探析鎖環(huán)式同步器的參數(shù)優(yōu)化工作

曹廣玉

摘 要：在同步器的使用中，結(jié)合同步器的工作原理，研究同步器的參數(shù)優(yōu)化，可以縮短同步器同步的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)高速、平穩(wěn)的同步器換擋，同時(shí)，對(duì)于相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化也可以提高同步其使用的可靠性，節(jié)省工作時(shí)?；诖?，下面，本文以鎖環(huán)式同步器為例，探析鎖環(huán)式同步器的參數(shù)優(yōu)化工作。

關(guān)鍵詞：鎖環(huán)式同步器；參數(shù)優(yōu)化；優(yōu)化工作；分析探討

引言：在當(dāng)前的發(fā)展背景下，許多機(jī)械產(chǎn)業(yè)有了巨大的改變，而同步器則是現(xiàn)今機(jī)械產(chǎn)業(yè)使用較為廣泛的一個(gè)零件，同步器對(duì)于機(jī)械中變速箱換擋的使用有著極大的推動(dòng)作用，同步增加為同步器這一零件有效的提高了同步的吻合度，實(shí)現(xiàn)換擋時(shí)的平穩(wěn)性。而作為比較常見的鎖環(huán)式同步器來說，國(guó)內(nèi)研究的大多數(shù)是同步器的理論與工作原理，因此，鎖環(huán)式同步器的參數(shù)優(yōu)化工作是現(xiàn)今比較多的一種研究，通過研究鎖環(huán)式同步器的參數(shù)優(yōu)化可以有效地對(duì)同步器進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，進(jìn)而找出適合不同機(jī)械使用的同步器，提高同步器的使用壽命，也為相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展降低經(jīng)濟(jì)成本。所以，下面，本文將會(huì)分析鎖環(huán)式同步器的基本原理，進(jìn)而分析鎖環(huán)式同步器的參數(shù)優(yōu)化工作。

一、鎖環(huán)式同步器

1.同步器介紹

同步器有多種結(jié)構(gòu)形式，目前汽車上廣泛采用摩擦慣性式同步器。它是依靠摩擦作用實(shí)現(xiàn)同步的。結(jié)構(gòu)上除有接合套、花鍵轂、對(duì)應(yīng)齒輪上的接合齒圈外，還增設(shè)了使接合套與對(duì)應(yīng)齒圈的圓周速度迅速達(dá)到同步的機(jī)構(gòu)，以及阻止兩者在達(dá)到同步之前接合以防止沖擊的機(jī)構(gòu)。鎖環(huán)式同步器是其中一種，其結(jié)構(gòu)緊湊，但徑向尺寸小、錐面間摩擦力矩較小，多用于傳遞轉(zhuǎn)矩不大的轎車和輕型貨車的變速器。

2.鎖環(huán)式同步器主要參數(shù)

2.1.摩擦系數(shù)f

汽車在行駛過程中換擋，同步器工作頻繁。同步器是在同步環(huán)與連接齒輪之間存在角速度差的條件下工作，要求同步環(huán)有足夠的使用壽命，應(yīng)當(dāng)選用耐磨性能良好的材料。為了獲得較大的摩擦力矩，又要求用摩擦因數(shù)大而且性能穩(wěn)定的材料制作同步環(huán)。另一方面，同步器在油中工作，使摩擦因數(shù)減小，這就為設(shè)計(jì)工作帶來困難。（1）銅合金環(huán)：適用于小噸位、小扭矩變速箱（2）鋼環(huán)增磨處理：噴鉬、非金屬摩擦材料環(huán)。其中，噴鉗比較成熟，在銦質(zhì)或球墨鑄鐵同步環(huán)的錐面上噴鍍一層鉬（厚約0.3～0.5m），使其摩擦因數(shù)在鋼與銅合金摩擦副范圍內(nèi)，而耐磨性和強(qiáng)度有顯著提高。也有的同步環(huán)是在銅環(huán)基體的錐孔表面噴上厚0.07～0.12mn的鉬制成，噴鉬環(huán)的壽命是銅環(huán)的2～3倍。摩擦因數(shù)除與選用的材料有關(guān)外，還與工作面的表面粗糙度、潤(rùn)滑油種類和溫度等因素有關(guān)。作為與同步環(huán)錐面接觸的齒輪上的錐面部分與齒輪做成一體，用低碳合金鋼制成。對(duì)錐面的表面粗糙度要求較高，用來保證在使用過程中摩擦因數(shù)變化小。若錐面的表面粗糙度差，在使用初期容易損害同步環(huán)錐面。

2.2換擋參數(shù)

