同步器作为车辆变速系统换挡过程核心零部件,其工作特性对变速器换挡性能有直接影响,对同步器工作特性的深入分析与研究,不仅能提高换挡效率,还有助于改进和提高变速系统性能。本文从同步器摩擦副的摩擦性能、热分析以及热结构耦合仿真等方面对同步器国内外研究现状进行总结,通过研究同步器摩擦副接触行为,建立了摩擦接触数学计算模型与同步器摩擦副三维有限元模型,将换挡过程得到的力学特性参数作为有限元仿真的边界输入条件,结合同步器摩擦过程的生热与传热机理确定有限元仿真的热边界条件,建立多因素共同作用的同步器热结构耦合有限元分析模型,并利用热结构耦合分析法分析典型工况下同步器摩擦副温度特性及热失效形式。第一章,从同步器的应用和研究现状出发,阐述了课题的研究意义与背景,详细介绍了单锥环锁环式同步器的结构形式、工作机理、换挡特点,对同步器摩擦副的热特性、摩擦性能以及热失效等方面的国内外研究现状进行总结,针对现有研究的不足确定了本课题的研究内容与技术路线。第二章,对同步器同步过程摩擦副热分析所涉及的生热机理、传热机理与热弹性力学基础理论进行说明,推导了同步器同步过程摩擦副导热微分方程,确定了同步器实际工作过程的对流换热模型、传热模型及热流密度模型,确定了热边界条件,并通过分析对比最终选用直接耦合法对同步器同步过程热结构耦合分析问题进行求解。第三章,将同步器同步过程划分为油膜剪切、混合摩擦、接触摩擦三个阶段,根据每个阶段的详细摩擦原理,利用流体力学相关理论以及摩擦计算公式,建立了摩擦接触压力模型、同步环承载力模型以及同步力矩求解模型等数学计算模型。第四章,根据同步器的换挡过程的工作原理,利用AMESim与Matlab/Simulink模块建立了同步器动力学联合仿真模型。以同步器动力学仿真得到的力学响应特性为基础,结合同步过程中摩擦副的热分析机理,综合计入同步器摩擦接触力、输入输出端转速变化状况及冷却润滑状态,将其转换为有限元分析的边界条件导入到同步器三维模型中设置为边界输入,最终建立了多因素共同作用的同步器热结构耦合有限元分析模型,并利用自主研发的同步器换挡性能试验台对仿真模型进行验证。第五章,换挡时同步器摩擦副间的摩擦力矩及相应的力学响应特性导致同步器摩擦对偶面间的温度快速上升,通过应用有限元仿真软件对构建的多因素共同作用的同步器热结构耦合有限元分析模型进行热结构耦合仿真计算与分析,得到了同步锁摩擦表面的温度场、应力/应变场的分布规律。同时以同步锁环摩擦锥面为研究目标,分析了不同工况参数、弹性模量、导热系数和热膨胀系数对同步锁环摩擦副表面温度场、应力应变场的影响规律。最后对摩擦副表面出现的局部高温现象的原因进行了分析,并结合实际工程现状分析了同步锁环热失效的具体表现形式。第六章,对本课题的研究成果进行总结,提出下一阶段研究方向。