一種基于同步過程的同步器參數化仿真模型構建方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于同步過程的同步器參數化仿真模型構建方法，為方便、準確實現同步器性能多目標參數最優設計，根據同步過程每個運動階段的特點，將同步過程分解成一個線性連續的子系統。本發明將同步器工作過程分為七個運動階段，針對不同的運動階段，搭建相關運動狀態數學模型、幾何結構關系物理模型。本發明不需隨結構設計參數更改反復重建幾何模型，便可通過仿真分析方法獲得設計參數對同步性能影響的可視化實時仿真結果；方便同時進行多參數與單參數篩選設置，可提高參數優選設計效率、減少性能試驗修正工作量，降低產品開發成本。
【專利說明】
一種基于同步過程的同步器參數化仿真模型構建方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種參數化仿真模型建立方法，屬于一種借助于仿真分析軟件開展的 汽車同步器參數化設計方法。
【背景技術】
[0002] 同步器是保證汽車變速器換擋平順性的關鍵部件，同步工作性能對汽車的換擋平 順性、輕便性、舒適性和變速器使用壽命有著重要的影響作用。
[0003] 同步器是汽車中最為復雜的運動機構之一，由于其結構、運動過程復雜，具有工作 狀態瞬間轉換的動態特性，難以應用物理樣機試驗的方法，直接獲得對同步器性能和結構 優化設計的指導性結論。目前，國內汽車同步器設計理論研究處于成長階段，尚無成熟的優 化設計方法可循；同步器產品開發設計過程中，無法直接通過設計參數準確設置來控制同 步性能，現階段通常依靠借鑒已有產品結構與試驗相接合的方法進行改進設計，致使產品 開發周期長，試驗耗資大，同步器產品優化設計已成為變速器產品開發的瓶頸。
[0004] 近年來，國外一些文獻資料介紹過借助Simul ink、ADAMS等仿真分析軟件和利用聯 合仿真分析等方法，對同步器產品工作過程進行全面動態仿真分析評價。由于利用 Simulink仿真工具進行仿真分析研究的模型不具備可視化功能，無法實現觀察實體運動的 變化過程。現階段多用的UG和ADAMS聯合仿真的方法進行同步過程仿真，但這種方法的主要 缺陷是，在優化設計過程中，每改一次設計參數，都需要花費大量時間和精力建立精確的同 步器UG模型，參數優化匹配過程長、需耗費設計者大量的精力和時間。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的在于提供一種基于同步過程的同步器參數化仿真模型構建方法，當 進行同步器結構參數優選時，不需隨結構設計參數更改反復重建幾何模型，便可通過仿真 分析方法獲得設計參數對同步性能影響的可視化實時仿真結果。
[0006] 為實現上述發明目的，本發明采用了以下技術方案：一種基于同步過程的同步器 參數化仿真模型構建方法，根據同步器每個運動階段各零部件運動位置幾何關系和接觸件 之間的受力關系，將復雜的同步器換擋工作過程，細化分解為七個運動階段;針對不同的運 動階段，搭建相關運動狀態數學模型、幾何結構關系物理模型，借助于ADAMS仿真分析軟件 自帶的內部過程函數，共同描述同步器在不同運動階段中，各零件運動過程狀態與相互作 用力及形變的關系，構成同步過程完整受力與運動關系模型，所述的七個運動階段分別 為：
