汽车变速器同步器

每天进步一点点同步器基础知识第1页每天进步一点点1.同步器的分类2.惯性同步器的特点和应用3.惯性式同步器的工作原理4.双锥同步器的结构和特点第2页目录每天进步一点点同步器是改善汽车机械式变速器换挡性能的主要零部件，对减轻驾驶员的劳动强度，致使操纵轻便，提高齿轮及传动系统的平均使用寿命，提高汽车形式安全性和舒适性，并对改善汽车起步时的加速性和经济性起着极其重要的作用。第3页每天进步一点点同步器常压式惯性式自行增力式锁环式惯性同步器锁销式惯性同步器锁环式多锥惯性同步器一、同步器的分类每天进步一点点1）常压式同步器：是一种早期开发的同步器。特点是结构简单，但其不能保证被啮合件在同步状态（即角速度相等）下实现换档。也就是常压式同步器不能从根本上解决换档时的啮合冲击问题，所以这种同步器目前已被淘汰。2）惯性式同步器：惯性式同步器是依靠摩擦作用实现同步的，在其上面设有专设机构保证接合套与待接合的花键齿圈在达到同步之前不可能接触，从而避免了齿间冲击。由于惯性式同步器能够确保同步啮合换档，目前得到广泛应用。3）惯性增力式同步器：又称“波尔舍”（Porsehe）同步器。由于这种同步器对材料、热处理及制造精度均要求较高，目前在国内采用较少。每天进步一点点二、惯性同步器的特点和应用惯性同步器中又可分为锁环式、锁销式、多锥式等多种形式，他们虽然结构有所差别，但工作原理是一样的，都有摩擦元件、锁止元件和弹性元件。挂档时，在轴向力作用下摩擦元件相靠，在惯性力矩作用下产生摩擦力矩，使被结合的两部分逐渐同步；锁止元件用于阻止同步前强行挂档；弹性元件使啮合套等在空当是保持中间位置，又不妨碍整个结合和分离过程。每天进步一点点１.锁环式同步器工作可靠、耐用，摩擦锥面半径受限，转矩容量不大；适于轻型以下汽车，广泛用于轿车及轻型客、货汽车。每天进步一点点锁止元件摩擦元件2.锁销式惯性同步器与锁环式类似,但锁止元件是三个锁销及相配的锁销孔倒角,另有三个以弹簧及钢球定位的定位销。摩擦元件是铆在锁销两端的同步锥环。摩擦锥面径向尺寸大,转矩容量大,广泛用于中、重型汽车上。每天进步一点点3.锁环式多锥惯性同步器：在锁环式两个锥面间插入两个辅助同步锥,锥表面的有效摩擦面积成倍增加,同步转矩相应增加,减小换档力或缩短同步时间。多用于低速档和重型货车的主、副变速器以及分动器中。每天进步一点点三、惯性式同步器的工作原理现以锁环式同步器为例来讲解同步器的工作原理。1.锁环式惯性同步器的构造每天进步一点点2）接合套：用来连动花键毂、同步环、啮合齿圈，并与齿圈、锁环具有相同花键齿1）花键毂：花键毂轴向固定；并与齿圈、锁环具有相同花键齿每天进步一点点3）同步环（锁环）：锁环的倒角与接合套倒角相同，锁环具有内锥面，其上有螺旋槽，以便两锥面接触后，破坏油膜，增加锥面间的摩擦。4）滑块：装于花键毂三轴向槽内带定位销以便空挡定位两端伸入两锁环的三缺口每天进步一点点5）卡环：在卡坏的作用下，滑块压向接合套，使其凸起的端部球面正好嵌在接合套中部的凹槽中，起到空档定位作用。每天进步一点点第14页接合套带动滑块推动两锥面相靠锥面产生摩擦力矩同步环转动一个角度锁止面起作用阻止同步器齿套前移实现同步同步环等回转一个角度进入接合齿，完成换档工作原理2.每天进步一点点3.具体的工作过程1）换档杆通过拨叉拨动同步器齿套，同步器齿套通过滑块槽带动由弹簧压紧的滑块一起推动同步环压向齿轮的同步锥面。每天进步一点点Jc—输入端一轴和离合器从动片等零件的转动惯量Mc—离合器阻力矩ωc—输入端角速度Mf—同步环摩擦力矩Mv—汽车行驶阻力矩ωv—输出端角速度Jv—输出端转动惯量2）由于换档力P的作用和转速差Δω的存在，两同步锥面一经接触即会产生摩擦力矩Mf，并使同步环相对同步器齿套转动一个角度。每天进步一点点3）在力P的作用下，在同步锥面上可形成一正压力。