On synchronization of heavy truck transmissions

• Gear shifts are becoming more and more important as engines are adapted to low speed high torque working conditions. Synchronizers are key components for successful gear shifts. To adapt the synchronizers to new working conditions due to adaptations to new engines, improved development tools are needed. The presented thesis describes the development of two types of numerical models for the synchronization process, namely fluid-structure interaction to simulate the pre-synchronization phase and thermomechanical FE models to simulate the main synchronization phase. A methodology for developing friction models based on a combination of physical testing and numerical simulations is presented. Additionally, a comprehensive gear shift and synchronizer frame of reference section is presented.In paper A, two numerical fluid-structure interaction simulation models for assessing the pre-synchronization phase are presented. Simulations show that the synchronizer functionality is highly dependent on the gear shift maneuvering system, and that grooves in the synchronizer surface have a positive effect on the oil evacuation during the pre-synchronization phase.Paper B describes the development of a numerical thermomechanical model for simulating the main synchronization phase. Two parameter studies were performed, one based on external loads and one based on synchronizer geometry. The effect on the temperature increase from differences in thermal properties between molybdenum and carbon friction linings are presented.In paper C, a verification and validation methodology for highly transient thermomechanical processes was presented. Numerical verification, bulk temperature measurement, surface temperature measurement and qualitative visual inspection were combined to verify and validate the simulation model presented in paper B.In paper D, a methodology combining physical testing with an thermomechanical simulation model to develop a friction model was exemplified by a molybdenum coated synchronizer. A simplified thermal model was developed to remove the dependence of full finite element thermal models. The friction models shows good agreement with measured data.

• Betydelsen av växlingar i en växellåda har ökat, och synkroniseringsenheter är viktiga komponenter för snabba och robusta växlingar. För att anpassa synkroniseringsenheterna till nya arbetsförhållanden och laster krävs nya utvecklingsverktyg. Denna avhandling innehåller två typer av numeriska modeller för att simulera synkroniseringsförloppet. Multifysikmodeller som kopplar samman oljeflöde och solida kroppar används för att simulera försynkroniseringsfasen. En termomekanisk modell används för att simulera synkroniseringsfasen. En metod för att utveckla friktionsmodeller under synkroniseringsfasen genom att kombinera fysisk provning med numerisk simulering presenteras. Dessutom finns ett utförligt kapitel om synkroniserings- och växlingsteori.I artikel A presenteras två olika "Fluid-Structure interaction" ("Interaktion mellan vätskeflöde och solida kroppar") för att simulera försynkroniseringsfasen. Simuleringarna visar att synkroniseringsenheter är väldigt beroende av de aktuatorer de är kopplade till, samt att oljedräneringsspår i kontaktytan har en positiv effekt för försynkroniseringsförloppet.Artikel B beskriver utvecklingen av en termomekanisk modell för att simulera synkroniseringsförloppet. Två parameterstudier utfördes, en där de externa lasterna utvärderas, och en där geometrin på synkroniseringsenheten utvärderas. Effekten av skillnaden i termiska egenskaper hos molybden och kolfiber utvärderas också.Artikel C beskriver metodik för verifiering och validering av termomekaniska simuleringar av starkt transienta förlopp. En kombination av numerisk verifiering, temperaturmätning i materialet, yttemperaturmätning samt kvalitativ visuell bedömning används för att verifiera och validera simuleringsmodellen som utvecklades i artikel B.I artikel D beskrivs en metodik för att kombinera fysiska prover med en uppdaterad termomekanisk simuleringsmodell för att beskriva friktionsbeteendet under synkronisering. Metoden exemplifieras med en molybdenbelagd synkroniseringsenhet. En förenklad termisk modell utvecklas för att kunna beskriva friktionsbeteendet utan att använda tidskrävande finita elementmodeller. Den nya friktionsmodellen överensstämmer väl med uppmätt data.

Ämnesord

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Maskinteknik -- Annan maskinteknik (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Mechanical Engineering -- Other Mechanical Engineering (hsv//eng)

Nyckelord

synchronization

synchronizers

gear shift

gearbox

synkronisering

växling

växellåda

Machine Design

Maskinkonstruktion

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

lic (ämneskategori)