浅谈同步器设计理论.pdf

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1、第２期（总第２０１期）机械工程与自动化No．２２０１７年４月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONApr．文章编号：１６７２‐６４１３（２０１７）０２‐０１２４‐０２浅谈同步器设计理论杨永飞（中国重汽大同齿轮有限责任公司，山西大同０３７３０５）摘要：以货车变速箱为例，从机械变速箱同步器的模型入手，对同步器的设计理论进行了分析，给出了设计同步器的主要参数及空间间隙的要求。关键词：单锥同步器；设计；变速箱＋中图分类号：U４６３畅２１２畅４１文献标识码：A0引言Ms＝F×D×／（２sin）．（１）μ由于同步器的应用，使得驾驶员的操纵变得简单，其中：F为同步环受到的轴向作

2、用力，N；D为摩擦锥即由原来的两脚离合变为单脚离合，降低了变速箱换面的平均直径，mm；为摩擦因数；为摩擦锥面角μ度。档过程中带来的冲击和噪声，延长了齿轮的寿命并起到了节油的作用，因此同步器在变速箱中得到广泛的应用。本文以货车变速箱为例论述同步器的设计理论。1同步器的结构图１为某货车变速箱的同步器结构示意图。在变速箱换档过程中，齿套轴向移动，使得同步环受力而产生摩擦力矩，在摩擦力矩的作用下，主动件和从动件的转速差逐渐降低，当主动件和从动件速度相等时，变速箱实现了轻松换档。图２单锥同步器的受力简图２．２双锥同步器双锥同步器摩擦力矩Ms的计算公式为：Ms＝F×D１×／（２sin）＋F×D２×／（

3、２sin）．（２）其中：D１、D２分别为同步环２个摩擦锥面的平均直径。3同步环主要参数及尺寸的确定３．１主要参数的确定１－齿轮；２－锥环；３－同步环；４－滑块；５－齿套；影响同步性能的主要参数有：同步环的摩擦锥面６－锁销；７－弹簧；８－齿座角度、同步器的摩擦因数、同步环摩擦锥面的平均直图１同步器结构示意图径。2同步器设计计算（１）摩擦锥面角度：从摩擦力矩的计算公式中可２．１单锥同步器以看出，锥面角度越小，摩擦力矩越大，但锥面角度过图２为单锥同步器的受力简图。单锥同步器摩擦小，则摩擦锥面将产生自锁的现象。为避免自锁的发力矩Ms的计算公式为：生，一般取为６°～８°，在工程变速箱中取＝７°左右。

4、收稿日期：２０１６‐０８‐１５；修订日期：２０１７‐０１‐１８作者简介：杨永飞（１９８３‐），男，陕西榆林人，工程师，本科，主要从事机械传动设计。２０１７年第２期杨永飞：浅谈同步器设计理论·１２５·（２）摩擦锥面的平均直径：摩擦锥面的平均直径不同车型对手柄球上的换档时间要求不同，一般越大，则摩擦力矩越大。但摩擦直径受到中心距及相货车高档区同步时间为０．３s～０．８s，低档区同步时关零件尺寸和布置的制约，理论设计中，在可能条件间为１．００s～１．５０s；轿车高档区同步时间为０．１５s～下，直径设计尽可能大些。０．３s，低档区同步时间为０．３s～０．８s。（３）摩擦因数：同步环的摩擦因数除与所

5、选的材5同步器间隙设计料有关外，还与表面粗糙度、温度和润滑种类有关。摩同步器相关零件的间隙必须取的合适，否则会影擦因数对齿轮和轴达到相同角速度有重要影响，系数响同步器的使用寿命和性能。大则换档省力或同步时间少，反之，则换档力较大或失本文以双锥同步器为例进行论述，其零件间间隙去同步作用。目前同步环常用的材料有铜合金、树脂、示意图如图３所示。同步器设计中主要的间隙包括：碳纤维、喷钼、碳颗粒，摩擦因数一般取０．１，碳纤维、①同步器滑块与同步环外端面的距离３；②齿套端面Δ碳颗粒摩擦因数相对铜有不同程度的增加。与同步环端面之间的距离４；③同步环外环Δ与齿轮锥３．２主要尺寸的确定环的距离２；④同步器的

6、落差Δ（内环、外环之间的轴向３．２．１锥面工作长度距离）A；⑤同步环内环与齿轮锥环端面轴向距离１。锥面工作长度小可缩短变速箱总体长度，但轴向为了保证同步器的正常磨损，同步器外环到锥环尺寸短时，单位面积压力大并使磨损加剧，因此设计时的距离２应满足２≥A＋１Δ的要求；同Δ步器滑块Δ到锥面工作长度应控制在一定范围内。同步环凸台端面的距离３≤齿套端面到同步环Δ端面３．２．２锁止角β的距离４。Δ锁止角是指齿套、同步环、齿轮锥环花键齿端的倒角，锁止角取的正确，可以保证换档的两部分之间达到角速度相等时进行换挡。影响锁止角选取的因素有摩擦力矩和锁止面的半径。３．２．３同步环径向厚度选取同步环径向厚度时考虑

7、的因素为在有限的空间内应保证有足够的刚度。３．２．４同步环锥面上的螺纹槽螺纹槽的宽度影响刮去油膜效果和锥面摩擦因数，因此设计时应综合考虑。在货车变速箱中，通常增加一定数目的卸油槽。图３双锥同步器零件间隙示意图4同步时间t的计算6结语同步器的设计要求是当换档力一定时，换档过程在相同的条件下，双锥同步器的摩擦力矩大约是需要的时间应在规定的范围内。同步时间t的计算公单锥同步器的两倍，故在变速器开发过程中，对速比极式为：差较大的