性和轉速差異存在差異。 下面分析同步器的數(shù)學模型。

同步器主動部分運動方程為：

…………………………….（1.1）

令k=sign（i_y-i_x），則升檔時k=-1，降檔時k=1。

其中：

ω₁：同步器主動部分轉速（一軸轉速）;

T_s：同步扭矩;

T_c：轉換至離合器主動部分的離合器阻力矩;

T_T：轉換至離合器主動部分的變速箱阻力矩;

J：同步器主動部分的總轉動慣量，J= J_T?+ J_C;

J_T：變速箱主動部分轉換至同步器上的轉動慣量;

Jc：離合器轉換至同步器上的轉動慣量;

J_V：轉換至離合器被動部分的總轉動慣量;

ix：換擋動作完成前的傳動比;

iy：換擋動作完成后的傳動比;

從以上分析可以看出：

（1）、升檔時，同步器一軸在T_s作用下轉速下降，降檔時，同步器一軸在T_s作用下轉速上升;

（2）、T_c與T_s的方向始終相反，對同步力矩起到削弱作用，不利于同步過程;

（3）、升檔時T_T與T_s方向相同，有利于同步過程;降檔時T_T與T_s方向相反，不利于同步過程;

（4）、升檔時T_v不利于同步過程，降檔時有利于同步過程。

1.2 摩擦系數(shù)

摩擦系數(shù)是同步器的固有參數(shù)，在同步器工作過程中不會發(fā)生大的變化，只要確定摩擦副材料、同步器環(huán)的中值直徑和同步器的錐角，摩擦系數(shù)就是恒定的。但是，在實際過程中，由于摩擦面狀態(tài)（局部不規(guī)則，毛刺等）、潤滑油流量、系統(tǒng)誤差、接觸面積、潤滑油溫度等同步環(huán)摩擦面有關參數(shù)的影響，實際測量的摩擦系數(shù)有可能將偏離理論值^[1]。經試驗磨合之后，得到的摩擦系數(shù)將會接近理論值，所以摩擦系數(shù)可以作為同步環(huán)磨合效果的評價指標，計算公式如下。

…………….（1.2）

其中：

T為同步扭矩;

F為軸向力;

r₁、r₂、r₃為三個摩擦錐面的中位半徑，沒有則為零;

sinθ₁、sinθ₂、sinθ₃為三個摩擦錐面的錐角正弦，沒有則為零;

μ為摩擦系數(shù)。

以上推導可得，K為常量，由同步環(huán)錐面數(shù)（單錐面、雙錐面、三錐面）、錐面中位半徑、錐角等機械結構共同決定，對于結構上有差異的同步器總成，K值通常也不同，通過對摩擦力矩T和換擋軸向力F的測量可以得到摩擦系數(shù)μ。

1.3 試驗臺架設計

在臺架系統(tǒng)設計過程中，除了考慮各個參數(shù)的精確測量，還應充分保證同步器的工作狀態(tài)與整車姿態(tài)保持一致，比如：同步器的一軸慣量應做成可調節(jié)式，可根據不同的離合器摩擦盤進行慣量調節(jié)^[2];二軸慣量應確保車速的穩(wěn)定，輸出端轉速不受換擋沖擊造成較大的波動;液壓換擋機構要兼具力量控制和位置控制的雙閉環(huán)控制能力;潤滑油系統(tǒng)能夠根據不同的同步器進行流量調節(jié)和溫度控制。

2 摩擦系數(shù)試驗分析

2.1被試件參數(shù)

為了研究同步環(huán)摩擦系數(shù)的試驗方法，本文對某款DCT變速箱的一二檔同步環(huán)進行五萬次以上的耐久性試驗，試驗參數(shù)如下：

試驗樣品包含一套同步環(huán)和一套齒輪配件，同步環(huán)包括一二擋外環(huán)、中間環(huán)、內環(huán)各一個，齒輪配件包括一檔齒輪、二檔齒輪、花鍵齒轂、滑套各一個和三個預同步定位銷。其中，一檔齒輪安裝在靜止端，二檔齒輪安裝在滑動端。

在以下試驗條件下進行不少于50000次的循環(huán)耐久試驗：

2.2 單次同步過程的摩擦系數(shù)

以下是單次同步環(huán)接合過程曲線，數(shù)據曲線能夠匹配同步器接合的三個過程，即預同步階段、同步階段和嚙合齒嚙合階段^[3]。在預同步階段，同步環(huán)處于排油的過程中，隨著油膜逐漸變薄，一軸轉速開始緩慢變化，摩擦系數(shù)μ快速上升;在同步階段，同步環(huán)處于干磨狀態(tài)，一軸轉速在摩擦力矩的作用下開始快速變化，摩擦系數(shù)保持在最大值附近;在嚙合齒嚙合階段，齒轂轉速與檔位齒轉速非常接近，轉速差趨于零，摩擦系數(shù)μ急劇降低。

2.3 摩擦系數(shù)變化趨勢

隨著摩擦次數(shù)的增加，同步環(huán)厚度逐漸變薄，摩擦系數(shù)整體呈降低趨勢，轉速信號選取各次同步過程的最大轉速差，其他信號選取各次同步過程的平均值。

在50000次試驗過程中，摩擦系數(shù)和摩擦力矩的變化關系如下，在整個疲勞試驗過程中同步時間不超過0.21s;摩擦系數(shù)在1000個循環(huán)之前偏高且變化較大，在1000-50000次循環(huán)中有少許下降且趨于穩(wěn)定;減速檔的摩擦系數(shù)稍微高于增速檔，這是因為試驗臺的摩擦效應，試驗臺系統(tǒng)的摩擦損失（軸承、油的拖滯等）在減速時是支持減速過程的，而在加速時是阻礙加速過程。

試驗后經拆解同步器總成發(fā)現(xiàn)，同步環(huán)各錐面均出現(xiàn)一定程度的磨損，但不影響同步器換擋功能。

在運行50050次循環(huán)以后，齒套和接合齒沒有明顯磨損痕跡，一檔和二檔的錐面磨損量分別為0.190mm和0.405mm，外環(huán)端面離內環(huán)端面的距離仍然大于零，分別余下0.410mm和0.392mm，為安全距離。試驗結果顯示試驗成功。

降檔時隨著同步時間增加，同步沖量會增大，升檔時隨著同步時間增加，同步沖量會減小，這與實際經驗完全一致，即換高檔時動作要慢，而換低檔時動作要快。

3 全文總結

本章給出了同步器單體試驗流程和方法，詳細分析了同步環(huán)在摩擦試驗過程中摩擦系數(shù)的變化趨勢，同時和同步環(huán)錐面磨損形成對比。希望對于推廣摩擦材料的試驗方法能夠起到拋磚引玉的作用。

參考文獻

[1] 梁禮明，王祖麟，張振利. 新型變速箱試驗臺的研制與電氣分析.機床與液壓，2005.No.10，80～82

[2] 牛連丁. 變頻器的工作原理和控制方式.科技咨詢導報，2007，第20期

[3] 何莉，張為公等.基于Vx Works 的汽車同步器試驗臺測試系統(tǒng).測控技術，2009，28（11）：40-44.

作者簡介：徐宗卿 男，1987.3，同濟大學 汽車學院（201807），江蘇東海人，中級工程師，本科。

（作者單位：同濟大學汽車院）