同步器设计手册

1、同步设备设计手册前言汽车变速器采用同步器，保证变速操作迅速轻便，无冲击，延长齿轮和传动系统的寿命，提高汽车变速和加速起步时的动力性和经济性，改善驾驶舒适性的有效措施。 同步技术现在广泛应用于各种车型。 同步应用是机械变速器发展过程中的飞跃，中国汽车行业标准QC/T29063明确规定轻型汽车变速器的前进档需要同步结构，中型汽车除了1档、后退档以外，其他各档都需要同步结构。 随着同步技术的发展，为了提高变速器的传动性能，具有非常重要的经济技术意义。这本手册综合了同步理论和实践研究。 本书结构新颖，文字简洁，文字整齐，易懂。 内容包括同步结构形式、工作原理、设计参数、结构参数、影响同步性能的因素。

2、本手册供从事汽车变速器设计、生产、保养的人参考。本手册感谢其他人审查并提出修改意见。 由于作者的水平有限，不足之处是不可避免的，所以请很多员工提出宝贵的意见。作者第2007/11/16号目录绪言第一章同步器的结构形式及其特征第一节锁定销式同步器第二节锁环式同步器第三节链环式多锥同步器第二章同步机制第三章同步设计参数及其计算第一节惯性矩及其转换第2节同步扭矩Tc及同步时间第三节拨盘扭矩TB第四节算例第四章结构参数设计第一节结构参数设计第二节结构参数设计对换挡性能的影响第三节同步摩擦件第五章影响同步性能的因素第一节润滑油对同步性能的影响第2部分对其他同步性能的影响第六章同步试验绪言汽车变速器是汽车

3、传动系统的重要部件，其功能通过改变在不同使用条件下从发动机向驱动轮传递的扭矩和转速，汽车得到不同的牵引力和车速，以适应不同的使用条件。 同时，发动机也可以在最有利的情况下工作。为了保证变速器的良好工作性能，对变速器提出了以下基本要求1 .需要适当的变速齿轮数量和齿轮比，保证汽车具有良好的动力性和经济性指标。2 .高传动效率。3 .需要空档和倒车。4 .换挡操作快速轻便，工作可靠，噪音小。在手动机械变速器(Manual Transmission简称MT )中，同步器是改善变速性能的主要部件。 减轻驾驶员的劳动强度，减轻操纵，提高齿轮和传动系统的寿命，提高汽车的行驶安全性和乘坐舒适度，对改善汽车起

4、步时的加速性和经济性起着重要作用。S1以5速变速器为例，说明同步器在变速中的作用。图1图2P1当汽车行驶于二速位置时，从变速器经由发动机传递的动力经由第一轴的齿轮a和中间轴的经常啮合齿轮b、齿轮P2传递至第二轴的齿轮S2，输出动力。 此时，齿轮P2和齿轮S2的圆周速度相等，VS2=VP2。 汽车在良好路面上行驶时，司机必须改善汽车行驶的经济性，从二速换挡到三速。 此时，驾驶员必须将齿轮S2和P2断开，来接合齿轮S 3和P3。 此时，中间轴上的齿轮P3的直径大于P2。 由于中间轴传动角速度不变化，因此Vp3VP2。 同样地，第二轴上的齿轮S3的直径比S2的直径小，因此VS3VS2。 如果在时间t

5、内踩下离合器，第二轴与驱动桥、后轮、整车相连，惯性力矩大，齿轮的速度不能快速下降。 因此，在时间t期间，齿轮S2和S3的圆周速度不相等。 如图2所示。 经过相当长的时间tx，后轮轴停止后，齿轮S2和S3的圆周速度相等，同时为零。关于中间轴，齿轮a、b是第一轴，伴随着离合器旋转。 由于该区间的惯性力矩小，离合器断开后，在短时间tx内旋转停止，Vp3和VP2马上随着第一轴的停止而成为零。在中间轴和第二轴以不同的速度下降的过程中，如果齿轮P3和S3的圆周速度相等，驾驶员就必须很好地抓住这个时间，将齿轮P3和齿轮S3接合起来。 所以，在低级品成为高级品的过程中，要依靠驾驶员熟练的操作和丰富的经验，注意