[0007] (A)空轉階段:空檔時，在慣性作用下，同步器花鍵轂帶動接合套，接合套帶動鎖環 轉動;此時接合套、鎖環與接合齒圈未接觸，將花鍵轂帶動接合套與鎖環空轉，接合套不承 受換擋力的階段定義為空轉階段；
[0008] (B)預同步階段:在換擋力的作用下，接合套向著待接合齒輪齒圈方向產生軸向移 動，以消除鎖環與待接合齒輪齒圈的間隙；同時接合套移動鋼球，滑塊將力傳遞給鎖環，在 摩擦力矩的作用下，鎖環同時相對于輸出端轉過相應的角度;將這種接合套向鎖環軸向移 動，鎖環周向轉動，但兩者尚未接觸的階段，定義為預同步階段；
[0009] (C)鎖止階段:接合套滑移至接合齒鎖止面，并與鎖環接合齒鎖止面相互接觸階 段，定義為鎖止階段；
[0010] (D)同步階段:鎖環與待接合齒輪接合齒圈摩擦錐面之間產生了一個摩擦力矩，該 摩擦力矩會使得兩者的轉速差逐漸縮小，直到與接合套和鎖環接合齒之間接觸力產生的撥 環力矩逐步相等時，接合套與鎖環轉速相同，鎖環壓緊接合齒圈；這種接合套與鎖環之間角 速度差為零的過程，定義為同步階段;這種接合套與接合齒輪轉速相同的階段，定義為同步 階段；
[0011] (E)空運行階段:接合套撥正鎖環后穿過鎖環，從接合套的接合齒鎖止面與鎖環接 合齒的鎖止面分離開始，到接合套的接合齒與接合齒圈的接合齒接觸為止，這個階段定義 為換擋過程中的空運行階段。
[0012] (F)二次沖擊階段:接合套與接合齒圈嚙合前，由于接合套與接合齒圈的接合齒之 間存在一定的軸向和圓周方向的速度差，兩者在接觸的瞬間會產生碰撞，將產生這種換擋 沖擊階段定義為二次沖擊階段；
[0013] (G)換擋結束階段:接合套的接合齒與接合齒圈相互接觸，直到兩接合齒完全嚙 合，將換擋完成階段定義為換擋結束階段。
[0014] 進一步地，所述七個運動階段對應的分析模型分別為：
[0015] (A)空轉階段模型:采用ADAMS內部過程函數一BIST0P，建立花鍵轂帶動接合套、接 合套帶動鎖環的運動模型:BIST0P( x，dx，X1，x2，h，e，Cmax，cU) (1)
[0016]式（1)中：x-花鍵轂與接合套軸向位移變量，dx-花鍵轂與接合套間的軸向速度， Xi，X2-花鍵轂與接合套軸沿圓周方向的角位移量，1^一花鍵轂與接合套之間的剛度系數， e-花鍵轂與接合套的碰撞指數，Cmax-阻尼系數，cU-接合套與鎖環切入深度；
[0017] (B)預同步階段:建立鎖環與花鍵轂運動與受力關系數學模型:F = k2d2+Civi (2)
[0018] 式(2)中：F-鎖環軸向力，k2-鎖環與花鍵轂之間的剛度系數，山一鎖環和花鍵轂 之間的軸向距離，C1 一鎖環和花鍵轂之間的阻尼系數，V1-鎖環相對花鍵轂的軸向轉動速 度；
[0019] (C)鎖止階段：以表示鎖環與接合套的幾何結構關系的物理模型為基礎，建立鎖環 與接合套接觸軸向碰撞受力關系數學模型:F = k3d3 (3)
[0020] 式(3)中:F-鎖環與接合套軸向碰撞力，k3-接合套與鎖環之間的剛度系數;d3-接 合套與鎖環之間的切入深度；
[0021] (D)同步階段:根據同步力矩的傳遞關系，建立鎖環對接合齒圈扭矩傳遞關系數學 模型：
(4)
