CN108369156B

CN108369156B - 同步器环的同步性能评估法

Info

Publication number: CN108369156B
Application number: CN201680069939.0A
Authority: CN
Inventors: 石上英征; 竹田敏和
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2016-11-21
Publication date: 2020-04-03
Anticipated expiration: 2036-11-21
Also published as: JP2017101940A; CN108369156A; WO2017094540A1; JP6750208B2

Abstract

在同步器单体测试机(10)中，在将同步器环(14)按压在齿轮锥(13)上来评估同步器环(14)的摩擦特性时，求得在同步器环(14)的摩擦面与齿轮锥面接触前由被形成其间的油膜产生的扭矩传递力。关于由油膜产生的扭矩传递力，通过对于在同步器摩擦面与齿轮锥面接触前产生的扭矩，将从其发生时到接触到齿轮锥为止的时间(A)的扭矩值和转速用时间来积分，从而算出初期吸收能量，将其除以时间(A)来求得初期吸收能量速度，并用该初期吸收能量速度来评估同步器环。

Description

同步器环的同步性能评估法

技术领域

本发明涉及在切换车辆的变速器的齿轮级时被使用的同步器环的同步性能评估法。

背景技术

在大型卡车中被使用的16级变速器是在本体部4级的前侧具有Hi、Low这2级的副变速器，并在后侧具有Hi和Low这2级的量程变动(range change)的2×4×2＝16级。副变速器Hi、Low分别利用量程变动进行偶数挡与奇数挡的切换，从而进行1～8速与9～16速的切换。

因为要求驾驶员在换挡时，能够快速换挡，使得车速不会过于降低，所以关于副变速器的偶数挡、奇数挡的切换，空气驱动器会使接合套以高速移动，并进行换挡。

在该换挡时，不同转速的轴和齿轮由同步器环的摩擦面与齿轮的锥面接触，并利用摩擦力进行同步。

关于通常的换挡，在齿轮与同步器环同步之后，接合套与齿轮的牙嵌齿(dogtooth)啮合，换挡完成，但是因为若同步器环与齿轮的同步较慢，则在同步完成前，接合套就会插入到齿轮的牙嵌齿中，在存在旋转差的状态下进行接触，所以会引起齿轮噪声。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-327548号公报

专利文献2：日本特开2000-170791号公报

专利文献3：日本特开2003-337082号公报

发明内容

发明要解决的课题

因此，适当地评估同步器环与齿轮的同步速度，并且进行与该同步速度相应的换挡是最佳的。

然而，以往，尽管使用同步器单体测试机通过试验来测试了同步器环的摩擦特性或齿轮油特性，但是针对同步器环与齿轮的同步速度的不同，则完全没有考虑。

此外，以往，既不知道同步器环与齿轮的同步速度为何存在差异，也没有其评估法。

因此，本发明的目的在于提供一种能够适当地评估同步器环与齿轮的同步速度的同步器环的同步性能评估法。

用于解决课题的手段

为了达成上述目的，本发明为一种同步器环的同步性能评估法，其特征在于：在利用同步器单体测试机，将同步器环按压在齿轮锥上来评估同步器环的摩擦特性时，求得在同步器环的摩擦面与齿轮锥面接触前由被形成在其间的油膜产生的扭矩传递力。

优选的是，对于由油膜产生的扭矩传递力在同步器摩擦面与齿轮锥面接触前产生的扭矩，将从其产生时到接触到齿轮锥为止的时间(A)的扭矩值和转速按时间积分，从而算出初期吸收能量，将其除以时间(A)从而求得初期吸收能量速度，并用该初期吸收能量速度来评估同步器环。

优选的是，在用同步器单体测试机使其以恒定的旋转速度旋转后，断开旋转轴的离合器，以在被形成在因惯性力而旋转的齿轮的锥部与同步器环之间的油膜上会产生传递扭矩的按压速度，来按压同步器环，从而求得上述初期吸收能量速度。

上述按压速度被设定为与使用了同步器环的变速器的驱动器的按压速度相同。

优选的是，在用同步器单体测试机来使齿轮锥以一定的旋转速度旋转后，断开旋转轴的离合器，利用惯性力使其旋转，并使同步器环向该齿轮锥的按压速度可变，从而求得初期吸收能量速度。

发明效果

本发明发挥如下这样的优良效果：通过求得在同步器环的摩擦面与齿轮锥面接触前由被形成在其间的油膜产生的扭矩传递力，从而能够评估同步速度，并且能够判断与快速的换挡对应的同步器环的好坏。

附图的简要说明

图1是表示用于本发明的同步器环的同步性能评估法的同步器单体测试机的概略的图。

图2是说明在本发明中从使用同步器单体测试机来评估同步器环时得到的数据中算出初期吸收能量速度的方法的图。

图3是表示各种同步器环的初期吸收能量速度与齿轮噪声的关系的图。

图4是表示表面粗糙度(Rz)与初期吸收能量速度的关系的图。

具体实施方式

本发明人等在日本特愿2015-006116(发明名称：滑动部件的摩擦材料的制造方法及其摩擦材料)中，提出了一种气孔率较高的摩擦材料。

该摩擦材料的气孔率较高，能够在表面保持齿轮油，并且热传递性也较为良好，同步器环与齿轮的同步速度较快，在用于被使用在上述的大型卡车上的16级变速器的副变速器的同步器环的情况下，能够作为最佳的摩擦材料。