6、力也要特别集中。在从2速向1速降档中，齿轮P1和S1的减速度大于齿轮P2和S2也是相同的。 高级降档非常复杂。 在分开二速齿轮之前，齿轮S1的周速VS1比齿轮S2、P2、P1大，如图3所示，齿轮P2和P1在tx处变为零，齿轮S2和S1在tx处变为零，两者之间隔很大。 完全不相交，齿轮P1和S1的圆周线速度绝对没有相等的时间。 所以，瞬间使这两个齿轮直接啮合是不可能的。 必须采取使齿轮P1和S1周线速度接近的辅助方法。 这就是通常的做法“双脚离合器”首先踩离合器踏板步骤2将排出杆移动到空档位置步骤3松开离合器踏板，从ab稍微给门加油，提高齿轮p1的速度，超过齿轮S1的速度线。步骤4如果踩下离合器

7、踏板bC，齿轮p1的速度急速下降，在c点急速换档。由此，发现了齿轮P1和S1的圆周线速度相等的时间t 2。 在这个过程中，司机不仅有很高的实践经验和操作技能，而且劳动力也很大。在汽车的机械式变速器上安装同步器后，就不需要“双脚离合器”的操作了。 减轻了驾驶员的劳动力，减少了换档时齿轮间的冲击，没错地进行了换档，提高了舒适性。同步发展只有几十年的历史。 从1912年奥地利的Humohries采用摩擦式同步器开始，到1926年被搭载在美国的凯迪拉克车上。 从那以后，使用范围扩大，到目前为止手动机械式汽车变速器同步了。同步自出生以来，结构不断变化，工作性能也越来越完善。 近年来，国外在同步研究、设计

8、、制造方面发展迅速。 我们自主开发制造与海外相比还有很大差异，同步器的性能和可靠性还不能满足使用要求。 因此，我们必须加强同步研究，缩小差距，力争超越国外先进水平。第一章同步器的结构样式及其特征在汽车变速器中使用同步器，可以保证变速时齿轮不受冲击，延长齿轮寿命，改善汽车起步、变速时的加速度和经济性。 变速时施加在齿上的推力经由柱塞(或滑块)按压同步环，由此锥面接触而产生摩擦扭矩，由此使被啮合齿轮的转速变化来实现同步。初期开发的同步器是常压式同步器，有玉米和芯片两种。 由于无法保证被啮合齿轮在同步状态(即角速度相等)下实现变速，因此无法根本解决变速时的啮合冲击，因此该同步器现在被淘汰。现在汽车中

9、广泛使用的惯性式同步器主要是锁销式同步器，锁环式同步器环式多锥同步器。 此外还有增压式同步器。 该同步器要求材料、热处理及制造精度高，因此目前在国内很少。 近年来，海外开发了杠杆式同步器，主要用于倒车档。 这个同步器还处于试验状态。 以下，对锁定销同步器、锁定环同步器、锁定环多锥形同步器进行说明。第1节锁定销式同步器的结构特征锁销式同步器用于普通中型货车，图1是本公司生产的LC6T46二级同步器。 同步内锥2与二速齿1一体地焊接，锁定销4与二速同步环3和同步保持环6 (由于一速不使用同步保持环，所以一速侧使用同步保持环)一体地铆接，在轮毂9上，三个锁定销4和三个同步导向件套筒的导柱孔中安装有3

10、根与导柱垂直的同步弹簧和钢球，同步整体由15个部件构成。换档时，叉弹着套筒5，将挂在弹簧上的同步环3推压在与同步环3连接的同步网内锥2的内锥面上。 由于力f的作用和转速差的存在，内外锥面接触时会产生摩擦扭矩。 在产生摩擦扭矩的同时，套筒5开始旋转(套筒的销孔和同步销的直径有一定的差)，柱塞4偏置按压在套筒和柱塞的共同斜面上，在摩擦锥面上产生摩擦扭矩时，同步齿轮开始减速(或加速)两个锥形面接触后，施加在变速杆上的力也增加，套筒克服弹簧力继续移动。 因为同步销相对于套筒有角度，所以锁定销的斜面被压到孔的斜面上，如图2所示。 通过力f，施加在锁定销斜面上的正压力w被分解为推力S=W.cos /2和切

11、向力Ft=W.sin /2，S=F。 通过力s在锥面上产生摩擦力矩，通过力Ft形成环力矩。 该拨盘环力矩在同步环反转时要使锁定销从锁定斜面脱离，但同步环的锥面的摩擦力矩阻止同步环的反转，如果摩擦力矩大于拨盘环力矩，则两个面总是一起按压，三图2随着力f的作用，摩擦扭矩增加，此时的惯性扭矩也发生变化。 如果摩擦扭矩等于惯性扭矩，即连接的两端的角速度相同，摩擦扭矩为零。 此时，力f还在作用，存在环力矩，使同步销旋转角度，锁定面脱离，套筒5顺利地通过锁定销，完成变速过程。锁定销同步器的最大特征是，摩擦半径大，摩擦半径比相同空间的单锥形环大30%左右，从而在同步环的锥形面上粘合摩擦系数高的材料，使同步环