[0023] 式(4)中：y、F、R和a均是設計參數，可通過設計變量創建;Tf_同步力矩;y-鎖環和 接合齒圈之間的摩擦錐面摩擦系數;F-鎖環和接合齒圈之間的軸向力;R-摩擦錐面平均 作用半徑;a-錐面半錐角-鎖環和接合齒圈之間的角速度差，可由ADAMS內部的測量 函數WZ獲得；《 2-附加的取值;arctan-為了使同步力矩與鎖環的運動與實際運動相關而 附加的函數，從符合同步器同步階段的動態運動過程考慮，當測量值較大時，趨于無 窮大，arctan( 〇i/〇2)的取值為V2;當測量值趨于零時，Wi/02趨于零，arctan( 〇i/〇2) 的取值為零;其中接合齒圈對鎖環軸向作用力F的數學模型為:F = k4d4+c2V2 (5)
[0024]式(5)中：k4 一鎖環與接合齒圈錐面之間的剛度系數，d4-鎖環和接合齒圈之間的 軸向距離，c2-鎖環和接合齒圈之間的阻尼系數，v2-鎖環相對接合齒圈的轉動角速度差； [0025] (E)空運行階段:ADAMSADAMS/V i ew軟件內部的雙側碰撞函數BI STOP，可準確描述 兩個物體共同轉動的運動狀態，利用BIST0P建立接合套帶動鎖環向接合齒圈靠近過程中隨 著接合套轉動的運動狀態模型:BIST0P(x'，dx'，X1'，x2'，h'，e'，C max'，cU'）(6)
[0026] 式(6)中：x ' 一實測鎖環與接合套兩個接觸體之間角位移變量，dx ' 一測量鎖環與 接合套所取參數點之間角速度差，X1'，X2'一鎖環，接合套花鍵沿圓周方向的角位移量； h '一鎖環與接合套接觸剛度系數，e ' 一接合套與接合齒圈的碰撞指數，Cmax ' 一接合套向接 合齒圈運動阻尼系數，cU'一計算時設置的接合套與接合齒圈的接合齒初始切入深度；
[0027] (F)二次沖擊階段：以表示接合套與接合齒圈幾何結構關系的物理模型為基礎，建 立描述接合套與接合齒圈之間二次沖擊力的數學模型:F = k5h+c3v3 (7)
[0028] 式(7)中：接合套與接合齒圈接觸剛度系數，h-接合套與接合齒圈幾何結構 物理模型構造的位移值，當接合套與接合齒圈同向旋轉時，h等于In，其值由式(8)求得；當 接合套與接合齒圈反向旋轉時，h等于h 2,其值由式(9)求得;V3-接合套相對接合齒圈轉動 角速度差;C3-接合套與接合齒圈接合齒接觸阻尼系數;借助于ADAMS仿真分析軟件自帶 函數，搭建同步器二次沖擊仿真模型。
[0031 ] 式(8)和(9)中：e、p和hd都是設計參數，e-0~1的隨機數;p-兩個結合之間縱 向距離;一結合套結合齒齒厚的一半;0-鎖止角;hd-接合齒圈結合齒徑向長度;dPF和dB 是通過ADAMS仿真分析軟件測量函數AZ和DZ測量得到的狀態變量，其中dPF = R0，R表示接合 齒的工作半徑，9是函數AZ測量的圓周角速度差值；
[0032] (G)換擋結束階段:運用ADAMSADAMS/View軟件內部的雙側碰撞函數BIST0P，建立 接合套帶動接合齒圈轉動的運動狀態模型：（x"，dx"，X1"，X2"，h"，e"，C max"，山"）(10) [0033]式（10)中：x"一接合套與接合齒圈轉動角位移變量，d x"一接合套與接合齒圈間 的軸向速度，X1 "、x2"一接合套、接合齒圈沿圓周方向的角位移量，h"一花鍵轂與接合齒圈 之間的剛度系數，e" 一接合套與接合齒圈的碰撞指數，Cmax "一接合套與接合齒圈運動阻尼 系數，cU" 一接合套與接合齒圈切入深度。
[0034]進一步地，表現同步器結構關系物理模型，是基于UG軟件搭建的三維幾何模型，利 用UG軟件搭建的三維基礎模型相關點，在ADAMS仿真軟件中選取和創建參數點。
