JP6582929B2 - Synchronizer ring performance evaluation system - Google Patents
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Description
本発明は、トランスミッションのギヤ段の切り替え時に使用されるシンクロナイザーリングの性能評価装置に関するものである。 The present invention relates to a performance evaluation apparatus for a synchronizer ring used at the time of switching a gear stage of a transmission.
大型トラックで用いられる16段トランスミッションは、本体部4段の前側にHi、Low2段のスプリッター、後ろ側にHiとLow2段のレンジチェンジを持つ2×4×2=16段である。スプリッターHi、Lowは、それぞれ偶数段と奇数段の切り替えを、レンジチェンジにより、1〜8速と9〜16速の切り替えを行っている。 The 16-stage transmission used in a large truck has 2 × 4 × 2 = 16 stages having a Hi and Low 2 stage splitter on the front side of the main body 4 stage and a Hi and Low 2 range change on the rear side. The splitters Hi and Low switch between even and odd stages, respectively, and switch between 1st to 8th speeds and 9th to 16th speeds by range change.
ドライバーがシフトチェンジする際に車速が落ちすぎないように早くシフトチェンジできることが求められるため、スプリッターの偶数段、奇数段の切り替えはエアーアクチュエータがスリーブを高速で移動させシフトチェンジを行っている。 Since it is required that the vehicle can be shifted quickly so that the vehicle speed does not drop too much when the driver shifts, the air actuator moves the sleeve at high speed to change the splitter even number and odd number.
このシフトチェンジの際、異なる回転数の軸とギヤはシンクロナイザーリングの摩擦面とギヤのコーン面が接触し摩擦力により同期する。 At the time of this shift change, the shafts and gears having different rotational speeds are synchronized with each other by the frictional force of the friction surface of the synchronizer ring and the gear cone surface.
通常のシフトチェンジは、ギヤとシンクロナイザーリングが同期してからスリーブがギヤのドグ歯と噛合い、シフトチェンジ完了となるが、シンクロナイザーリングとギヤの同期が遅いと同期が完了する前にスリーブがギヤのドグ歯に飛び込んでしまい、回転差がある状態で接触するためギヤ鳴りを起こしてしまう。 In a normal shift change, the gear mesh and the synchronizer ring synchronize before the sleeve meshes with the dog teeth of the gear, and the shift change is completed, but if the synchronizer ring and the gear synchronize slowly, the sleeve before the synchronization is completed Jumps into the dog teeth of the gear and makes contact with a difference in rotation, resulting in gear ringing.
よって、シンクロナイザーリングとギヤの同期速度を適正に評価することが必要である。 Therefore, it is necessary to properly evaluate the synchronization speed of the synchronizer ring and the gear.
シンクロリングの性能を評価するためにシンクロ単体試験機という装置がある。この装置は一定温度で保たれた試験油槽の中でモータで回転している軸に取り付けられたギヤのコーン部に押付け軸に取り付けられたシンクロリングを設定された荷重で繰り返し押付け摩擦特性を評価するものである。 In order to evaluate the performance of the synchro ring, there is a device called a synchro unit tester. This device evaluates the pressing friction characteristics repeatedly with a set load of the synchro ring attached to the pressing shaft to the cone part of the gear attached to the shaft rotating by the motor in the test oil tank maintained at a constant temperature. To do.
この装置では主に連続で繰り返し押し付けて摩擦係数μの変化と耐久性を評価するモードと一定回転で回っている回転軸のクラッチをきり慣性力で回っているギヤにシンクロリングを押付けギヤが停止するまでの時間とその時のトルクを測定するモードがある。 This device mainly presses continuously and repeatedly to evaluate the change in friction coefficient μ and durability, and the clutch of the rotating shaft rotating at a constant rotation, and the synchro ring is pressed against the gear rotating with inertial force, and the gear stops There is a mode to measure the time to start and the torque at that time.
ところで、従来のシンクロ単体試験機は押付けが始まってから所定の荷重まで立上る時間(Δt)は一定である。 By the way, in the conventional synchro unit testing machine, the time (Δt) to rise to a predetermined load after pressing starts is constant.
しかし、トランスミッションのメイン段とスプリッターではシフトスピードが異なるため、一定の押付け速度ではそれぞれの段のシンクロ特性を確認することができない問題がある。 However, since the shift speed is different between the main stage and the splitter of the transmission, there is a problem that the sync characteristics of each stage cannot be confirmed at a constant pressing speed.
このスプリッターによるシンクロナイザーリングの押付速度は、メイン段より5〜7倍程度速く、ギヤコーンとシンクロナイザーリング間に形成される油膜によるトルク伝達力が発生するため、油膜を考慮してシンクロ特性を評価する必要がある。 The pushing speed of the synchronizer ring by this splitter is about 5 to 7 times faster than the main stage, and torque transmission force is generated by the oil film formed between the gear cone and the synchronizer ring. Therefore, the synchro characteristics are evaluated considering the oil film. There is a need to.
