關(guān)于變速器各檔位轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的一種計(jì)算方法

李智欽 葉丁 藍(lán)健 高道呈

摘 要：本文針對(duì)目前整車制造企業(yè)關(guān)注的變速器各檔換算到輸入軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量當(dāng)量參數(shù)問(wèn)題，通過(guò)變速器總成實(shí)例介紹進(jìn)行探討分析。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，速比，變速器，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，動(dòng)量矩。

轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是剛體繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)慣性的量度，其量值取決于物體的形狀、質(zhì)量分布及轉(zhuǎn)軸的位置。

變速器總成中由于各檔位速比，作用齒輪零件的一樣，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也不一樣。

當(dāng)變速器總成一旦設(shè)計(jì)定型，其結(jié)構(gòu)形狀和傳動(dòng)關(guān)系也已經(jīng)確定，各檔位的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量就已經(jīng)成為定值。它不僅影響換擋性能及舒適性，還對(duì)整車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性，NVH等有很大的影響。

在計(jì)算變速器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)，其零件可以通過(guò)3D軟件得出準(zhǔn)確的數(shù)值，但是對(duì)于整個(gè)變速器來(lái)說(shuō)，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量并不是所有零件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的累加。需要通關(guān)相應(yīng)傳動(dòng)關(guān)系及位置關(guān)系進(jìn)行一定的換算才能得出。

1、嚙合回轉(zhuǎn)體的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

如圖1，齒輪Z1和齒輪Z2相嚙合傳動(dòng)，其齒數(shù)分別為z1， z2，有驅(qū)動(dòng)力矩M帶動(dòng)Ⅰ軸角加速度為α1，Ⅱ軸角加速度為α2;同時(shí)齒輪Z1受到F'的阻力，F(xiàn)為驅(qū)動(dòng)Ⅱ軸轉(zhuǎn)動(dòng)的作用力。

2、各檔位轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算

圖2為市場(chǎng)上一款變速箱內(nèi)部傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，前進(jìn)檔有6個(gè)檔位，倒擋有1個(gè)檔位，五檔為直接檔。輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)嚙合齒輪和各檔位同步器的作用，傳遞至輸出軸。

在計(jì)算各檔位轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)，需要將各個(gè)齒輪、同步器及回轉(zhuǎn)體，先轉(zhuǎn)換到中間軸，在通過(guò)作用齒輪轉(zhuǎn)換到輸出軸，得出各檔位的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

我們以該變速箱為例，一檔齒輪總成、二擋齒輪總成、六檔齒輪總成、倒檔齒輪總成、均位于二軸，三檔齒輪總成、四檔齒輪總成位于中間軸，為方便各檔轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算，我們按一下方法來(lái)對(duì)變速器各零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行疊加和簡(jiǎn)化：

所有安裝在中間軸上并與中間軸轉(zhuǎn)速相等且相對(duì)于中間軸軸心做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件（含支撐軸承內(nèi)圈及其滾動(dòng)體、各檔位同步器齒轂、滑塊、齒套）的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和為J中間軸;

按照相同定義，一軸及其相關(guān)零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和為J一軸;二軸及其相關(guān)零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和為J二軸;

空套于各軸上的檔位齒輪（包括其對(duì)應(yīng)的滾針和同步錐）的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為一檔J1、二檔J2、三檔J3、四檔J4、五檔J5、六檔J6、倒擋JR、倒檔惰輪J惰輪。

z1-z14分別為對(duì)應(yīng)各齒輪的齒數(shù)，z惰輪為倒檔惰輪的齒數(shù)。

⑴當(dāng)變速箱換空檔時(shí)，一軸與中間軸轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出軸無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)，空套安裝在二軸上的各檔位齒輪通過(guò)與中間軸齒輪嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)。將一檔齒輪、二檔齒輪、六檔齒輪、倒檔齒輪及惰輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)化到中間軸為：

由于篇幅所限，本文對(duì)變速器總成內(nèi)部各零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及傳動(dòng)關(guān)系進(jìn)行了一些簡(jiǎn)化，僅對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)換過(guò)程進(jìn)行了一些分析及探討，以上各計(jì)算式，僅適用于與本文所示變速器具有相同或類似結(jié)構(gòu)布局的變速器。應(yīng)用于具體的變速器檔位轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算時(shí)，僅供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]《汽車叢書(shū) 汽車變速器同步器》? ? ?馬超圣