[0035]進一步地，借助于ADAMS仿真分析軟件界面對話與運算功能，實現設計參數便捷輸 入;可同時通過參數設計對話框進行多參數修改，實現單參數和多參數優化仿真研究，進行 多參數對同步性能的影響分析。
[0036] 本發明公布了一種同步器參數化設計方法，以某五檔變速器鎖環式單錐面同步器 為研究對象，根據同步器每個運動階段各零部件運動位置幾何關系和接觸件之間的受力關 系，將同步器換擋工作過程細化分解為七個運動階段，針對不同的運動階段，搭建相關運動 狀態數學模型、幾何結構關系物理模型，借助于ADAMS仿真分析軟件自帶的內部過程函數， 共同描述同步器在不同運動階段中，各零件運動過程狀態與相互作用力及形變的關系，構 成同步過程完整受力與運動關系模型。借助于ADAMS仿真分析軟件界面對話功能，實現設計 參數便捷輸入;借助于ADAMS仿真分析軟件運算功能，實現結構參數與同步性能關系的動態 仿真和多目標結構參數優化仿真設計。
[0037] 本發明能夠將各設計參數對單個運動階段影響進行隔離分析，以獲得各設計參數 對不同運動階段影響細分；當進行同步器結構參數優選時，不需隨結構設計參數更改反復 重建幾何模型，便可通過仿真分析方法獲得設計參數對同步性能影響的可視化實時仿真結 果;方便同時進行多參數與單參數篩選設置，可提高參數優選設計效率、減少性能試驗修 正工作量，降低產品開發成本。
【附圖說明】
[0038]圖1為同步器主要零件三維模型圖；
[0039] 圖2為本發明同步器工作過程分解框架流程圖；
[0040] 圖3為本發明同步器接合齒之間運動關系示意圖；
[0041 ]圖4為同步器二次沖擊接合齒運動示意圖；
[0042]圖1中：1一接合套2-花鍵穀3-鎖環4一接合齒圈5-從動齒輪6-滑塊組。
【具體實施方式】
[0043]為使本發明的上述目的、特征和方法更加明顯易懂，下面接合附圖1-4,以本發明 中同步階段和二次沖擊階段模型建立為例，對具體建模實施方法作進一步詳細的說明。
[0044] -種基于同步過程的同步器參數化仿真模型構建方法，具體包括如下步驟：
[0045] (1)同步器工作過程細分，根據同步器每個運動階段各零部件運動位置幾何關系 和接觸件之間的受力關系，將同步器換檔過程細分為如圖2框架流程圖所示的七個階段。 [0046] (2)受力關系模型簡化，將同步器工作過程零部件接合齒之間的受力關系進行簡 化示意如圖3所示。
[0047] (3)仿真模型構建，針對不同的運動階段，搭建相關運動狀態數學模型、幾何結構 關系物理模型，針對創建的數學模型和物理模型，利用ADAMS內部函數搭建同步器零部件的 參數點、設計變量和狀態變量，描述同步器在不同運動階段中，各零件運動過程狀態與相互 作用力及形變的關系，完成同步器參數化設計仿真模型的構建。
[0048] (A)空轉階段模型:采用ADAMS內部過程函數一BIST0P，建立花鍵轂帶動接合套、接 合套帶動鎖環的運動模型:BIST0P( x，dx，X1，x2，h，e，Cmax，cb) (1)
[0049]式（1)中x-花鍵轂與接合套軸向位移變量，dx-花鍵轂與接合套間的軸向速度， Xi，X2-花鍵轂與接合套軸沿圓周方向的角位移量(為雙側碰撞函數的兩個邊界值），h-花 鍵轂與接合套之間的剛度系數，e-花鍵轂與接合套的碰撞指數，Cmax-阻尼系數，cU-接 合套與鎖環切入深度。