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、シンクロナイザーリングとギヤコーンのシンクロ特性を評価できるシンクロナイザーリングの性能評価装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a performance evaluation apparatus for a synchronizer ring that solves the above-described problems and can evaluate the synchronizer ring and the synchro characteristics of the gear cone.
上記目的を達成するために本発明は、シンクロ単体試験機でシンクロナイザーリングをギヤコーンに押し付けてシンクロナイザーの摩擦特性を評価するシンクロ性能評価装置において、ギヤコーンに押し付けるシンクロナイザーリングの押付速度を可変にした押付速度可変装置を備え、シンクロ摩擦面とギヤコーン面が接触する前に、発生するトルクを、その発生時からギヤコーンに接触するまでの時間(A)のトルク値と回転数を、時間で積分して初期吸収エネルギーを算出し、これを時間(A)で割って初期吸収エネルギー速度を求め、その初期吸収エネルギー速度でシンクロナイザーリングを評価することを特徴とするシンクロ性能評価装置である。 In order to achieve the above object, the present invention provides a synchronizer performance evaluation apparatus that evaluates the friction characteristics of a synchronizer by pressing the synchronizer ring against the gear cone in a single unit tester of the synchronizer, and the pressing speed of the synchronizer ring pressed against the gear cone is variable. The pressing speed variable device is provided , and before the synchro friction surface and the gear cone surface come into contact, the generated torque is integrated with the time and the torque value (A) from the time of occurrence to the gear cone. Then, the initial absorption energy is calculated, divided by time (A) to obtain the initial absorption energy rate, and the synchronizer ring is evaluated at the initial absorption energy rate .
押付速度可変装置は、シンクロナイザーリングの押付速度を、トランスミッションに使用されるシンクロナイザーリングの速度と同じに制御するのが好ましい。 It is preferable that the pressing speed variable device controls the pressing speed of the synchronizer ring to be the same as the speed of the synchronizer ring used in the transmission.
本発明は、シンクロナイザーリングの押付速度を可変にすることでシンクロ特性を的確に評価できるという優れた効果を発揮する。 The present invention exhibits an excellent effect that the synchronization characteristics can be accurately evaluated by making the pressing speed of the synchronizer ring variable.
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。 A preferred embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
先ず、図1により本発明のシンクロナイザーリングの性能評価装置10を説明する。
First, a synchronizer ring
シンクロナイザーリングの性能評価装置10は、従来のシンクロ単体試験機の押付シリンダ22に押付速度可変装置28とシンクロ特性評価手段30を付加したものである。
The synchronizer ring
シンクロ単体試験機は、試験油槽12内に収容されたギヤコーン13とシンクロナイザーリング14からなるトランスミッションT/Mに対して、ギヤコーン13を接続した入力軸11を回転する入力軸側I/Aと、シンクロナイザーリング14を接続した出力軸15を移動してシンクロナイザーリング14をギヤコーン13に押し付ける出力軸側O/Aが配置されて構成される。
The synchro unit testing machine includes an input shaft side I / A that rotates an input shaft 11 connected to a
入力軸側I/Aの入力軸11には、フライホイール16が設けられ、クラッチ17を介してモータ18で入力軸11が駆動され、その回転数が回転計19で検出される。トランスミッション側T/Mのシンクロナイザーリング14は入力軸11に連結され、シンクロナイザーリング14は、出力軸15に連結され、試験油槽12内には、ギヤオイル20が収容される。
The input shaft 11 on the input shaft side I / A is provided with a
出力軸側O/Aの出力軸15は、スライド装置21に取り付けられ、押付シリンダ22にて軸方向に移動されて、ギヤコーン13にシンクロナイザーリング14を押し付ける。この際の変位量は変位計23で検出され、押付荷重は押付荷重計(ロードセル)24で検出される。またギヤコーン13にシンクロナイザーリング14を押し付けたときのシンクロナイザーリング14に伝達されるトルクは、出力軸15に取り付けたモーメントセル25を介して回転トルク計26で検出される。
The
押付速度可変装置28は、押付シリンダ22によるシンクロナイザーリング14の押付速度を9mm/sec〜80mm/secの速さに制御できるもので、例えば押付シリンダ22が油圧シリンダであれば、その油圧シリンダに圧油を供給するバルブの開度を制御することで、図2に示すように押付け速度を制御できる。
The pressing
また、押付速度の制御は、油圧シリンダの他にエアシリンダでも、或いは電動アクチュエータによる速度制御などいずれで構成してもよい。 The pressing speed may be controlled by either an air cylinder or a speed control by an electric actuator other than the hydraulic cylinder.
回転計19によるギヤ回転数(rpm)、変位計23によるリング変位(μm)、押付荷重計(ロードセル)24による押付荷重(N)及び回転トルク計26による回転トルク(N・m)は、シンクロ特性評価手段30に入力される。
The gear rotation speed (rpm) by the tachometer 19, the ring displacement (μm) by the
シンクロ特性評価手段30は、入力されたデータを基に、シンクロ摩擦面とギヤコーン面が接触する前(油が間にいる状態)にギヤコーンの回転をシンクロナイザーリングに伝えようとする伝達トルクに基づく初期吸収エネルギーを求め、その初期吸収エネルギーから初期吸収エネルギー速度を求めてシンクロナイザーリングを評価する。 Based on the input data, the synchro characteristic evaluation means 30 is based on a transmission torque for transmitting the rotation of the gear cone to the synchronizer ring before the synchro friction surface and the gear cone surface come into contact with each other (in a state where oil is present). The initial absorption energy is obtained, the initial absorption energy velocity is obtained from the initial absorption energy, and the synchronizer ring is evaluated.
具体的には、トルクが発生してからシンクロナイザーリングとギヤコーンが接触するまでの時間(A)のトルク値、回転数(角速度)を時間で積分し、初期吸収エネルギーを算出し、それを時間(A)で割り初期吸収エネルギー速度(単位時間t当たりの吸収エネルギー)を下式により求める。
初期吸収エネルギー速度=E/t …(1)
Specifically, the torque value and the rotation speed (angular velocity) of the time (A) from when the torque is generated until the synchronizer ring and the gear cone come into contact are integrated with each other to calculate the initial absorbed energy, which is calculated as time. Divide by (A) to obtain the initial absorbed energy rate (absorbed energy per unit time t) by the following equation.
Initial absorption energy rate = E / t (1)
(1)式中の初期吸収エネルギーEは、下式(2)で求める。
E=∫T・ω・dt …(2)
E:吸収エネルギー(J)
T:トルク(N/m)
ω:角速度(rad/sec)
t:時間(sec)
The initial absorption energy E in the equation (1) is obtained by the following equation (2).
E = ∫T · ω · dt (2)
E: Absorbed energy (J)
T: Torque (N / m)
ω: Angular velocity (rad / sec)
t: Time (sec)
ここで求めた、初期吸収エネルギーEを時間(A)で割って求めた、初期吸収エネルギー速度(J/sec)を比較することで同期速度の速さがわかる。すなわち、
初期吸収エネルギー速度大=同期速度速い
初期吸収エネルギー速度小=同期速度遅い
と評価することができる。
By comparing the initial absorption energy rate (J / sec) obtained by dividing the initial absorption energy E obtained here by time (A), the speed of the synchronization speed can be found. That is,
It can be evaluated that the initial absorption energy speed is large = the synchronization speed is fast and the initial absorption energy speed is small = the synchronization speed is slow.
図3は、ギヤ鳴りが発生したシンクロナイザーリングを、シンクロナイザーリングの性能評価装置10で試験したときのデータを示し、(a)は押付速度9mm/secで試験したときのデータの経時変化、(b)は、スプリッターの押付速度と同じ速度(50〜70mm/secで設定)で試験したときのデータの経時変化を示したものである。
FIG. 3 shows data when the synchronizer ring in which the gear squeal occurred was tested with the
また図4は、ギヤ鳴りが無かったシンクロナイザーリングを、シンクロナイザーリングの性能評価装置10で試験したときのデータを示し、(a)は押付速度9mm/secで試験したときのデータの経時変化、(b)は、スプリッターの押付速度と同じ速度(50〜70mm/secで設定)で試験したときのデータの経時変化を示したものである。
FIG. 4 shows data when the synchronizer ring without gear ringing was tested with the synchronizer ring
図3(a)と図4(a)は、共に押付速度が9mm/secで試験したときのデータであるが、押付速度が遅いと、シンクロナイザーリングがギヤコーンに接触する時間tcまで、回転トルクは立ち上がらないのに対して、押付速度の速い図3(b)と図4(b)では、シンクロナイザーリングがギヤコーンに接触する時間tc前の時間t0で、回転トルクが立ち上がり、この発生した回転トルクが、油膜により慣性力を吸収した伝達トルクであることが分かる。 3 (a) and 4 (a) are data when the pressing speed is tested at 9 mm / sec. When the pressing speed is slow, the data is rotated until the time t c when the synchronizer ring contacts the gear cone. While the torque does not rise, in FIGS. 3B and 4B where the pressing speed is fast, the rotational torque rises at time t 0 before time t c when the synchronizer ring contacts the gear cone. It can be seen that the generated rotational torque is a transmission torque in which the inertial force is absorbed by the oil film.