因此，本发明人等关于在使用气孔率较高的摩擦材料时同步速度加快的原因，着眼于被形成于同步器环的摩擦材料的表面的齿轮油，认为同步速度受被形成在同步器环上的油膜干预，从而达成了本发明。

以下，基于附图，详细说明本发明的优选的一个实施方式。

首先，根据图1，说明用于算出本发明的初期吸收能量速度的同步器单体测试机10。

同步器单体测试机10被构成为，配置有：输入轴侧I/A，其使连接有齿轮锥(gearcone)13的输入轴11相对于由被容纳在测试油槽12内的齿轮锥13和同步器环14构成的变速器T/M进行旋转；以及输出轴侧O/A，其移动连接有同步器环14的输出轴15，并将同步器环14按压在齿轮锥13上。

在输入轴侧I/A的输入轴11上，设置有飞轮16，输入轴11由电动机18经由离合器17而驱动，并由转速计19来检测其转速。变速器侧T/M的同步器环14被连结在输入轴11上，同步器环14被连结在输出轴15上，在测试油槽12内，容纳有齿轮油20。

输出轴侧O/A的输出轴15被安装在滑动装置21上，由按压汽缸22沿轴向被移动，并将同步器环14按压在齿轮锥13上。此时的位移量由变位计23来检测，按压负荷由按压负荷计(负载传感器)24来检测。此外，将同步器环14按压在齿轮锥13上时被传递到同步器环14的扭矩经由安装在输出轴15上的扭矩单元(moment cell)25而由旋转扭矩计26来检测。

该同步器单体测试机10主要能够进行2种测试。

1个是连续测试，其是将同步器环14按压在利用电动机18旋转的齿轮锥13上，并随同该按压次数来评价反复按压摩擦特性会如何变化，另一个是惯性吸收测试，其在利用电动机18使齿轮锥13旋转后，断开离合器17，利用汽缸22将同步器环14按压在利用飞轮16的惯性力旋转的齿轮锥13上，从而评估当时的摩擦特性或到旋转停止为止的时间。

在连续测试及惯性吸收测试中，转速都用转速计19测量，用旋转扭矩计26来测量按压时的扭矩，用变位计23来测量按压时的行程，用按压负荷计(负载传感器)24来测量按压的负荷。

此外，在测试油槽12中，容纳有齿轮油20，测试中能够用加热器进行油温调节，用泵来使油循环，并在循环路径中途的过滤器中，回收磨损的油泥。

在这2种测试中，能够评估同步器环14的摩擦材料相对于齿轮锥13的静摩擦特性及动摩擦特性和齿轮油特性。

但是，关于市场上贩卖的同步器单体测试机，同步器环的按压速度为大致符合主级的变速的9mm/sec，以该按压速度来测试同步器环，即使摩擦特性相同，但是在实际安装在变速器的副变速器上时的同步速度存在偏差。

因此，若深究该点，则变速器的副变速器变速时的驱动器的按压速度比同步器单体测试机的按压速度(9mm/sec)快5～7倍，同步速度的差异会导致齿轮噪声时而发生时而不发生，即使用按压速度较小的同步器单体测试机来测定摩擦特性也无法评估同步速度。

究其原因，因为在副变速器的变速中，将同步器环按压在齿轮锥上的速度很快，所以在同步器摩擦面与齿轮锥面接触前(油在中间的状态)，会生成由油膜产生的要将齿轮锥的旋转传递到同步器环的传递扭矩，该传递扭矩对同步速度有很大影响。

因此，作为求得由油膜产生的扭矩传递力的方法，在扭矩产生之后，到同步器环与齿轮锥接触为止，求得吸收惯性力的能量作为初期吸收能量。具体而言，将在扭矩产生之后到同步器环与齿轮锥接触为止的时间(A)的扭矩值、转速(角速度)按时间来积分，算出初期吸收能量，将其除以时间(A)，并通过下式求得初期吸收能量速度(每单位时间t的吸收能量)。

初期吸收能量速度＝E/t…(1)

(1)式中的初期吸收能量E通过下式(2)来求得。

E＝∫T·ω·dt…(2)

E：吸收能量(J)

T：扭矩(N/m)

ω：角速度(rad/sec)

t：时间(sec)

通过比较将在此求得的初期吸收能量E除以时间(A)而求得的初期吸收能量速度(J/sec)，从而可知同步速度的速度。即，能够评估为：

初期吸收能量速度大＝同步速度快

初期吸收能量速度小＝同步速度慢。

更优选的是，在求得该初期吸收能量E时，将按压汽缸22的按压速度设为可变，将其设为与使用了同步器环的变速器的按压速度相同来求得。

图2表示如下内容：对于内径

宽度9.7mm、圆锥角7度的同步器环，使用图1所示的同步器单体测试机，将齿轮油设为常温，将输入轴转速设为180rpm，同步器环的按压速度为与T/M的副变速器的按压速度相同的速度，进行惯性吸收测试时的齿轮转速(输入轴转速)、环位移、旋转扭矩、以及按压负荷的时变的数据。

