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【摘要】为了研究快速变速机构的工作过程，对快速变速机构结构参数最优匹配方面进行研究，介绍了快速变速机构的工作机理，在Pro/e中建立了快速变速机构的三维工作模型，且将模型导入ADAMS中，对导入ADAMS中模型的各部分进行了设置，对快速变速机构工作过程进行了仿真分析。
【关键词】快速变速机构 三维建模 仿真
【中图分类号】U461 【文献标识码】A 【文章编号】1009-8585(2011)02-00-02
引言
同步器是汽车变速器的重要部件，起到使汽车在行驶中平稳换挡，消除冲击噪声等作用，能直接影响变速器的使用寿命[1]。因此，研制先进的同步器，对提高汽车技术有着重要意义。同步器使移动车辆的变速器换挡轻便、迅速，无冲击，无噪声，且可延长齿轮寿命，提高汽车的加速性能、并节油[2]，故轿车的变速器除倒挡、货车变速器除I挡、倒挡外，其他挡位多装用同步器。并要求其转矩容量较大，性能稳定、耐用。
实用新型专利 200620096552.8快速变速机构[3]，用于变速器，与同步器具有相同的功能。由于快速变速机构对换挡起着非常关键作用，为了对快速变速机构的优化设计打下基础，有必要分析快速变速机构的结构和工作原理，建立快速变速机构虚拟样机，并对其工作过程进行仿真。
1 快速变速机构的结构及工作机理
1.1快速变速机构的结构
快速变速机构结构简图如图1所示，由加工有内花键的左齿环1和右齿环2、花键毂3、板簧4、螺钉5及螺钉6等组成；左齿环1加工有內花键1a，右齿环2加工有内花键2a，左齿环1、右齿环2通过螺钉5连接成组合齿环，套在花键毂3上，花键毂3加工有内花键3a，花键毂与组合齿环之间通过弹性间隙的牙嵌式常啮合机构连接；弹性元件板簧4通过螺钉6连接在组合齿环上，花键毂3的啮合齿上设有缓冲槽3c，缓冲槽3c中间高、两端低，使缓冲槽3c的底部形成两个斜面；板簧4两端延伸出的钩状结构正好嵌在花键毂3啮合齿的缓冲槽3c内，使板簧4轴向运动时变形小，受力得到缓和；在组合齿环和花键毂3连接的啮合齿之间设有啮合间隙，用弹性元件板簧4使花键毂3上的啮合齿在不传递扭矩的状态下处于间隙的中间位置，形成一种弹性间隙式结构。
1.2快速变速机构的工作原理
变速器换档时，拨叉沿轴向对组合齿环施加换档力，推动组合齿环带动花键毂作轴向运动，当组合齿环移动至一端的内花键与待啮合齿轮的外花键相接触时，由于组合齿环的内花键与待啮合齿轮的外花键齿端都加工有倒角，组合齿环在受到待啮合齿轮的切向力作用，产生一个与花键毂转动惯性矩相反的扭矩；此扭矩克服板簧的阻力，使组合齿环与花键毂之间产生相对转动，并使组合齿环和花键毂一边的弹性间隙消失为零，另一边的间隔则增大一倍；在此过程中，组合齿环与待啮合齿轮的花键完成啮合，从面进入正常的传动状态。脱档时，拨叉沿轴向对组合齿环施加反向换档力，组合齿环与啮合齿轮的花键退出啮合，组合齿环与啮合齿轮的花键不传递扭矩，组合齿环在板簧的作用下回到原位，组合齿环与花键毂之间啮合间隙两边相等，处于下一次换档的准备状态。
2 快速变速机构工作过程仿真
2.1快速变速机构工作仿真模型的建立
由于ADAMS的三维建模较为薄弱，所以采用在Pro/e中建立快速变速机构的工作三维模型后，再将模型导入ADAMS中。将模型导入ADAMS后，花键毂添加旋转副和相应的初始转动速度；组合齿环之间添加接触，选择库仑摩擦力，设定动态摩擦系数为0.1；在沿轴向对拔叉轴施加单向力即换档力，轴向换挡力按常力输入[4]。建立好的快速变速机构的三维工作模型如图2所示。
图2 快速变速机构的三维工作模型
2.2快速变速机构的工作过程仿真
模型各部分设置好后，进行仿真试验。将仿真时间设为0.4秒，步数设为100步，设置合适的求解器和求解精度，进行快速变速机构工作过程仿真分析，这样，在物理样机制造出来之前就可以对快速变速机构的工作过程进行仿真研究及设计改进。组合齿环随时间的水平位移如图3所示，随着换档力的增大快速变速机构的同步过程加快。
3 结语
简介了快速变速机构的结构及工作机理，在Pro/e中建立了快速变速机构的三维工作模型，且将模型导入ADAMS中，对导入ADAMS中模型的各部分进行了设置，对快速变速机构结合过程进行了仿真分析。为以后对快速变速机构结构参数最优匹配方面进行研究有重要意义。
参考文献
[1]于志新.汽车同步器性能及寿命试验技术的研究[D].大连理工大学，2006.
[2]陈访.虚拟样机技术在汽车变速器中的应用[D]. 合肥工业大学,2007.
[3] 曹相照.快速变速机构. 实用新型专利,专利号：200620096552.8.