在同步器的使用中，同步器的主要功能就是對(duì)于設(shè)備起一種推動(dòng)作用，提高操作的舒適性，而同步器的主要工作位置就是換擋是對(duì)于換擋的控制，在這個(gè)時(shí)候，就產(chǎn)生了換擋參數(shù)，換擋參數(shù)是指在換擋過程中變速器工作不斷變化產(chǎn)生的參數(shù)。換擋參數(shù)的確定對(duì)于同步器的使用壽命、以及內(nèi)部零件損壞程度的降低有著極大的促進(jìn)作用，因此，研究換擋參數(shù)的優(yōu)化是極為重要的。

二、鎖環(huán)式同步器的參數(shù)優(yōu)化

上面，本文簡(jiǎn)單介紹了同步器的分類，以及鎖環(huán)式同步器的概念，進(jìn)而分析了鎖環(huán)式同步器使用過程中需要重視的幾個(gè)參數(shù)，依據(jù)此，可以看出，鎖環(huán)式同步器的使用過程中對(duì)于相關(guān)參數(shù)的研究以及優(yōu)化是很有意義的。因此，下面，本文將會(huì)分析一些有關(guān)鎖環(huán)式同步器參數(shù)的優(yōu)化方案，對(duì)于鎖環(huán)式同步器的使用提供一點(diǎn)參考意見，提高鎖環(huán)式同步器的工作效率。

1.建立優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型

1.1設(shè)計(jì)變量

1.2目標(biāo)函數(shù)。以同步器同步時(shí)間最短作為目標(biāo)。

1.3約束條件

性能約束和邊界約束如下：對(duì)于同步器各個(gè)零件的尺寸設(shè)計(jì)，必須保證在任何軸向力下，摩擦錐面的力矩大于鎖止面上方向相反的撥環(huán)力矩，μ1是材料的特性可作常數(shù)，即可得約束條件為μ≥R2（1-μ1tanβ）sinαtanβ+μ1（17）為防止同步環(huán)與接合錐面自鎖的約束條件tan α≥μ（18）摩擦錐面的強(qiáng)度約束條件，摩擦錐面的比壓 P應(yīng)滿足條件P =FAs=FN2πR1b≤[P]（ 19）式中，b為錐面工作寬度； As為摩擦錐面面積；[P]為比壓許用值，取[P]= 2 000 k Pa。錐面平均半徑與錐面工作寬度之比，滿足條件2≤R1b≤5（20）

2.Matlab優(yōu)化設(shè)計(jì)

利用Matlab軟件特有的一種工具箱設(shè)計(jì)針對(duì)同步時(shí)間優(yōu)化的程序幫助我們進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，因?yàn)?Matlab語(yǔ)言提供了一些專用的函數(shù)用于優(yōu)化問題的求解，所以使用Matlab 工具箱進(jìn)行此類問題的優(yōu)化是比較方便的。通過分析目標(biāo)函數(shù)和約束條件，這是一種有約束的多元函數(shù)最小值的求解，于是首先建立非線性約束條件的M文件，按程序輸入某轎車的原始數(shù)據(jù)，最后得到模型參數(shù)的最優(yōu)解。

3.換擋參數(shù)的優(yōu)化

在鎖環(huán)式同步器的使用中，主要就是換當(dāng)時(shí)對(duì)于換擋力的控制問題，合適的換擋力才能產(chǎn)生合適的同步力，進(jìn)而產(chǎn)生合適的同步力矩，合理的控制同步器的換擋，延長(zhǎng)同步器的使用壽命。因此，在不同的同步器使用時(shí)，換擋參數(shù)時(shí)必須要慎重選擇的，不同的換擋參數(shù)對(duì)于不同的同步器所起的效果是截然不同的，在鎖環(huán)式同步器的使用中，就要注意針對(duì)各種車型選擇正確的換擋參數(shù)，優(yōu)化換擋參數(shù)的同時(shí)，提高同步力，達(dá)到換擋時(shí)所需的同步力矩的要求，進(jìn)而提高同步器的使用壽命，叫聲工作時(shí)間，降低經(jīng)濟(jì)成本。

結(jié)束語(yǔ)：通過上述本文的分析可知，隨著現(xiàn)今科技的發(fā)展，同步器的研究越來越多，相對(duì)于國(guó)外來說，雖然有些差距，但正在不斷地趕上這些差距，不斷的發(fā)展同步器的工作使用狀況，提高同步器的使用效率。因此，研究最多被使用的鎖環(huán)式同步器的相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化問題，不僅是一個(gè)同步器的研究，更是一個(gè)對(duì)于同步器使用前景的一種研究，我們要吃一種積極的態(tài)度，不斷的優(yōu)化這些問題，改進(jìn)同步器使用中出現(xiàn)的問題，提高同步器的使用壽命，促進(jìn)我國(guó)相關(guān)事業(yè)的發(fā)展。

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