同步器设计手册

同步器设计手册 前 言 汽车变速器中采纳同步器，可以保证换档操作快速、轻巧无冲击，延长齿轮和传动系统的运用寿命，提高汽车在换档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。同步器技术目前被广泛应用于各种车型上。同步器的应用是机械变速器发展过程中一次质的飞跃，在我国汽车行业标准QC/T29063中明确规定轻型汽车变速器前进档必需装有同步器结构，中型汽车除一档、倒档外，其余各档也必需装有同步器结构。随着同步器技术不断发展，对于提高变速器传动性能，具有特别重要的经济技术意义。 本手册是在综合同步器理论和实践探讨的基础上编写而成。本书结构新奇，文字简洁，图文并茂，通俗易懂。内容包括同步器结构形式，工作原理，设计参数，结构参数，以和影响同步器性能的因素。本手册可供从事汽车变速器的设计、生产、修理人员参考。 本手册经 等人员批阅并提出修改看法，在此表示感谢。由于作者水平有限，难免有不足之处，请广阔员工提出珍贵看法。 作 者 2007/11/16 目 录 绪 论 第一章 同步器的结构形式和其特点 第一节 锁销式同步器 第二节 锁环式同步器 第三节 锁环式多锥同步器 第二章 同步器工作原理 第三章 同步器设计参数和其计算 第一节 转动惯量和其转换 第二节 同步力矩 Tc和同步时间 第三节 拨环力矩TB 第四节 计算实例 第四章 结构参数设计 第一节 结构参数设计 第二节 结构参数设计对换档性能的影响 第三节 同步器摩擦材料 第五章 影响同步器性能的因素 第一节 润滑油对同步器性能的影响 其次节 其他对同步器性能的影响 第六章 同步器试验 绪 论 汽车变速器是汽车传动系中的一个重要部件，它的功能是在不同的运用条件下，变更由发动机传到驱动轮上的转矩和转速，使得汽车得到不同的牵引力和车速，以适应不同的运用条件。同时也可以使发动机在最有利的工况范围内工作。 为保证变速器具有良好的工作性能，对变速器提出以下基本要求 1. 应有合适的变速档位数和传动比，保证汽车具有良好的动力性和经济性指标。 2. 较高的传动效率。 3. 应有空档和倒档。 4. 换档操纵快速轻巧、工作牢靠，噪声小。 在手动机械式变速器中（Manual Transmission 简称MT），同步器是改善换档性能的主要零部件。对减轻驾驶员的劳动强度，使操纵轻巧，提高齿轮和传动系统的运用寿命，提高汽车行驶平安性和乘坐的舒适性，改善汽车起步时的加速性和经济性起着重要作用。 S1 现以一个五档变速器为例，说明同步器在换档中的作用。 图1 图2 P1 假如汽车正在二档位置上行驶，则变速器通过发动机传来的动力，经过第一轴上的齿轮A和中间轴常啮合齿轮B、齿轮P2传递给其次轴上的齿轮S2，使动力输出。这时齿轮P2和齿轮S2的圆周线速度相等，VS2VP2。当汽车 在良好的路面行驶，驾驶员此时要改善汽车行驶的经济性，要从二档换到三档上行驶，这时驾驶员就要把齿轮S2和P2分开，而把齿轮S 3和P3接合上。此时中间轴上的齿轮P3的直径要比P2大。由于中间轴传动角速度ω不变，则Vp3＞VP2。同理，由于其次轴上的齿轮S3的直径小于S2的直径，VS3＜VS2。假如在时间t内踩离合器，由于其次轴与驱动桥、后轮、整车相连，转动惯量很大，齿轮的速度不行能很快降下来。这样，在时间t内，齿轮S2和S3的圆周线速度不相等，见图2所示。要经过相当长的时间tx，等后轮轴停止后，齿轮S2和S3的圆周线速度相等，同时为零。 对于中间轴，是齿轮A、B随第一轴即离合器而转动。由于这一段的转动惯量小，离合器分别后，会在很短时间t′x内 停止转动，Vp3和VP2很快随第一轴的停止而趋于零。 当中间轴与其次轴以不同的速度降低的过程中，齿轮P3和S3圆周线速度相等，驾驶员就要奇妙地抓住这段时间，把齿轮P3和齿轮S3接合上。所以在低档换高档的过程中，全靠驾驶员的娴熟操作和丰富阅历，同时留意力也要特殊集中。 对于二档换一档的退档过程中，同理是齿轮P1和S1的减速度要比齿轮P2和S2要大。所以高档换低档是极其困难的。在分开二档齿轮之前，齿轮S1的圆周线速度VS1比齿轮S2、P2、P1要大，如图3所示，齿轮P2和P1在 t′x时趋于零，齿轮S2和S1在 tx时趋于零，他们之间相距很大。根本不能相交，齿轮P1和S1圆周线速度恒久没有相等的时间。所以，要想在瞬间内使这两个齿轮干脆相啮合是不行能的。必需实行一种协助方法使齿轮P1和S1圆周线速度接近。这就是通常的做法“两脚离合器” 第一步踩下离合器踏板； 其次步将排档杆移至空档位置； 第三步再松开离合器踏板，稍加油门从a→b，使齿轮p1速度增高并超过齿轮S1的速度线。 第四步再踩下离合器踏板b→C，使齿轮p1速度快速下降，在C点快速换档。 这样就找到了时间t 2点，使齿轮P1和S1圆周线速相等。在这个过程中，驾驶员不但要有超群的实践阅历和操作技能，而且劳动强度也很大。 汽车机械式变速器安装了同步器之后，就不须要“两脚离合器”的操作。减轻了驾驶员的劳动强度，削减换档时齿轮间的撞击，能精确无误地换档，增加了舒适性。 同步器发展仅有数十年的历史。自1912年奥地利的Humohries提出了采纳摩擦式同步器之后，直到1926年才装到美国凯迪莱克汽车上。从今之后运用范围不断扩大，到目前为止凡是手动机械式汽车变速器都运用了同步器。 同步器自问世以来，结构在不断变更，工作性能也在日趋完善。近些年来国外在同步器探讨、设计、制造方面发展很快。我们在自主研发、制造与国外相比还存在很大差距，同步器的性能和牢靠性还不能满意运用要求。因此我们要加强同步器方面的探讨，缩小差距，力争赶超和超过国外先进水平。 第一章 同步器的结构型式和其特点 汽车变速器中运用同步器，可以保证换档时齿轮不受冲击，延长齿轮的运用寿命，使汽车在起步、换档时的加速度和经济性得到改善。换档时加在齿套上的轴向力经柱销（或滑块）推动同步环使锥面相接触产生摩擦力矩，借此变更被啮合齿轮的转速以达到同步。 早期开发的同步器为常压式同步器，有锥形和片式两种。由于它不能保证被啮合齿轮在同步状态（即角速度相等）下实现换档，不能从根本上解决换档时啮合冲击问题，所以这种同步器目前已被淘汰。 目前汽车上广泛运用的惯性式同步器，主要有锁销式同步器；锁环式同步器；锁环式多锥面同步器。除此以外还有增压式同步器。由于这种同步器对材料、热处理和制造精度均