[0050] (B)預同步階段:建立鎖環與花鍵轂運動與受力關系數學模型:F = k2d2+Civi (2)
[00511 式(2)中F-鎖環軸向力，k2-鎖環與花鍵轂之間的剛度系數，d2-鎖環和花鍵轂之 間的軸向距離，C1 一鎖環和花鍵轂之間的阻尼系數，^一鎖環相對花鍵轂的軸向轉動速度。 [0052] (C)鎖止階段：以表示鎖環與接合套的幾何結構關系的物理模型為基礎，建立鎖環 與接合套接觸軸向碰撞受力關系數學模型:F = k3d3 (3)
[0053]式(3)中F-鎖環與接合套軸向碰撞力，k3-接合套與鎖環之間的剛度系數;d3-接 合套與鎖環之間的切入深度。
[0054] (D)同步階段:在同步階段中，同步力矩的傳遞發生在鎖環與接合齒圈之間，鎖環 與接合齒圈通過摩擦錐面摩擦作用產生同步力矩，根據同步力矩的傳遞關系，建立鎖環對 接合齒圈扭矩傳遞關系數學模型：
[0055] 式(4)中：y、F、R和a均是設計參數，可通過設計變量創建;Tf-同步力矩;y-鎖環和 接合齒圈之間的摩擦錐面摩擦系數;F-鎖環和接合齒圈之間的軸向力;R-摩擦錐面平均 作用半徑;a-錐面半錐角-鎖環和接合齒圈之間的角速度差(可由ADAMS內部的測量 函數WZ獲得）；co 2-附加的取值(是一個為測量《 :時設定的基準點，取值為趨于零的一個數 值，這里取值0.01) ;arctan-為了使同步力矩與鎖環的運動與實際運動相關而附加的函數 [從符合同步器同步階段的動態運動過程考慮，當測量值較大時，趨于無窮大， arctan( 0i/02)的取值為V2,當測量值趨于零時，Wi/02趨于零，arctan( 0i/02)的取值 為零]。其中接合齒圈對鎖環軸向作用力F的數學模型為:F = k4d4+c2V2 (5)
[0056] 式(5)中k4 一鎖環與接合齒圈錐面之間的剛度系數，d4-鎖環和接合齒圈之間的軸 向距離，c2-鎖環和接合齒圈之間的阻尼系數，v2-鎖環相對接合齒圈的轉動角速度差。 [0057] (E)空運行階段:ADAMSADAMS/V i ew軟件內部的雙側碰撞函數BI STOP，可準確描述 兩個物體共同轉動的運動狀態，利用BIST0P建立接合套帶動鎖環向接合齒圈靠近過程中隨 著接合套轉動的運動狀態模型:BIST0P(x'，dx'，X1'，x2'，h'，e'，C max'，山'）(6)
[0058] 式(6)中^'一實測鎖環與接合套兩個接觸體之間角位移變量，dx'一測量鎖環與 接合套所取參數點之間角速度差，X1', X2'一鎖環，接合套花鍵沿圓周方向的角位移量； ki'一鎖環與接合套接觸剛度系數，e'一接合套與接合齒圈的碰撞指數，Cmax'一接合套向 接合齒圈運動阻尼系數，cU'一計算時設置的接合套與接合齒圈的接合齒初始切入深度。
[0059] (F)二次沖擊階段：以表示接合套與接合齒圈幾何結構關系的物理模型為基礎，建 立描述接合套與接合齒圈之間二次沖擊力的數學模型:F = k5h+c3v3 (7)
[0060] 式(7)中匕一接合套與接合齒圈接觸剛度系數，h-接合套與接合齒圈幾何結構物 理模型構造的位移值，當接合套與接合齒圈同向旋轉時，h等于lu，其數值由式(8)求得；當 接合套與接合齒圈反向旋轉時，h等于h 2,其數值由式(9)求得;V3-接合套相對接合齒圈轉 動角速度差;C3-接合套與接合齒圈接合齒接觸阻尼系數。借助于ADAMS仿真分析軟件自 帶函數，搭建同步器二次沖擊仿真模型。
