┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊前言21世纪是汽车工业飞速发展的时代，汽车工业逐步成为许多国家的支柱产业。

为了控制汽车产品质量，提高汽车品质，势必对其总成及零部件提出更高更严格的要求。

变速器是汽车传动系中一个重要总成。

同步器是汽车变速器的重要部件，主要用于汽车行驶中平稳变速换档，操纵轻便灵活，消除冲击噪音和降低汽车油耗。

同时，防止变速箱齿轮的损坏，直接影响变速器寿命。

因此，研制先进的同步器试验系统，对提高汽车试验技术有着重要意义。

同时，汽车是一个由许多种零部件组成的复杂的机械系统。

对于产品开发所需的许多技术资料，目前尚不能通过理论计算得到，只能通过试验，因此有人说“汽车是试验出来的”。

国外汽车工业由于发展时间较长，且对试验检测工作十分重视，在资金上给予了巨大的投入，一般都有较为齐全的试验装备。

再加上严格管理和精良的加工设备，与国内形成了较大的差距。

所以，我国汽车厂必须加大对试验检测设备的投入，才能大大缩短同国外同类厂家在试验手段上的差距，有利于我国汽车产品在国内外的竞争能力。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第1章概论1.1 同步器1.1.1 同步器的作用现代汽车上广泛采用活塞式内燃机作为动力源，其转矩和转速变化范围较小。

而复杂的使用条件则要求汽车的牵引力和车速能在相当大的范围内变化。

为解决这一矛盾，在传动系中设置了变速器。

变速器在换挡时，由于两齿轮轮齿不同步时的强制挂挡，使得因两轮齿间存在的速度差而发生冲击和噪音。

这样，不但不易挂挡，而且影响了轮齿寿命，使齿端部磨损加剧，甚至使轮齿折断。

所以在变速器换挡过程中，必须使所选档位的一对待啮合齿轮轮齿的圆周速度相等（即同步），才能使之平顺地进入啮合而挂上挡位。

因此，产生了同步器。

同步器是工业车辆机械变速箱的关键部件，直接影响车辆操纵换档性能。

它是在接合套换档机构基础上发展起来的。

其中包括接合套、花键毂、对应齿轮上的接合齿圈，以及使接合套与对应接合齿圈的圆周速度迅速达到并保持一致的机构，以及阻止两者在达到同步之前接合以防止冲击的结构。

目前，同步器的型式主要有常压式、惯性式和自行增力式三种。

其中以惯性式同步器的应用最为广泛。

如CA1091中型载货汽车六档变速器中五、六档使用的是具有锁环装置的惯性同步器。

东风EQ1090E型汽车五档变速器使用的具有锁销装置的惯性同步器。

1.1.2同步器的工作原理：为避免机械变速箱在换档时冲击噪声大，一般都采用惯性式同步器（以下简称同步器）。

它与常压式同步器一样，都是依靠摩擦作用实现同步的。

但它可以从结构上保证接合套与待接合的花键齿圈在达到同步之前不可能接触，以避免齿间冲击和发生噪声。

按同步器摩擦面的形状分为锥形同步器，片形同步器和多锥形同步器。

图1.1为典型的锥形同步器结构简图。

此种类型的同步器也是本课题检测中所使用的同步器。

在回位弹簧4作用下，接合套2保持在空挡位置（对应工作原理图 1.2a）。

挂档时接合套移动，摩擦面接触，因接合元件即接合套与空转齿轮的转速不同，在摩擦面上产生摩擦力矩，使同步环转过一定角度，锁止面顶紧（对应工作原理图 1.2b）。

通过锁止面对摩擦面加压，在摩擦力矩作用下使接┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊合套与空转齿轮同步。

设计时，使锁止面的拔正力矩小于摩擦力矩，接合套不能进入啮合，只有在接合套与空转齿轮转速相同，摩擦力矩消失，同步环转过一定角度，锁止作用失效，接合套在轴向力作用下，继续移动才能与空转齿轮的花键啮合，完成换档（对应工作原理图1.2c）.图1.2 同步器工作原理(a) 接合套空档 (b) 顶住锁止面(c) 接合套与空转齿轮的花键啮合1.同步环2.接合套3.锁止面4.空转齿轮的花键图1.1 锥形同步器结构示意图1.同步环2.接合套3.空转齿轮4.回位弹簧5.锁止齿6.啮合齿7.锥形摩擦面8.齿毂┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊由工作原理可知同步器具有3种功能：（1）同步：挂档时使进入结合的两个元件转速逐渐相等；（2）锁止：只有主从动元件同步后才能结合；（3）定位：空档时使接合套保持在中位。

1.1.3 国内外的研究状况变速箱同步器是汽车中的一个重要总成。

变速箱同步器性能和寿命试验是汽车机械式变速器台架试验的重要项目，是汽车厂底盘试验室的主要试验设备，在汽车的试验设备中具有重要的地位。

国外汽车制造商对其可靠性进行了较详细的寿命试验研究。

由于该试验要求测量的参数较多，且与一般变速器进行试验的内容不同，必须搭建专用的试验台进行试验。

同时同步器可靠性寿命试验的成本高，试验时间长。

我国在汽车产量相对小的情况下，对汽车进行同步器可靠性寿命试验的研究还存在着不足。

目前我国一些研究机构开展了汽车变速箱同步器试验系统的理论研究和试验研究。

大体上汽车变速箱同步器试验系统主要由机械、电气和计算机控制三大部分构成。

其中机械部分主要为试验台台架及操作部件。

人们针对不同的试验设备制造各自的机械部分。

驱动部分主要有液压或气压两种执行方式。

采用液压装置容易做到无级调速，且调速的范围大；工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁换向；易于实现自动化，能很方便的调节和控制，并能很容易地同其它传动控制结合起来，实现复杂的运动和操作。

