双离合变速器的“换档限位”分析

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本文分析了双离合变速器在换档过程中不同的换档限位方式的优劣，并根据双离合变速器的实际情况提出了相应的建议方案，以一款双离合变速器为例说明如何进行分析来解决此类问题。

同步器是机械式变速器的主要零部件之一，能够减少变速器换档时轮齿或花键齿间的冲击，同时使变速器的换档动作更迅速、更准确。对于减轻驾驶员的疲劳，提高齿轮及传动系统的平均使用寿命，提高汽车行驶安全性和经济性起着极其重要的作用。双离合变速器在手动变速器的基础上进行设计变革，采用两个离合器相互切换实现换档平顺，并且大幅度提高了自动变速器传动效率，同时，由于采用机械自动进行换档，解除了对换档力的限制，这对同步器限位方式提出了更高的要求。变速器在换档过程中，必须使所选档位要啮合的一对齿轮轮齿的圆周速度相等，才能平顺地啮合而挂档。同步器的功用就是使齿套与待啮合的结合齿迅速同步，实现无冲击换档，缩短换档时间，简化驾驶员换档操作，同步器的换档过程一般可分解成以下五个相对独立的过程。

（1）在换档力F的作用下，齿套带动滑块轴向移动，使滑块抵住同步环，使同步环锥面与接合齿锥面产生摩擦，齿环旋转后转过半个齿宽的距离；

（2）齿套继续轴向移动，接触到同步环后两锁止面接触，齿套被锁止；

（3）齿套锁止时，同步环与锥体转速差迅速被同步力矩抵消，达到转速相同，即同步状态，此时的换档力最大，齿套不再锁止；

（4）齿套解除锁止，继续轴向移动直至与接合齿接触，拨开接合齿，入档；

（5）齿套继续轴向移动，直至遇到限位面完成换档。

在换档过程中，从空档开始至限位面结束的行程称为限位行程。目前有一款双离合变速器，换档力峰值为750N，是一般手动变速器的10~15倍，另外双离合变速器的生命周期里的换档次数为各档位50万次，是手动档的5~10倍，因此对同步器限位方式提出了更苛刻的要求，同步器换档限位方式最广泛被采用的是齿套-齿轮端面接触限位、齿套-齿毂花键配合限位、齿套-接合齿高齿限位、齿套-接合齿花键齿限位等方式，针对双离合器的换档力大、换档次数多的特点，采用齿套-齿轮端面接触限位最合适。齿套-齿轮端面接触限位是最常见的一种限位方式，齿套花键齿轴向尺寸一般略小于齿套端面的轴向尺寸，在换档完成时，齿套端面与齿轮端面接触，限制齿套的换档行程。缺点：对齿轮的尺寸有要求，齿轮的径向尺寸必须大于齿套的端面最小径向尺寸2mm以上，齿轮在齿套的换档行程中不得与齿套有干涉，限制了齿轮的设计。在同步器齿毂和齿套的花键上设计限位结构，即在齿毂花键槽中设置阻止齿套向无档位一侧滑动的结构，相对应的齿套内化键齿铣掉一部分，具体如图7、8、9所示。缺点：只适合用在单边限位，双边限位无法采用该设计。齿套-接合齿高齿限位一般在加工接合齿的花键齿时，做出高齿用于限位，该设计常见于手动变速器，接合齿的高齿的轴向尺寸一般不小于1.5mm，在换档力大时有打断的风险。

优点：可用于无齿套齿轮端面限位的档位，可节省轴向空间；

缺点：高齿的强度偏低，换档力大时有断的风险，另该限位设计要修改齿套设计，加工成本较高。齿套-接合齿花键齿限位并不常见，需在齿套上加工出如图12的限位结构，该限位结构直接与接合齿的花键齿端配合进行限位。

优点：轴向空间要求低，限位的强度可靠，限位行程可控；

齿套高齿-接合齿端面限位采用齿套上的高齿结构设计，如图13所示，该结构与接合齿的端面配合进行限位。缺点：齿毂外花键部位径向最薄厚度尺寸要求较高，对同步环的布置有较大的不利影响，成本比较高。双离合变速器的限位方式应最优先考虑限位的强度，其次考虑空间布置，最后才考虑成本的因素，在可以采用齿套-齿轮端面限位的应尽量按这方向布置，其次应考虑采用齿套-接合齿花键齿限位，再次考虑齿套高齿-接合齿端面限位。





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