[4]王炎,王玉军,张磊, 武彩岗.某履带车辆同步器工作过程仿真及磨损寿命预测[J].军械工程学院学报，2009，21（6）：26～30.
【关键词】快速变速机构 三维建模 仿真
【中图分类号】U461 【文献标识码】A 【文章编号】1009-8585(2011)02-00-02
引言
同步器是汽车变速器的重要部件，起到使汽车在行驶中平稳换挡，消除冲击噪声等作用，能直接影响变速器的使用寿命[1]。因此，研制先进的同步器，对提高汽车技术有着重要意义。同步器使移动车辆的变速器换挡轻便、迅速，无冲击，无噪声，且可延长齿轮寿命，提高汽车的加速性能、并节油[2]，故轿车的变速器除倒挡、货车变速器除I挡、倒挡外，其他挡位多装用同步器。并要求其转矩容量较大，性能稳定、耐用。
实用新型专利 200620096552.8快速变速机构[3]，用于变速器，与同步器具有相同的功能。由于快速变速机构对换挡起着非常关键作用，为了对快速变速机构的优化设计打下基础，有必要分析快速变速机构的结构和工作原理，建立快速变速机构虚拟样机，并对其工作过程进行仿真。
1 快速变速机构的结构及工作机理
1.1快速变速机构的结构
快速变速机构结构简图如图1所示，由加工有内花键的左齿环1和右齿环2、花键毂3、板簧4、螺钉5及螺钉6等组成；左齿环1加工有內花键1a，右齿环2加工有内花键2a，左齿环1、右齿环2通过螺钉5连接成组合齿环，套在花键毂3上，花键毂3加工有内花键3a，花键毂与组合齿环之间通过弹性间隙的牙嵌式常啮合机构连接；弹性元件板簧4通过螺钉6连接在组合齿环上，花键毂3的啮合齿上设有缓冲槽3c，缓冲槽3c中间高、两端低，使缓冲槽3c的底部形成两个斜面；板簧4两端延伸出的钩状结构正好嵌在花键毂3啮合齿的缓冲槽3c内，使板簧4轴向运动时变形小，受力得到缓和；在组合齿环和花键毂3连接的啮合齿之间设有啮合间隙，用弹性元件板簧4使花键毂3上的啮合齿在不传递扭矩的状态下处于间隙的中间位置，形成一种弹性间隙式结构。
1.2快速变速机构的工作原理
变速器换档时，拨叉沿轴向对组合齿环施加换档力，推动组合齿环带动花键毂作轴向运动，当组合齿环移动至一端的内花键与待啮合齿轮的外花键相接触时，由于组合齿环的内花键与待啮合齿轮的外花键齿端都加工有倒角，组合齿环在受到待啮合齿轮的切向力作用，产生一个与花键毂转动惯性矩相反的扭矩；此扭矩克服板簧的阻力，使组合齿环与花键毂之间产生相对转动，并使组合齿环和花键毂一边的弹性间隙消失为零，另一边的间隔则增大一倍；在此过程中，组合齿环与待啮合齿轮的花键完成啮合，从面进入正常的传动状态。脱档时，拨叉沿轴向对组合齿环施加反向换档力，组合齿环与啮合齿轮的花键退出啮合，组合齿环与啮合齿轮的花键不传递扭矩，组合齿环在板簧的作用下回到原位，组合齿环与花键毂之间啮合间隙两边相等，处于下一次换档的准备状态。
2 快速变速机构工作过程仿真
2.1快速变速机构工作仿真模型的建立
由于ADAMS的三维建模较为薄弱，所以采用在Pro/e中建立快速变速机构的工作三维模型后，再将模型导入ADAMS中。将模型导入ADAMS后，花键毂添加旋转副和相应的初始转动速度；组合齿环之间添加接触，选择库仑摩擦力，设定动态摩擦系数为0.1；在沿轴向对拔叉轴施加单向力即换档力，轴向换挡力按常力输入[4]。建立好的快速变速机构的三维工作模型如图2所示。
图2 快速变速机构的三维工作模型
2.2快速变速机构的工作过程仿真
模型各部分设置好后，进行仿真试验。将仿真时间设为0.4秒，步数设为100步，设置合适的求解器和求解精度，进行快速变速机构工作过程仿真分析，这样，在物理样机制造出来之前就可以对快速变速机构的工作过程进行仿真研究及设计改进。组合齿环随时间的水平位移如图3所示，随着换档力的增大快速变速机构的同步过程加快。
3 结语
简介了快速变速机构的结构及工作机理，在Pro/e中建立了快速变速机构的三维工作模型，且将模型导入ADAMS中，对导入ADAMS中模型的各部分进行了设置，对快速变速机构结合过程进行了仿真分析。为以后对快速变速机构结构参数最优匹配方面进行研究有重要意义。
参考文献
[1]于志新.汽车同步器性能及寿命试验技术的研究[D].大连理工大学，2006.
[2]陈访.虚拟样机技术在汽车变速器中的应用[D]. 合肥工业大学,2007.
[3] 曹相照.快速变速机构. 实用新型专利,专利号：200620096552.8.
[4]王炎,王玉军,张磊, 武彩岗.某履带车辆同步器工作过程仿真及磨损寿命预测[J].军械工程学院学报，2009，21（6）：26～30.