但是液压传动容易泄漏、摩擦损失，易造成较多的能量损失；在出现故障时不易诊断。

采用气压装置由于工作介质粘度很低，所以流动阻力很小，压力损失小；此种装置对工作环境适应性好，在恶劣的工作环境下，仍能可靠性地运行；气压传动动作速度反应快，在一定的超负载工况下运行也能保证系统安全工作，并不易发生过热现象。

但是气压传动系统的工作压力低，因此气压传动装置的推力不易过大；因为工作介质空气的可压缩性大，稳定性差，给系统的位置和速度控制精度带来很大影响。

关于电气部分，有些人利用单片机的操作简单、稳定性高及成本低的特点执行电气控制部分。

但是由于变速箱同步器试验系统的要求精确、运行复杂。

仅依靠单片机控制已经不能满足试验的需要。

现在越来越多的采用计算机测控系统。

通过模块化设计的基础，由主机、通讯控制器及功能子系统构成，可以完成自动控制、信号测量、信号发送、参数预置、工况设定、数据录入、自动报表、绘制曲线等功能。

在试验过程中，有人提出采用浓缩应力法定时截尾试验的方法。

浓缩应力法将实际应力时间历程进行处理，将应力低于疲劳极限的历程删除，而得到快速的┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊应力时间历程。

而后再现浓缩后的应力时间历程，进行可靠性试验。

定时截尾试验使试验达到规定的试验时间就停止。

利用这种方法试验，减少了试验中按实际运转工况模拟并待全部试验样品都失效所需的冗长时间。

使得在尽可能保持与实际运行工况故障模式的一致性情况下，缩短了试验时间。

但是试验得到的是一组不完全的寿命试验数据。

只能采用特定的统计分析方法，大致地了解产品的可靠性水平，不能用一般的估计方法来估计可靠性参数。

所以这种方案还处在理论研究过程中。

到目前为止，国内外汽车变速箱同步器试验系统有了专用的试验装置及相应的试验规范。

但是由于汽车的行驶是一个复杂的过程，要在单个总成试验台模拟被试件在实际行驶时的工况是十分困难的。

因此台架试验结果同汽车实际行驶试验的结果有较大的差距。

现有的台架试验只能说是一种对比试验，如何解决这一问题？许多学者和研究机构都在进行这方面的探索。

1989年德国大众汽车公司开始研制一种将整个汽车传动系联接起来进行寿命试验的试验台，称之为传动系万能试验台。

1991年，大众公司开始研制模拟汽车行驶工况的传动系统综合试验台，这种试验台能模拟汽车的各种行驶工况，进行试验，并能同时进行变速器、离合器、传动轴、后桥的寿命试验。

与此同时日本有关学者也在进行传动试验台上用电机模拟发动机工况的研究，并申请了专利。

另外，法国、美国有些汽车公司也在进行传动系统室内道路模拟试验的研究。

而国内有关报道却很少见到。

汽车变速箱同步器试验系统是汽车传动系统中试验内容最多、技术难度最大的试验设备之一，这一点在汽车行业已达成共识。

因而，如何能够获得一套合理、可靠的汽车变速箱同步器试验设备，一直为广大汽车设计、制造及检验工作者所追求的目标。

相信随着我国科学的不断进步，汽车变速箱同步器试验系统也将会得到更完善的发展。

1.2 变速器1.2.1 变速器的作用由于车辆行驶的环境复杂多变，行驶阻力不断变化，人们需要经常地改变车辆的驱动力大小和行驶速度，而一般来说，发动机提供的扭矩、转速范围不能满足需要。

故此需要由传动系统通过改变传动比，调节输出到传动轴的扭矩和转速，适应所需驱动力及速度变化的需求。

在车辆传动系统中装上变速器后，克服了发动机特性曲线上的缺陷，使车辆具有接近于装有等功率发动机时的驱动功率与驱动力，改善了车辆的动力性，见图1.3。

通过进一步分析可知，当变速器的挡位无限增加，即采用无级变速器，且无┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊级变速器的机械效率等于有级机械变速器时，发动机就可能总在最大功率下工作，即具有与等功率发动机同样的动力性。

这一点对于作业工况复杂多变，负载变化大，换挡频繁的工程车辆来说尤其重要。

图1.3 装有活塞式内燃机和三挡变速器的车辆与装有等功率发动机车辆的动力性1.2.2 自动变速技术的产生采用手动变速器的车辆需要通过驾驶员的操作改变传动比，使车辆适应行驶条件。

这样不仅给驾驶员造成较大的操作负担和压力，而且在很大程度上依赖驾驶员的经验，对车辆行驶状态和发动机工况的控制难以达到较为理想的程度。

随着能源的日趋紧张以及大气环境遭到的破坏日益加重，提高车辆的燃油经济性，节约能源及改善车辆的排放，减少大气污染已成为人们急需解决的问题。

近几十年来，自动控制技术和计算机技术的发展为自动变技术的发展完善提供了有利的客观条件。

随着变速理论的不断进步，在车辆整体综合性能不断提高的同时，换挡策略越来越复杂，完全由驾驶员按照换挡策略换挡已经不可能。

这样，车辆自动变速技术应运而生。

1.2.3 自动变速器的分类┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊目前世界上使用最多的自动变速器主要有3 种类型：液力自动变速器(Automatic Transmission 简称“AT”)；机械式自动变速器(Automated Mechanical Transmission 简称“AMT ”) ；金属带式无级自动变速器(Continuously Variable Transmission 简称“CVT”)。