探析鎖環式同步器的參數優化工作

曹廣玉

摘 要：在同步器的使用中，結合同步器的工作原理，研究同步器的參數優化，可以縮短同步器同步的時間，實現高速、平穩的同步器換擋，同時，對于相關參數的優化也可以提高同步其使用的可靠性，節省工作時。基于此，下面，本文以鎖環式同步器為例，探析鎖環式同步器的參數優化工作。

關鍵詞：鎖環式同步器；參數優化；優化工作；分析探討

引言：在當前的發展背景下，許多機械產業有了巨大的改變，而同步器則是現今機械產業使用較為廣泛的一個零件，同步器對于機械中變速箱換擋的使用有著極大的推動作用，同步增加為同步器這一零件有效的提高了同步的吻合度，實現換擋時的平穩性。而作為比較常見的鎖環式同步器來說，國內研究的大多數是同步器的理論與工作原理，因此，鎖環式同步器的參數優化工作是現今比較多的一種研究，通過研究鎖環式同步器的參數優化可以有效地對同步器進行數學建模，進而找出適合不同機械使用的同步器，提高同步器的使用壽命，也為相關產業的發展降低經濟成本。所以，下面，本文將會分析鎖環式同步器的基本原理，進而分析鎖環式同步器的參數優化工作。

一、鎖環式同步器

1.同步器介紹

同步器有多種結構形式，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現同步的。結構上除有接合套、花鍵轂、對應齒輪上的接合齒圈外，還增設了使接合套與對應齒圈的圓周速度迅速達到同步的機構，以及阻止兩者在達到同步之前接合以防止沖擊的機構。鎖環式同步器是其中一種，其結構緊湊，但徑向尺寸小、錐面間摩擦力矩較小，多用于傳遞轉矩不大的轎車和輕型貨車的變速器。

2.鎖環式同步器主要參數

2.1.摩擦系數f

汽車在行駛過程中換擋，同步器工作頻繁。同步器是在同步環與連接齒輪之間存在角速度差的條件下工作，要求同步環有足夠的使用壽命，應當選用耐磨性能良好的材料。為了獲得較大的摩擦力矩，又要求用摩擦因數大而且性能穩定的材料制作同步環。另一方面，同步器在油中工作，使摩擦因數減小，這就為設計工作帶來困難。（1）銅合金環：適用于小噸位、小扭矩變速箱（2）鋼環增磨處理：噴鉬、非金屬摩擦材料環。其中，噴鉗比較成熟，在銦質或球墨鑄鐵同步環的錐面上噴鍍一層鉬（厚約0.3～0.5m），使其摩擦因數在鋼與銅合金摩擦副范圍內，而耐磨性和強度有顯著提高。也有的同步環是在銅環基體的錐孔表面噴上厚0.07～0.12mn的鉬制成，噴鉬環的壽命是銅環的2～3倍。摩擦因數除與選用的材料有關外，還與工作面的表面粗糙度、潤滑油種類和溫度等因素有關。作為與同步環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錐面。

2.2換擋參數

在同步器的使用中，同步器的主要功能就是對于設備起一種推動作用，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于換擋的控制，在這個時候，就產生了換擋參數，換擋參數是指在換擋過程中變速器工作不斷變化產生的參數。換擋參數的確定對于同步器的使用壽命、以及內部零件損壞程度的降低有著極大的促進作用，因此，研究換擋參數的優化是極為重要的。

二、鎖環式同步器的參數優化

上面，本文簡單介紹了同步器的分類，以及鎖環式同步器的概念，進而分析了鎖環式同步器使用過程中需要重視的幾個參數，依據此，可以看出，鎖環式同步器的使用過程中對于相關參數的研究以及優化是很有意義的。因此，下面，本文將會分析一些有關鎖環式同步器參數的優化方案，對于鎖環式同步器的使用提供一點參考意見，提高鎖環式同步器的工作效率。

1.建立優化設計的數學模型

1.1設計變量

1.2目標函數。以同步器同步時間最短作為目標。

1.3約束條件

性能約束和邊界約束如下：對于同步器各個零件的尺寸設計，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力矩，μ1是材料的特性可作常數，即可得約束條件為μ≥R2（1-μ1tanβ）sinαtanβ+μ1（17）為防止同步環與接合錐面自鎖的約束條件tan α≥μ（18）摩擦錐面的強度約束條件，摩擦錐面的比壓 P應滿足條件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優化設計

利用Matlab軟件特有的一種工具箱設計針對同步時間優化的程序幫助我們進行優化計算，因為 Matlab語言提供了一些專用的函數用于優化問題的求解，所以使用Matlab 工具箱進行此類問題的優化是比較方便的。通過分析目標函數和約束條件，這是一種有約束的多元函數最小值的求解，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據，最后得到模型參數的最優解。

3.換擋參數的優化

在鎖環式同步器的使用中，主要就是換當時對于換擋力的控制問題，合適的換擋力才能產生合適的同步力，進而產生合適的同步力矩，合理的控制同步器的換擋，延長同步器的使用壽命。因此，在不同的同步器使用時，換擋參數時必須要慎重選擇的，不同的換擋參數對于不同的同步器所起的效果是截然不同的，在鎖環式同步器的使用中，就要注意針對各種車型選擇正確的換擋參數，優化換擋參數的同時，提高同步力，達到換擋時所需的同步力矩的要求，進而提高同步器的使用壽命，叫聲工作時間，降低經濟成本。

結束語：通過上述本文的分析可知，隨著現今科技的發展，同步器的研究越來越多，相對于國外來說，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式同步器的相關參數的優化問題，不僅是一個同步器的研究，更是一個對于同步器使用前景的一種研究，我們要吃一種積極的態度，不斷的優化這些問題，改進同步器使用中出現的問題，提高同步器的使用壽命，促進我國相關事業的發展。

參考文獻：

[1]朱波. 新型汽車鎖環式同步器的研究[D].重慶理工大學，2016.

[2]尤國貴，楊成，李吉寧.鎖環式同步器的參數優化與工作過程分析[J].機械傳動，2016，40（02）：73-76.

[3]張勇. 汽車鎖環式單錐同步器現代設計方法研究[D].上海工程技術大學，2016.

[4]關蕙，閆皓.換擋參數對鎖環式同步器同步過程的影響研究[J].機械傳動，2014，38（12）：115-118.

[5]關蕙.基于AMESim的鎖環式同步器工作過程研究[J].機械與電子，2013（01）：10-13.