[0063]式(8)、（9)中，e、p、0和hd都是設計參數（由設計師自行設計），其中e-0~1的隨機 數;P-兩個結合之間縱向距離;一接合套結合齒齒厚的一半4一鎖止角;hd-接合齒圈結 合齒徑向長度(參考說明書附圖3)。dPF和dB是通過ADAMS仿真分析軟件測量函數AZ和DZ測 量得到的狀態變量，其中dPF = R0，R表示接合齒的工作半徑，0是函數AZ測量的圓周角速度 差值。
[0064] (G)換擋結束階段:運用ADAMSADAMS/View軟件內部的雙側碰撞函數BIST0P，建立 接合套帶動接合齒圈轉動的運動狀態模型：（x"，dx"，X1"，X2"，h"，e"，C max"，山"）(10) [0065]式（10)中x"一接合套與接合齒圈轉動角位移變量，dx"一接合套與接合齒圈間的 軸向速度， X1"、X2" 一接合套、接合齒圈沿圓周方向的角位移量(計算時設定的雙側碰撞函數 邊界值），h"一花鍵轂與接合圈之間的剛度系數，e"一接合套與接合齒圈的碰撞指數， Cmax"一接合套與接合齒圈運動阻尼系數，cU" 一接合套與接合齒圈切入深度。
[0066] (4)借助于ADAMS仿真分析軟件界面對話功能，進行設計參數輸入，便捷實現多目 標參數修改與優化。
[0067] (5)借助于ADAMS仿真分析軟件運算功能，進行同步器結構設計參數對同步力矩、 同步時間和二次沖擊峰值等同步性能仿真分析。根據動態性能分析結果，不斷對鎖止角和 半錐角等多個參數進行調整、修改，最終得到多個設計參數的最優組合，實現目標結構參數 優化仿真設計。
[0068]以上對本發明所提供的一種基于同步過程的同步器參數化仿真模型構建方法，進 行了詳細介紹，并且引入具體應用實例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施 例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人 員，依據本發明的思想，在【具體實施方式】及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明 書內容不應理解為對本發明的限制。
【主權項】
1. 一種基于同步過程的同步器參數化仿真模型構建方法，其特征在于，根據同步器每 個運動階段各零部件運動位置幾何關系和接觸件之間的受力關系，將復雜的同步器換擋工 作過程，細化分解為七個運動階段;針對不同的運動階段，搭建相關運動狀態數學模型、幾 何結構關系物理模型，借助于ADAMS仿真分析軟件自帶的內部過程函數，共同描述同步器在 不同運動階段中，各零件運動過程狀態與相互作用力及形變的關系，構成同步過程完整受 力與運動關系模型，所述的七個運動階段分別為： (A) 空轉階段：空檔時，在慣性作用下，同步器花鍵轂帶動接合套，接合套帶動鎖環轉 動;此時接合套、鎖環與接合齒圈未接觸，將花鍵轂帶動接合套與鎖環空轉，接合套不承受 換擋力的階段定義為空轉階段； (B) 預同步階段:在換擋力的作用下，接合套向著待接合齒輪齒圈方向產生軸向移動， 以消除鎖環與待接合齒輪齒圈的間隙；同時接合套移動鋼球，滑塊將力傳遞給鎖環，在摩擦 力矩的作用下，鎖環同時相對于輸出端轉過相應的角度;將這種接合套向鎖環軸向移動，鎖 環周向轉動，但兩者尚未接觸的階段，定義為預同步階段； (C) 鎖止階段:接合套滑移至接合齒鎖止面，并與鎖環接合齒鎖止面相互接觸階段，定 義為鎖止階段； (D) 同步階段:鎖環與待接合齒輪接合齒圈摩擦錐面之間產生了一個摩擦力矩，該摩擦 力矩會使得兩者的轉速差逐漸縮小，直到與接合套和鎖環接合齒之間接觸力產生的撥環力 矩逐步相等時，接合套與鎖環轉速相同，鎖環壓緊接合齒圈;這種接合套與鎖環之間角速度 差為零的過程，定義為同步階段;這種接合套與接合齒輪轉速相同的階段，定義為同步階 段； (E) 空運行階段:接合套撥正鎖環后穿過鎖環，從接合套的接合齒鎖止面與鎖環接合齒 的鎖止面分離開始，到接合套的接合齒與接合齒圈的接合齒接觸為止，這個階段定義為換 擋過程中的空運行階段。 (F) 二次沖擊階段:接合套與接合齒圈嚙合前，由于接合套與接合齒圈的接合齒之間存 在一定的軸向和圓周方向的速度差，兩者在接觸的瞬間會產生碰撞，將產生這種換擋沖擊 階段定義為二次沖擊階段； (G) 換擋結束階段:接合套的接合齒與接合齒圈相互接觸，直到兩接合齒完全嚙合，將 換擋完成階段定義為換擋結束階段。2. 權利要求1所述的基于同步過程的同步器參數化仿真模型構建方法，其特征在于，所 述七個運動階段對應的分析模型分別為： (A) 空轉階段模型:采用ADAMS內部過程函數一 BISTOP，建立花鍵轂帶動接合套、接合套 帶動鎖環的運動模型:BISTOP(x，dx，Χ1，χ2，lu，e，C max，cb) (1) 式（1)中：x-花鍵轂與接合套軸向位移變量，dx-花鍵轂與接合套間的軸向速度，X1， χ2-花鍵轂與接合套軸沿圓周方向的角位移量，匕一花鍵轂與接合套之間的剛度系數，e- 花鍵轂與接合套的碰撞指數，Cmax-阻尼系數，cU-接合套與鎖環切入深度； (B) 預同步階段:建立鎖環與花鍵轂運動與受力關系數學模型:F = k2d2+cm (2) 式(2)中：F-鎖環軸向力，k2-鎖環與花鍵轂之間的剛度系數，d2-鎖環和花鍵轂之間 的軸向距離，C1 一鎖環和花鍵轂之間的阻尼系數，^一鎖環相對花鍵轂的軸向轉動速度； (C) 鎖止階段：以表示鎖環與接合套的幾何結構關系的物理模型為基礎，建立鎖環與接 合套接觸軸向碰撞受力關系數學模型:F = k3d3 (3) 式(3)中:F-鎖環與接合套軸向碰撞力，k3-接合套與鎖環之間的剛度系數;d3-接合套 與鎖環之間的切入深度； (D) 同步階段:根據同步力矩的傳遞關系，建立鎖環對接合齒圈扭矩傳遞關系數學模 型：式(4)中：y、F、R和α均是設計參數，可通過設計變量創建;Tf_同步力矩;μ-鎖環和接合 齒圈之間的摩擦錐面摩擦系數;F-鎖環和接合齒圈之間的軸向力;R-摩擦錐面平均作用 半徑;α-錐面半錐角；ω!-鎖環和接合齒圈之間的角速度差，可由ADAMS內部的測量函數 WZ獲得；〇2-附加的取值;arctan-為了使同步力矩與鎖環的運動與實際運動相關而附加 的函數，從符合同步器同步階段的動態運動過程考慮，當測量值較大時，ω V ω 2趨于無窮 大，arctan( ω1;/ω2)的取值為π/2;當測量值趨于零時，ω1;/ω2趨于零，arctan( ω1;/ω2)的 取值為零;其中接合齒圈對鎖環軸向作用力F的數學模型為:F = k4d4+c2V2 (5) 式(5)中：k4一鎖環與接合齒圈錐面之間的剛度系數，d4-鎖環和接合齒圈之間的軸向 距離，C2-鎖環和接合齒圈之間的阻尼系數，V2-鎖環相對接合齒圈的轉動角速度差； (E) 