在该图2中，示出了：齿轮锥和同步器环从时间t₀(按压负荷为下死点处)开始旋转扭矩上升，在时间t_c，齿轮锥与同步器环接触，然后，用同步器环的摩擦材料的摩擦力和按压负荷传递扭矩时的齿轮转速、环位移、旋转扭矩、按压负荷的时变数据。

因此，基于上述(1)、(2)式，从该图2的测试数据求得初期吸收能量速度。

其中，关于上述(2)式中的角速度ω，若转速设为N(rpm)，则

由ω＝2πN/60(rad/sec)来求得，若对齿轮转速与检测扭矩的积从时间t_c到t_c进行积分，则会求得初期吸收能量E，若将其除以时间(A)，则会求得初期吸收能量速度(J/sec)。

在图3中，使用由各种表面粗糙度不同的碳复合材料构成的摩擦材料来作为同步器环(样品1～9)，算出这些同步器环的初期吸收能量(J/sec)，此外，在将这些同步器环用作副变速器的同步器环时，测试齿轮噪声是否发生，并基于初期吸收能量来将各同步器环用柱形图来表示，并且表示有无齿轮噪声。

在该图3中，样品1～6的同步器环具有齿轮噪声，样品7～9没有齿轮噪声。其原因考虑如下：关于样品1～6，接触前的初期吸收能量低至1000(J/sec)以下，关于样品7～9，接触前的初期吸收能量超过1000(J/sec)，由于接触前的旋转传递扭矩，同步器环的同步速度较快。

图4是将由样品1～9的碳复合材料构成的摩擦材料的表面、以及基于JIS B 0601：1994的10点平均表面粗糙度Rz作为横轴，初期吸收能量作为纵轴制图而成。

从该图4可知，只要10点平均表面粗糙度Rz为32μm以上，初期吸收能量就会超过1000(J/sec)。

这可以理解为，只要10点平均表面粗糙度Rz为32μm以上，被形成在表面上的油膜量就会被充分地确保，利用由该齿轮油的粘弹性带来的牵引效应，在同步器环接触到齿轮锥前，利用由油膜产生的扭矩传递力，同步器环会被旋转，因此同步速度变快。

另外，虽然在图3、图4中，将初期吸收能量超过1000(J/sec)的产品作为正常品，将为1000(J/sec)以下的产品作为齿轮噪声品而进行了说明，但是因为初期吸收能量会因同步器环的内径或宽度、圆锥角而发生改变，此外，即使这些值相同，也会因测定条件(齿轮油的温度和粘度、按压速度、按压负荷、输入轴转速)而发生改变，所以需要对每个测定的条件都求得初期吸收能量，并基于此来确定有无齿轮噪声。

以上，虽然在以往没有评估同步速度的差异的方法，但是本发明能够通过测定初期吸收能量速度，从而评估同步速度的差异。此外，存在如下优点：通过变得能够评估同步速度的差异，从而能够判断与快速换挡对应的同步器环的好坏。

另外，在上述的实施方式中，虽然在副变速器的同步器环的同步性能评估中进行了说明，但是当然也能够适用于主齿轮级或其它的同步器环的同步性能评估。

本申请基于2015年11月30日申请的日本专利申请(特愿2015-233033)，并将其内容作为参照援引于此。

工业可利用性

本发明具有能够适当地评估同步器环与齿轮的同步速度这样的效果，对于同步器环的同步性能评估等是有用的。

附图标记说明

10 同步器单体测试机

13 齿轮锥

14 同步器环

Claims

1.一种同步器环的同步性能评估法，其特征在于，

在用同步器单体测试机将同步器环按压在齿轮锥上来评估同步器环的摩擦特性时，求得在同步器环的摩擦面与齿轮锥面接触前由被形成在其间的油膜产生的扭矩传递力，

对于由油膜产生的扭矩传递力在同步器摩擦面与齿轮锥面接触前产生的扭矩，将从其产生时到接触到齿轮锥为止的时间(A)的扭矩值和转速用时间来积分，从而算出初期吸收能量，将其除以时间(A)来求得初期吸收能量速度，并用该初期吸收能量速度来评估同步器环。

2.如权利要求1所述的同步器环的同步性能评估法，其中，

在用同步器单体测试机使其按一定的转速旋转后，断开旋转轴的离合器，以在被形成在因惯性力而旋转的齿轮的锥部与同步器环之间的油膜上会产生传递扭矩的按压速度，来按压同步器环，从而求得上述初期吸收能量速度。

3.如权利要求2所述的同步器环的同步性能评估法，其中，

4.如权利要求2所述的同步器环的同步性能评估法，其中，

用同步器单体测试机使齿轮锥以一定的旋转速度进行旋转后，断开旋转轴的离合器，利用惯性力来使其旋转，将同步器环向该齿轮锥的按压速度设为可变，从而求得初期吸收能量速度。