そこで、時間t0から時間tcまでの回転トルクを上記(2)式をシンクロ特性評価手段30が演算する。 Therefore, the synchro characteristic evaluation means 30 calculates the rotational torque from the time t 0 to the time t c using the above equation (2).
但し、上記(2)式中の角速度ωは、回転数をN(rpm)とすると、ω=2πN/60(rad/sec)であり、ギヤ回転数と検出トルクの積を、時間tcからtcまで、積分すると初期吸収エネルギーEが求まる。 However, the angular velocity ω in the above equation (2) is ω = 2πN / 60 (rad / sec) when the rotation speed is N (rpm), and the product of the gear rotation speed and the detected torque is calculated from the time t c. By integrating up to t c , the initial absorbed energy E is obtained.
次に、初期吸収エネルギーEを時間(A)で割ると初期吸収エネルギー速度(J/sec)が求まる。 Next, the initial absorption energy rate (J / sec) is obtained by dividing the initial absorption energy E by the time (A).
図5は、図3、図4のようにして試験した種々の面粗さの異なるカーボンコンポジットからなる摩擦材を用いてシンクロナイザーリング(試料1〜9)とし、これらシンクロナイザーリングの初期吸収エネルギー(J/sec)を算出したものである。
FIG. 5 shows a synchronizer ring (
この図5で、試料1〜6のシンクロナイザーリングは、ギヤ鳴りが有り、試料7〜9はギヤ鳴りが無かった。この原因は、試料1〜6は、接触前の初期吸収エネルギーが、1000(J/sec)以下と低く、試料7〜9は、接触前の初期吸収エネルギーが、1000(J/sec)を超えており、接触前の回転伝達トルクにより、シンクロナイザーリングの同期速度が速かったものと考えられる。
In FIG. 5, the synchronizer rings of
図6は、試料1〜9のカーボンコンポジットからなる摩擦材の表面を10点平均面粗さRzを横軸に、初期吸収エネルギーを縦軸にしてプロットしたものである。
FIG. 6 is a plot of the surface of the friction material made of the carbon composites of
この図4より10点平均面粗さRzが32μm以上であれば、初期吸収エネルギーが、1000(J/sec)を超えることが分かる。 As can be seen from FIG. 4, when the 10-point average surface roughness Rz is 32 μm or more, the initial absorption energy exceeds 1000 (J / sec).
このことは、10点平均面粗さRzが32μm以上であれば、表面に形成される油膜量が十分に確保され、そのギヤオイルの粘弾性によるトラクション効果で、シンクロナイザーリングがギヤコーンに接触する前に、油膜によるトルク伝達力でシンクロナイザーリングが回転されるため、同期速度が速くなるものと考えられる。 This is because if the 10-point average surface roughness Rz is 32 μm or more, the amount of oil film formed on the surface is sufficiently secured, and the traction effect due to the viscoelasticity of the gear oil causes the synchronizer ring to come into contact with the gear cone. In addition, since the synchronizer ring is rotated by the torque transmission force of the oil film, it is considered that the synchronization speed is increased.
このように、従来の押付け速度一定の試験機に対して、押付け速度を可変にすることで、本発明は、スプリッターのような速いシフトチェンジの際のシンクロ特性を確認できるようになる。 Thus, by making the pressing speed variable with respect to the conventional testing machine with a constant pressing speed, the present invention can confirm the synchro characteristics at the time of a fast shift change such as a splitter.
すなわち、速い押付け速度で試験することにより同期極初期にはシンクロリングとギヤコーンが接触する前(油が間にいる状態)にトルクが伝わることでシンクロ特性に影響があり、これを初期吸収エネルギー速度として定量化することで、シンクロ性能の優れたシンクロリングの開発につなげることができる。 In other words, testing at a high pressing speed has an effect on the synchro characteristics when torque is transmitted before the synchro ring and gear cone come into contact with each other (with the oil in between) at the initial stage of the synchronization pole. By quantifying as, it can be linked to the development of synchro ring with excellent synchro performance.
シンクロリングの摩擦面は銅、モリブデン溶射、樹脂、カーボンなど様々な種類があり速いシフトチェンジにはどれが優れているか、また、より性能の良いシンクロにするにはどんな膜材質及び膜表面形状が良いかを開発していくための評価装置として、本発明は大きな効果がある。 There are various types of synchro-ring friction surfaces such as copper, molybdenum spray, resin, carbon, etc. Which is better for fast shift change, and what film material and film surface shape are required for better performance synchronization The present invention has a great effect as an evaluation device for developing whether it is good.
10 シンクロナイザーリングの性能評価装置
13 ギヤコーン
14 シンクロナイザーリング
28 押付速度可変装置
30 シンクロ特性評価手段
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