关于变速器各档位转动惯量的一种计算方法

李智钦 叶丁 蓝健 高道呈

摘 要：本文针对目前整车制造企业关注的变速器各档换算到输入轴的转动惯量当量参数问题，通过变速器总成实例介绍进行探讨分析。

关键词：转动惯量，速比，变速器，回转运动，动量矩。

转动惯量是刚体绕轴转动时惯性的量度，其量值取决于物体的形状、质量分布及转轴的位置。

变速器总成中由于各档位速比，作用齿轮零件的一样，其转动惯量也不一样。

当变速器总成一旦设计定型，其结构形状和传动关系也已经确定，各档位的转动惯量就已经成为定值。它不仅影响换挡性能及舒适性，还对整车的动力性、燃油经济性，NVH等有很大的影响。

在计算变速器的转动惯量时，其零件可以通过3D软件得出准确的数值，但是对于整个变速器来说，其转动惯量并不是所有零件转动惯量的累加。需要通关相应传动关系及位置关系进行一定的换算才能得出。

1、啮合回转体的等效转动慣量

如图1，齿轮Z1和齿轮Z2相啮合传动，其齿数分别为z1， z2，有驱动力矩M带动Ⅰ轴角加速度为α1，Ⅱ轴角加速度为α2;同时齿轮Z1受到F'的阻力，F为驱动Ⅱ轴转动的作用力。

2、各档位转动惯量的计算

图2为市场上一款变速箱内部传动的结构简图，前进档有6个档位，倒挡有1个档位，五档为直接档。输入轴转动，通过啮合齿轮和各档位同步器的作用，传递至输出轴。

在计算各档位转动惯量时，需要将各个齿轮、同步器及回转体，先转换到中间轴，在通过作用齿轮转换到输出轴，得出各档位的总转动惯量。

我们以该变速箱为例，一档齿轮总成、二挡齿轮总成、六档齿轮总成、倒档齿轮总成、均位于二轴，三档齿轮总成、四档齿轮总成位于中间轴，为方便各档转动惯量的计算，我们按一下方法来对变速器各零件的转动惯量进行叠加和简化：

所有安装在中间轴上并与中间轴转速相等且相对于中间轴轴心做回转运动的零件（含支撑轴承内圈及其滚动体、各档位同步器齿毂、滑块、齿套）的转动惯量之和为J中间轴;

按照相同定义，一轴及其相关零件的转动惯量之和为J一轴;二轴及其相关零件的转动惯量之和为J二轴;

空套于各轴上的档位齿轮（包括其对应的滚针和同步锥）的转动惯量分别为一档J1、二档J2、三档J3、四档J4、五档J5、六档J6、倒挡JR、倒档惰轮J惰轮。

z1-z14分别为对应各齿轮的齿数，z惰轮为倒档惰轮的齿数。

⑴当变速箱换空档时，一轴与中间轴转动，输出轴无转动，空套安装在二轴上的各档位齿轮通过与中间轴齿轮啮合转动。将一档齿轮、二档齿轮、六档齿轮、倒档齿轮及惰轮的转动惯量转化到中间轴为：

由于篇幅所限，本文对变速器总成内部各零件的转动惯量及传动关系进行了一些简化，仅对转动惯量转换过程进行了一些分析及探讨，以上各计算式，仅适用于与本文所示变速器具有相同或类似结构布局的变速器。应用于具体的变速器档位转动惯量计算时，仅供参考。

参考文献：

[1]《汽车丛书 汽车变速器同步器》     马超圣