空運行階段:ADAMSADAMS/View軟件內部的雙側碰撞函數BISTOP，可準確描述兩個 物體共同轉動的運動狀態，利用BI STOP建立接合套帶動鎖環向接合齒圈靠近過程中隨著接 合套轉動的運動狀態模型:BIST0P(x'，dx'，X1'，X2'，ki'，e'，C max'，cU'） (6) 式(6)中：x'一實測鎖環與接合套兩個接觸體之間角位移變量，dx'一測量鎖環與接合 套所取參數點之間角速度差，X1'，X2'一鎖環，接合套花鍵沿圓周方向的角位移量'一鎖 環與接合套接觸剛度系數，e'一接合套與接合齒圈的碰撞指數，C max'一接合套向接合齒圈 運動阻尼系數，cU'一計算時設置的接合套與接合齒圈的接合齒初始切入深度； (F) 二次沖擊階段：以表示接合套與接合齒圈幾何結構關系的物理模型為基礎，建立描 述接合套與接合齒圈之間二次沖擊力的數學模型:F = k5h+C3V3 (7) 式(7)中：1?-接合套與接合齒圈接觸剛度系數，h-接合套與接合齒圈幾何結構物理模 型構造的位移值，當接合套與接合齒圈同向旋轉時，h等于lu，其值由式(8)求得；當接合套 與接合齒圈反向旋轉時，h等于h 2,其值由式(9)求得;V3-接合套相對接合齒圈轉動角速度 差;C3-接合套與接合齒圈接合齒接觸阻尼系數;借助于ADAMS仿真分析軟件自帶函數，搭 建同步器二次沖擊仿真模型。式(8)和(9)中：e、p、i3Ld和hd都是設計參數，ε-0~1的隨機數;p-兩個結合之間縱向距 離;Ld-結合套結合齒齒厚的一半;β-鎖止角;hd-接合齒圈結合齒徑向長度;dPF和dB是通 過ADAMS仿真分析軟件測量函數AZ和DZ測量得到的狀態變量，其中dPF = R0，R表示接合齒的 工作半徑，Θ是函數AZ測量的圓周角速度差值； (G) 換擋結束階段:運用ADAMSADAMS/Vi ew軟件內部的雙側碰撞函數BI STOP，建立接合 套帶動接合齒圈轉動的運動狀態模型：（X"，dx"，X1"，X2"，h"，e"，C max"，山"）(10) 式（10)中：x"一接合套與接合齒圈轉動角位移變量，dx"一接合套與接合齒圈間的軸向 速度，X1 "、X2" 一接合套、接合齒圈沿圓周方向的角位移量，kf 一花鍵轂與接合齒圈之間的 剛度系數，e" 一接合套與接合齒圈的碰撞指數，Cmax "一接合套與接合齒圈運動阻尼系數， cU" 一接合套與接合齒圈切入深度。3. 權利要求1或2所述的基于同步過程的同步器參數化仿真模型構建方法，其特征在 于，表現同步器結構關系物理模型，是基于UG軟件搭建的三維幾何模型，利用UG軟件搭建的 三維基礎模型相關點，在ADAMS仿真軟件中選取和創建參數點。4. 權利要求3所述的基于同步過程的同步器參數化仿真模型構建方法，其特征在于，借 助于ADAMS仿真分析軟件界面對話與運算功能，實現設計參數便捷輸入;可同時通過參數設 計對話框進行多參數修改，實現單參數和多參數優化仿真研究，進行多參數對同步性能的 影響分析。
【文檔編號】F16D23/02GK105930606SQ201610284550
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月3日
【發明人】褚超美, 池會強, 顧建華, 繆國, 顧放, 譚輝, 梅超, 趙慶帥, 孫毅
【申請人】上海理工大學, 上海汽車變速器有限公司