汽车机械式变速器中锁环式同步器的设计

蚌埠學院汽车机械式变速器中锁环式同步器的设计指导教师：姓名(括号内填写职称或学位)蚌埠学院教务处制中文摘要 英文摘要 2 31.1研究的作用及意义 1.2国内外研究现状 31.2.1国外研究现状 31.2.2国内研究现状 2汽车锁环式同步器相关概述 52.1汽车同步器的应用与发展趋势 2.2我国同步器发展的现状 2.3锁环式同步器的特点、组成与分类 63同步器设计的主要计算 63.1同步器理论设计计算 63.1.1转动惯量的计算 63.1.2角速度差△w的计算 3.2锁环式同步器的结构参数、尺寸设计计算 3.3锁环式同步器的基本尺寸 3.4锁环式同步器结构设计的其它相关问题 4键与花键的设计与强度计算 4.1半圆键的设计 4.1.1键的材料 4.2.2键型号选择 4.2.3强度校核 4.2花键的设计计算 4.2.1花键的选择 4.2.2各花键强度校核 1汽车机械式变速器中锁环式同步器的设计摘要：汽车是一种重要的交通工具，是人生活不可缺少的一部分。在汽车的运行当中，内部系统相互之间进行协调，在发作用。通过变速器中锁环式同步器的协调作应对注重可靠性优化设计，从而更好的满足汽2Abstract:Carisanimportantmeansoftransport,isanindispensablepartofother,intheroleoftheengThroughthecoordinatingroleofthetransmissiontypelockringvehiclespeed.Therefore,inthedesignofautomotivemechanicalmeettheneedsofvehiclespeedcontrol,improvetheoverallperformanceofdesignresearchstatusofthenarrative,thesecondpartputsrelatedtheoryofsynchronizerringandmehirdfthefinaldrawdraftdesignmakeKeywords:automobile;Synchronizer;reliability;reliability;optimalde3在20世纪20年代开始，国外发达国家开始在汽车变速器当中，开始运用同步器，直到20世纪60年代后期，工程师在不断探索与研究，将变速器与同步器进行相关的理论研究，进行合理的分析，取得了一定的进展4同步器在国内的研究相对而言，还是比较晚的，优化设计还是起源于90年52汽车锁环式同步器相关概述图2-1汽车同步器63同步器设计的主要计算3.1同步器理论设计计算轴、与中间轴齿轮相啮合的主轴上的常啮齿轮。统称为空心J=Q×(D²-d²)/8g=(γ×π/32g)式中：Q—零件重量(1000克)D—零件外径(95厘米)d—零件内径(82厘米)g一重力加速度(980厘米/秒²)γ一材料比重(钢：7.85克/厘米³)L—零件厚度(30厘米)转动惯量的转换：基本公式为Jw=J×i=J×主动齿轮齿数/从动齿轮齿数=1.921*1.51=2.901kg·m≥J=J+J=1.921+2.901=4.822kg·m²73.1.2角速度差△w的计算在理论设计计算中，一般是按角速度差的最大值计算。所以只有假设在两个角速度中有一个是相当为发动机最大功率时的转速的值，才是同步过程中的最大角速度差。a.四档换五档：此时汽车处于加速过程，可以假定与整车相连的输出端(二轴及同步器齿套)换档时转速不变，仍为换档前的低档转速。而输入端(被同步齿轮)的转速则高于输出端转速。输入端需要减速才能同步。只有假定换档前输入端的转速是相应于发动机最大功率的转速n=74kw,才能得到角速度差的最大w#=(2×π×nx/60)/i=2*3.14*74/60/1.032=7.505wx=(2×π×nx/60)/is=2*3.14*74/60/0.850=9.112△wm=0x-0#=2×π×nx/60×b.五档换四档：此时汽车处于减速过程，亦可以假定与整车相连的输出端(二轴及同步器齿套)换档时转速不变，仍为换档前的高档转速。而输入端(被同步齿轮)的转速则低于输出端转速。输入端需要加速才能同步。只有假定换档前输入端的转速是相应于发动机最大功率的转速nx,才能得到角速度差的最大值△w发动机在换档前的角速度w发为：输入端(被同步齿轮)换档前的角速度为：3.2锁环式同步器的结构参数、尺寸设计计算根据同步器计算基本方程式(5):按已知条件：同步器输入端转动惯量Jc、角速度△w均可计算出，根据式(5),即可计算出所需的同步摩擦力矩Mf值。根据式(4):8其中：换档力P—为了换档轻便，力P应有所控制。按汽车行业标准QC/T29063—1992中的有关规定：轻型车中型车重型车400N(最大)500N(最大)620N(最大)因此本次设计取中型车620N。同步锥面摩擦系数μ:在同步器设计计算时一般可取μ=0.1同步锥角α:同步摩擦力矩Mf可随着a角减小而增大，但a角的极限取决于锥面角避免自锁的条件，即：同步环结构参数及尺寸的确定：(图3-1)D—分度圆直径φ—同步环大端直径a一同步环锥面角B—同步环锥面宽由上式可推算出：考虑到同步环本身的强度和刚性，根据统计数据和经验，设计时可按下式初步确定同步环接合齿分度圆直径：在初步确定分度圆直径D后，即可按表1选取相近的渐开线花键参数：模数m、齿数Z如图3-2。Z23(1)锥面角a:由式(4)可知，a越小则摩擦力矩Mf越大。但a小到一定一般α=6°~8°。α=6°时，摩擦力矩较大，但在锥面的表面粗糙度控制不严图3-3开的现象。即N×sina>μ,×N×cosa可取6°~7°30′.对多锥面同步器，由于摩擦力矩有足够大，锥面角可取8°或8°30′。本次设计中采用的锥角均为取8°。(2)同步环的几个结构尺寸：件下，尽可能将R取大些。本次设计中采用的R为60mm。同步锥环的径向厚度W,与摩擦锥面平均半径一样，同锥面上喷镀一层钼(厚约0.3～0.5mm),使其摩擦因数在钢与铜合金摩擦副范Mf也就越大。而W大小则与同步锥环的强度和刚性有关。W越大则锥环的强度就越大而且不容易变形，保证锥环在长期工作中不易损坏。c.同步锥环的工作面宽度B:在选择B时，应考虑：B大时会影响同步器轴向尺寸加大，但B的大小也直接影响到锥环为散热和耐磨损能否提供足够大的锥面面积。一般在设计时，R越大则B也要相应选择大一些。有些资料推荐的一个经验公式可做参考：B≈(0.25～0.40)R,缩短锥面工作长度，便使变速器的轴向长度缩短，但同时也减少了锥面的工作面积，增加了单位压力并使磨损加速。设计时可根据下式计算确定设计中考虑到降低成本取相同的b取5mm。d.同步锥环内锥面上的螺纹线：(1)螺纹顶宽：在内锥面上加工螺纹线的目的是为了能把锥面间已有的齿轮润滑油油膜很快的切割破坏并刮走。油膜破坏得越快，摩擦力提高的也越快。螺纹顶宽设计得越窄，则切割刮走油膜越快。但螺纹顶宽过尖，则接触面上的压强大磨损也大。一般推荐螺纹顶宽为0.025～0.10。另一方面要求螺顶的表面粗糙度要好，且不允许留有切削刀痕。所以螺顶表面增加最后一道研磨工序是十分必要的。因此本次设计螺纹顶宽取0.04mm。(2)螺距及螺纹角：螺距的大小要保证螺纹之间的间隙足以容纳被挤出来的油量。但螺距也不能过大，否则锥面的接触面积要变小，磨损会变大。一般螺距推荐取0.6～0.75。螺纹角一般取60°,螺纹深可取0.25～0.40。因此本次设计采取螺距0.65mm,螺纹角60°,螺纹深度采取0.35mm。(3)轴向排油槽：在螺纹线上开轴向油槽的主要目的是尽快地把油排掉，以尽快地提高摩擦力。一般油槽槽宽可取为3mm,槽深要稍大于螺纹底径。油槽数按R的大小可选取6～9个。为减小应力集中，油槽底的圆角半径应尽量取得大一些。如果螺纹槽螺线的顶部设计得窄些，则刮去存在于摩擦锥面之间的油膜效果好。但顶部宽度过窄会影响接触面压强，使磨损加快。试验还证明：螺纹的齿顶宽对摩擦因数的影响很大，摩擦因数随齿顶的磨损而降低，换挡费力，故齿顶宽不易过大。螺纹槽设计得大些，可使被刮下来的油存于螺纹之间的间隙中，但螺距增大又会使接触面减少，增加磨损速度。图5-3a中给出的尺寸适用于轻、50²-60’不大F02b)图3-4向分力，从而产生一拔环力矩。锁止角β#选取的两个部分之间角速度差达到零值才能进行换档。影响要有摩擦因数f、擦锥面的平均半径R、锁止面平均半图3-5为锁环式同步器同步过程的受力分析βNN×cosβTβTP由图3-5可知：N—作用在锁止斜面上的正压力T—作用在锁止斜面上的切向分力β—锁止角r橄—锁止斜面的作用半径(分度圆半径)Mo—作用在锁止斜面上的拨环力矩为避免“不同步啮合”:同步摩擦力矩Mf>Mo在锁环式同步器设计时锁止角β选取为：若考虑到锁止斜面间的摩擦力，则由图12:切向力Tg=N×cosβ-N×μg×sinβ将T、P代入Mf及Mo计算式并整理后得：但β角过大时，拨环力矩将过小，将影响顺利啮合。因此本次设计锁止角β取小1～2°,而结合齿圈的锁止角则取得更小。前者是为了避免角的棱边首先接触易划伤锁止面。(见图3-6)后者则是为了顺利啮合。(5)锁止面的平均半径R和同步环滑块槽口宽度H:锁止面的平均半径R=75mm,可以参照上述式(4)的计算结果而定。同步锥环齿的锁止面和同步器齿环产生的转角大小是和同步锥环一端的滑块缺口宽度H和滑块本身的宽度h有关。图3-7(6)同步时间t同步器工作时，要连接的两个部分达到同步的时间越短越tE=wJc(r-1)/±[Ms-Mv*Jc/Jv+Mc]Mc=P1d1μ/2sina式中1-变速杆的杠杆比，Mf=P×μ×R/Sina,P×μ×Rw/Sina=Jc×△w/t由上述可知i4=1.51,a=8°,dl=60mm,ds=75mm,β=60°,螺纹宽度s=0.04mm,中间轴与第一周的传动比ixm=1.38,μ取0.1代入公式得t=0.49s,而同步时间t的取值范围是0.3~0.8s(1)锁环式同步器的各个零件装配成套后，零件彼此之间的装配间隙正确大于滑块端面间隙，即δ₂>δ₁(见图3-8)图3-8否则会出现摩擦锥面尚未接触，还没有产生使同步锥环相对齿套转动一角度并形成锁止位置的摩擦力矩时，齿套就可能通过同步锥环。导致不同步啮合及换δ=0.5—1.0mmδ₂-δ₁=0.20—0.30mm(2)考虑到同步锥环锥面的磨损，同步锥环齿的端面与结合齿圈端面之间应保有一定的间隙δ₃(见图3-8)。使同步锥环锥面的磨损在一定程度内不影响正常的同步作用和拨环效果。δ₃也称为磨损裕量，通常可取：δ₃=1.4—1.8mm(3)应该使同步锥体的锥面宽度B₁大于同步锥环锥面宽度B₂,从而可避免在使用中同步锥环的锥面会磨出台阶，使同步锥面接触不良，导致不同步啮合。(见图3-9)图3-9(4)同步器输入端的初角速度与输出端的初角速度的比值一般应控制在1.8以内。否则因所需的同步器容量大，同步器设计难度大，不易满