12、具有大容量，多用于低速级。 缺点是结构复杂。 随着同步技术的发展，尤其是多锥形同步器，摩擦锥形多，容量大，锁销同步器已被多锥形同步器取代。第2节锁环式同步器的结构特征链环式同步器是现在使用最广泛的同步器，不论是小型车、中型车、大型车都在使用。图3是典型的锁定环同步器。 轮毂6和第二轴用花键连接，3个滑块3分别安装在轮毂的3个滑块槽上，由2个环形弹簧5支承，滑块中央部的凸台和套筒4中央部的槽结合，接合环1和齿轮用电子束焊接成一体，同步环2是接合齿的齿该同步结构紧凑，尺寸小，使用可靠，制造工艺好。 但是，该同步器锥面的平均摩擦半径不受其结构尺寸很大限制，所以同步器的容量很小。图3图4挡块台阶1 .

13、套筒。 套筒为环状体，外侧有槽和叉，内部有内花键和轮毂，花键的两端被倒角。 倒角具有在不同步之前构成同步环的齿倒角和锁定角的作用，以及在同步后容易进入卡合齿的作用。 样条的两端侧面有倒锥角，起到了防止跳跃的作用。 样条的齿数为3的被数，保证3个滑块槽均匀分布。 中部有限位的台阶。 一部分套筒，平均3处分别没有加工一个槽，两端分别向里面以一定的尺寸进行磨削加工，轮毂的对应处除去齿，作为齿轮的止动器发挥作用，防止了齿轮时的过速。2 .集线器。 轮毂的内花键多为轴，外花键多为套筒，定位方式多为齿侧定位，一部分采用大径定位。 配合的性质是间隙配合，固定轮毂和套管，用另一只手就能非常简单地滑动。 轮毂内

14、外样条线之间为辐条，在同步环和接头环上留有空间。 在外花键的圆周上三等分地切下三个槽，用来安装滑块，槽的中心和齿槽的中心必须一致。3 .滑块。 安装在轮毂的滑动槽上，由弹簧支撑，中间的突起部分牢固地紧贴在轮毂的中央的槽上。 变速时，套筒移动滑块，滑块移动同步环。 滑块的形状虽然多种多样，但基本功能一致。 有些轿车的同步器使用异形钢图5线圈代替滑块作用在同步环上。 如图6所示5 .同步弹簧。同步弹簧是用来支撑滑块的，弹簧因滑块而异。 形状是用对角线做成的环状的圆形钢丝做成的螺旋弹簧等。 如图7所示。图6图76 .同步环。 同步环是同步的重要部件。 内孔是锥形面，与卡合齿的外锥形面卡合。 整个内锥

15、面有螺距为0.6左右的螺钉，用于破坏外锥面的油膜，提高摩擦系数。 内锥面在轴向上开有槽，从两锥面之间挤出的油容易流出。 齿轮的齿在靠近套筒边缘的地方被倒角。 倒角有两个作用。 一种是不同步前上锁，另一种是同步后套管容易进入。 倒角角度的大小和套筒一样。 在环的外周部有滑动件按压同步环的位置的三个均等的方槽(或三个凸台)，方槽(或凸台)的中心与该齿槽的中心一致，方槽(或凸台)的宽度和滑动件(或凸台的槽)的宽度的差为二分之一间距。同步环现在是用铜合金锻造，用内锥形面和螺纹精车制成的。 为了增加锥面之间的摩擦系数，有时会在内锥面上喷涂钼、粘合碳纤维、喷涂碳粒子(粘合摩擦材料不需要螺钉)。 图87 .接合环。 接合环一般与齿轮形成一体，或与齿轮焊接形成一体，或用花键与齿轮连接，经热处理淬火后，具有较高的硬度。 外锥形面磨削后，配合同步环内锥形面，将齿端面倒角、倒角角度90度105度之间接合。 为了防止脱段，接合齿的齿侧为倒锥形，锥形为4度8度。图9在接合齿中，也有在外径的后端设置台阶而作为止