由于两锥面存在有转速差，所以可在这正压力作用下锥面上产生摩擦力矩。力T则形成一拨环力矩，力图使同步环反转而脱离齿套齿端锁止斜面，但同步环錐面上的摩擦力矩却阻止同步环反转。只要在结构设计上保证摩擦力矩大于拨环力矩，使两个锁止斜面始终靠紧，从而可阻止齿套移动。这一作用称之为“锁止作用”每天进步一点点4）随着换档力P的不断增大，同步锥面上的摩擦力矩Mf亦不断增加。当摩擦力矩Mf增加到等于输入端的惯性矩时，被连接的两啮合件的角速度相等，摩擦力矩Mf为零，从而实现同步。每天进步一点点5）在力P的继续作用下，所产生的拨环力矩将使同步环转动一角度，从而使两锁止斜面脱开，此时同步器齿套即可自由地通过同步环而与齿轮上的结合齿啮合。每天进步一点点接合套锁环接合齿6）进入接合齿，完成换档每天进步一点点每天进步一点点四、双锥同步器的结构和特点通常双锥面同步器为三个环组成：内环，中环和同步环。中环是插在齿轮上的，它与两个锥面都可以结合，所以中环所受的力有可能是内环方向过来的力，也可能是同步环方向过来的力，双锥同步器的中环作用就在于此，所以双锥同步器和单锥同步器相比，能适当增大换挡时同步器摩擦力，使换挡变得轻快。每天进步一点点同步器知识培训二、变速器换档性能与同步器尺寸的关系1、同步的基本概念：I1、I2表示系统1、系统2的当量惯量㎏·㎡ω1、ω2表示系统1、系统2的角速度Rad/sωf表示同步时的角速度Rad/sT表示同步所需的扭矩N·mt表示同步所需的时间stIITt)(1111tIITt)(2222每天进步一点点同步器知识培训2、变速器换档用转动惯量计算一质量为m质点相对其距离为r的一位置的转动惯量计算：I=m·r2一质量为M、半径为r的简单圆柱体对轴心的转动惯量计算I=M·r2/2二、变速器换档性能与同步器尺寸的关系转动惯量计算每天进步一点点同步器知识培训2、变速器换档用转动惯量计算换档用当量转动惯量：变速器上换挡用的当量转动惯量通常定义为空档时各零部件的转动惯量换算到同步器输入端上的转动惯量对于齿轮传动系，当所有单个零件的转动惯量和传动比都知道的情况下，可以计算任一位置的当量转动惯量二、变速器换档性能与同步器尺寸的关系每天进步一点点同步器知识培训举例说明：对于一个简单的带有三轴的齿轮传动系，齿数用z表示，转动惯量用I表示，换算到各轴上的当量转动惯量计算如下：换算到轴1上的转动惯量换算到轴3上的转动惯量2ZZZZ32ZZ21R1)(I)(III32b2a12a12ZZZZ12ZZ23R3)(I)(III12a2b32b32、变速器换档用转动惯量计算二、变速器换档性能与同步器尺寸的关系每天进步一点点同步器知识培训2、变速器换档用转动惯量计算二、变速器换档性能与同步器尺寸的关系转动惯量计算举例一二档同步器三四档同步器五档同步器每天进步一点点同步器知识培训2、变速器换档用转动惯量计算零件序号零件名称转动惯量（㎏·㎡）1离合器从动盘0.0092输入轴0.0005523一档齿轮0.0034134二档齿轮0.0015815三四档同步器齿毂0.0016316五档同步器齿毂0.000726二、变速器换档性能与同步器尺寸的关系转动惯量计算举例档位传动比1st12/412nd20/393rd4th5th请计算：1、输入轴上的当量转动惯量2、各同步器上的等效转动惯量每天进步一点点同步器知识培训转速差=将要换入档位的齿轮的转速-同步器的转速其中•将要换入档位的齿轮的转速为•同步器不在输入轴上时•同步器在输入轴上时二、变速器换档性能与同步器尺寸的关系换档后的传动比发动机转速换档前的传动比换档后的传动比发动机转速3、转速差每天进步一点点同步器知识培训•同步器的转速为•同步器不在输入轴上时•同步器在输入轴上时二、变速器换档性能与同步器尺寸的关系换档前的传动比发动机转速发动机转速3、转速差备注：通常在计算中，升档时，发动机转速取4000rpm降档时，发动机转速取3000rpm升档：1→2，2→3，3→4，4→5，2→4，3→5，等等降档：5→4，4→3，3→2，2→1，5→3，4→2，等等tIITtc)(1111每天进步一点点同步器知识培训4、同步锥的摩擦力矩计算二、变速器换档性能与同步器尺寸的关系SinRFTcdc其中Tc摩擦力矩（Nm）μd同步锥的动摩擦系数Rc同步锥的平均半径（m）α摩擦锥锥角（°）每天进步一点点同步器知识培训其中C同步容量（m），单位力在摩擦锥面上产生的摩擦力矩μd同步锥的动摩擦系数φc同步锥的平均直径（m）α摩擦锥锥角（°）二、变速器换档性能与同步器尺寸的关系5、同步容量计算sincdRC单锥：双锥三锥sin2cdRCsin3cdRC每天进步一点点同步器知识培训其中C同步容量（Nm/N）IR换入档位的同步器输入端的当量转动惯量（㎏·㎡）Δω换入档位的同步器输入端与输出端的转速差（rad/s）ds同步器齿套行程（m）dh换档手柄的行程（m）ε换档机构的效率Ph手柄的换档冲量F·t（Ns）二、变速器换档性能与同步器尺寸的关系6、同步容量与换档冲量的关系hhsRdPdIC每天进步一点点同步器知识培训二、变速器换档性能与同步器尺寸的关系7、换档性能评价与换档冲量的关系其中:Rup、Rdown换档性能评价值，为10分值，6分及6分以下为差，6～8分为中，8分及8分以上为好F换档手柄上的换档力（N）t同步时间（s）G目标档位Ft=Ph手柄上的换档冲量（Ns）1010FtGRup102.110FtGRdown每天进步一点点同步器知识培训对于新设计同步器，可根据用户要求的换档性能评价值算出换档所需的换档冲量二、变速器换档性能与同步器尺寸的关系7、换档性能评价与换档冲量的关系)10(10uphRGP)10(2.110downhRGP每天进步一点点同步器知识培训8、同步器的拨环力矩计算二、变速器换档性能与同步器尺寸的关系Ts=Ft*ds/2Ft’=FN·cos(β/2);Ft”=FR·sin(β/2)FR=μs·FNFt=Ft’-Ft”=FN[cos(β/2)-μs·sin(β/2)]Fa’=FN·sin(β/2);Fa”=FR·cos(β/2)Fa=Fa’+Fa”=FN[sin(β/2)+μs·cos(β/2)]每天进步一点点同步器知识培训8、同步器的拨环力矩计算二、变速器换档性能与同步器尺寸的关系)2cos2(sin)2sin2(cos2sssasdFT其中Ts拨环力矩（Nm）Fa接合齿处的轴向力μs接合齿间的摩擦系数ds接合齿的平均直径（m）β摩擦锥锥角（°）每天进步一点点同步器知识培训9、同步器的摩擦力矩与拨环力矩之间的关系二、变速器换档性能与同步器尺寸的关系为避免打齿（不同步啮合），必须保证：Tc≥Ts每天进步一点点同步器知识培训10、同步时间计算二、变速器换档性能与同步器尺寸的关系ITccITccTIt根据动力学原理可得出假设换档过程中加速度不变每天进步一点点同步器知识培训11、同步器的滑磨功计算二、变速器换档性能与同步器尺寸的关系cccWIQ22若不考虑齿环内锥面的螺纹和油槽若考虑齿环内锥面的螺纹和油槽)(22gclccnWRWIQ其中Q热容量（J/㎡）Ic转动惯量（㎏·㎡）Δω转速差（rad/s）Wc锥面工作宽度（m）Wg油槽宽度（m）n油槽数量Rl牙尖宽/螺距φc锥面平均直径每天进步一点点同步器知识培训12、表面压力计算二、变速器换档性能与同步器尺寸的关系表面压力计算时要考虑锥面的有效接触面积)(sinFagclcnWRW表面压力其中Fa轴向力（N）α同步锥角（°）Wc锥面工作宽度（m）Wg油槽宽度（m）n油槽数量Rl牙尖宽/螺距φc锥面平均直径每天进步一点点同步器知识培训13、圆周应力计算二、变速器换档性能与同步器尺寸的关系）（）（表面压力圆周应力22212221221RRRRRR其中R1齿环的名义内锥半径尺寸（m）R2齿环的名义外圆半径尺