Master's Thesis

Synchronizer Dynamic Behaviour Modelling

Final Thesis 3.64 MB Appendix 1.9 MB

Author of thesis: Ing. František Šidla

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Aleš Prokop, Ph.D.

Reviewer: Ing. Kamil Řehák, Ph.D.

Abstract:

This thesis analyzes the dynamics of a triple-cone synchronizer clutch in the DQ200 transmission using a fully parameterized multibody system (MBS) model in the MSC Adams software, for which an extensive source script was developed to ensure its automation and control. Based on 60 simulations, the influence of the actuating force and the rotational speed difference on the shifting process was evaluated. The results detail the stochastic phenomenon known as the double bump and identify critical limit states, such as extreme force peaks exceeding 60 kN or sleeve rebounds caused by an inappropriate angular alignment of the teeth. The developed model, including its control code, thus represents an effective computational tool for the future optimization of the transmission.

Keywords:

Synchronizer clutch, transmission, shift dynamics, multibody system (MBS), computational model, MBD simulation, MSC Adams.

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student prezentoval zkušební komisi svou závěrečnou práci a zodpověděl otázky oponenta. Otázky oponenta: 1) Jak citlivé jsou maximální rázové síly na zvolené parametry 3D kontaktu v softwaru Adams? Hodnocení: Zodpovězeno 2) Jakým způsobem by bylo možné navržený model experimentálně validovat? Hodnocení: Zodpovězeno 3) Jaký parametr synchronizační spojky by měl podle výsledků největší potenciál pro snížení dvojitého rázu? Hodnocení: Zodpovězeno Následně odpovídal na otázky členů zkušební komise: 1) Jakým způsobem proběhla validace výpočetního modelu? Hodnocení: Zodpovězeno 2) Byla nějakým způsobem parametrizována vzájemná poloha částí synchronizace? Hodnocení: Zodpovězeno 3) Proč jste použil zjednodušeného ozubení při tvorbě výpočetního modelu? Hodnocení: Zodpovězeno 4) Byly použity při výpočtovém modelu tuhá, nebo flexibilní tělesa? Hodnocení: Zodpovězeno

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Automotive and Material Handling Engineering (N-ADI-P)

Composition of Committee

doc. Ing. Petr Porteš, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. František Bauer, CSc. (místopředseda)
Ing. František Zapletal, Dr. (člen)
Ing. Lukáš Šopík (člen)
doc. Ing. Zdeněk Kaplan, CSc. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Aleš Prokop, Ph.D.

Diplomová práce pana Šidly je zaměřena na modelování a analýzu dynamického chování synchronizační spojky převodovky DQ200 pomocí multibody simulací v prostředí softwaru Adams. Hlavním cílem bylo vytvoření výpočtového modelu synchronizačního mechanismu, jeho parametrizace a následné vyhodnocení vlivu provozních parametrů na průběh synchronizace.
Student při řešení pracoval samostatně a systematicky. Pravidelně využíval konzultací, na které přicházel dobře připraven a s průběžně zpracovanými výsledky. Jednotlivé kroky řešení logicky navazovaly a student aktivně diskutoval možné varianty modelování i interpretace dosažených výsledků. Pozitivně hodnotím zejména jeho snahu porozumět fyzikální podstatě sledovaných dějů a nesoustředit se pouze na samotné získání výsledků simulací formou popisu.
V průběhu práce si student osvojil problematiku synchronizačních mechanismů převodovek i pokročilé postupy tvorby multibody modelů. Samostatně vytvořil parametrický model synchronizační spojky, navrhl vhodnou metodiku simulací a realizoval rozsáhlou sérii výpočtů pokrývajících různé provozní stavy. Dosažené výsledky průběžně analyzoval a snažil se identifikovat příčiny pozorovaných jevů, zejména vznik rázových sil a nestandardních průběhů synchronizačního procesu.
Po formální stránce je práce zpracována na dobré úrovni. Je psána čtivou formou a jednotlivé kapitoly na sebe logicky navazují. Kvalita obrázků je na dobré úrovni.
Cíle práce byly splněny, práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory B
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level B
Work with used sources including quotations B
Student's independence when working on the topic A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Kamil Řehák, Ph.D.

Diplomová práce se zabývá modelováním dynamického chování synchronizační spojky převodovky DQ200. Rešeršní část je obsažena na 25 stranách a zahrnuje popis převodovek, typů synchronizace se zaměřením na vícenásobné synchronizační spojky a základních teoretických vztahů pro posouzení synchronizačního děje. Rozsah rešerše je poměrně široký, místy však obsahuje i obecnější pasáže, které by bylo možné zkrátit a více zaměřit na řešený typ synchronizační spojky. V praktické části nejprve student analyzuje danou převodovku DQ 200 pro účely výběru synchronizační spojky, která je následně detailně analyzována. Za tímto účelem je vytvořen CAD model koncepčně jednoduché převodovky pro řazení rychlostních stupňů. Následně je vyhotoven parametrický MBS model v softwaru Adams. Pozitivně hodnotím komplexitu vzniklého výpočtového modelu formou automatizovaného skriptu s vysokou mírou respektování interakce jednotlivých komponent, kdy velká část je realizována prostřednictvím kontaktů. Kapitola analýzy referenčního řazení vhodně popisuje děje v synchronizační spojce při procesu řazení. Velmi přínosná je navazující kapitola, zabývající se analýzou provozních stavů, kde je sestavena matice 60 simulačních stavů pro různé podmínky řazení. Vyhodnoceny jsou tak vlivy ovládací síly a rozdílu otáček na průběh synchronizace. Přínosné je rovněž zachycení jevu dvojitého rázu a identifikace mezních stavů, včetně případů s výraznými silovými špičkami a zpětným posuvem objímky. Metodicky lze zvolený přístup považovat za vhodný.
Určité rezervy spatřuji v hlubším zdůvodnění některých parametrů kontaktů, třecích koeficientů a nastavení řešiče. V práci by rovněž bylo vhodné výrazněji diskutovat citlivost výsledků na tyto vstupní parametry a omezení modelu vůči reálnému experimentu.
Po jazykové stránce je práce srozumitelná, obsahuje však menší množství stylistických a gramatických nedostatků. Kvalita obrazové dokumentace je na průměrné úrovni.
Práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods B
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions B
Applicability of results in practice or theory B
Logical arrangement of thesis and its layout B
Grafic layout, used style and language level B
Work with used sources including quotations B
Topics for thesis defence:
  1. Jak citlivé jsou maximální rázové síly na zvolené parametry 3D kontaktu v softwaru Adams?
  2. Jaký parametr synchronizační spojky by měl podle výsledků největší potenciál pro snížení dvojitého rázu?
  3. Jakým způsobem by bylo možné navržený model experimentálně validovat?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová