同步器設計手冊

1、頁眉內容同步器設計手冊、八前言汽車變速器中采用同步器，可以保證換檔操作迅速、輕便無沖擊，延長齒輪和 傳動系統(tǒng)的使用壽命，提高汽車在換檔和加速起步時的動力性和經濟性，改善駕駛 舒適性的有效措施。同步器技術目前被廣泛應用于各種車型上。同步器的應用是機 械變速器發(fā)展過程中一次質的飛躍， 在我國汽車行業(yè)標準 QC/T29063 中明確規(guī)定輕 型汽車變速器前進檔必需裝有同步器結構，中型汽車除一檔、倒檔外，其余各檔也 必需裝有同步器結構。隨著同步器技術不斷發(fā)展，對于提高變速器傳動性能，具有 十分重要的經濟技術意義。生產、本手冊是在綜合同步器理論和實踐研究的基礎上編寫而成。本書結構新穎，文 字簡潔，圖文并茂

2、， 通俗易懂。 內容包括：同步器結構形式， 工作原理，設計參數， 結構參數， 以及影響同步器性能的因素。 本手冊可供從事汽車變速器的設計、 維修人員參考。本手冊經 等人員審閱并提出修改意見，在此表示感謝。由于作者水 平有限，難免有不足之處，請廣大員工提出寶貴意見。作者2007/11/16目錄緒論第一章 同步器的結構形式及其特點第一節(jié) 鎖銷式同步器第二節(jié) 鎖環(huán)式同步器第三節(jié) 鎖環(huán)式多錐同步器第二章 同步器工作原理第三章 同步器設計參數及其計算第一節(jié) 轉動慣量及其轉換第二節(jié) 同步力矩 Tc 及同步時間第三節(jié) 撥環(huán)力矩 TB第四節(jié) 計算實例第四章 結構參數設計第一節(jié) 結構參數設計第二節(jié) 結構參數設計

3、對換檔性能的影響第三節(jié) 同步器摩擦材料第五章 影響同步器性能的因素第一節(jié) 潤滑油對同步器性能的影響第二節(jié) 其他對同步器性能的影響 第六章 同步器試驗緒論汽車變速器是汽車傳動系中的一個重要部件，它的功能是在不同的使用條件 下，改變由發(fā)動機傳到驅動輪上的轉矩和轉速， 使得汽車得到不同的牽引力和車速，頁眉內容以適應不同的使用條件。同時也可以使發(fā)動機在最有利的工況范圍內工作。為保證變速器具有良好的工作性能，對變速器提出以下基本要求：1.2.3.4.應有合適的變速檔位數和傳動比，保證汽車具有良好的動力性和經濟 性指標。較高的傳動效率。 應有空檔和倒檔。換檔操縱迅速輕便、工作可靠，噪聲小。在手動機械式變速

4、器中（Manual Transmission 簡稱MT ），同步器是改善換檔 性能的主要零部件。對減輕駕駛員的勞動強度，使操縱輕便，提高齒輪及傳動系統(tǒng) 的使用壽命，提高汽車行駛安全性和乘坐的舒適性，改善汽車起步時的加速性和經 濟性起著重要作用?，F以一個五檔變速器為例，說明同步器在換檔中的作用。AA1 S11口JLP1_ P1圖1假如汽車正在二檔 位置上行駛，則變速器 通過發(fā)動機傳來的動 力，經過第一軸上的齒 輪A和中間軸常嚙合齒 輪B、齒輪P2傳遞給第 二軸上的齒輪S2,使動 力輸出。這時齒輪P2和 齒輪S2的圓周線速度 相等，VS2=VP2。當汽車P3在良好的路面行駛，駕駛員此時要改善汽車行

5、駛的經濟性，要從二檔換到三檔上行 駛，這時駕駛員就要把齒輪S2和P2分開，而把齒輪 S 3和P3接合上。此時中間軸上的齒輪P3的直徑要比P2大。由于 中間軸傳動角速度3不變，則Vp 3VP2。同理，由于第二軸上的齒輪S3的直徑小于 S2的直徑，VS3 a sX N X cos atga a s試驗表明，鋼與銅之間的摩擦系數a s在0.080.1之間，其他材料之間的的摩擦系數a s也不會超過0.11，故錐面角a般可取6 30或7 ,對于雙錐面同步器錐面角a可取 7 30，對于三錐面同步器由于錐面間的潤滑條件差，錐面 角a可取8或8 30。有的采取不同的角度：內環(huán)的內外錐面和中環(huán)的內錐面 由于潤滑

6、條件差，可取 10，中環(huán)的外錐面由于潤滑條件較好，可取6 30。2.鎖止角B鎖：在鎖環(huán)式同步器中設置鎖止角的目的有：一是通過鎖止角斜面 將換檔力傳到錐面上。二是阻止在沒有同步前齒套越過同步環(huán)進行掛檔。三是通過 鎖止角斜面將換檔力分解一切向分力，從而產生一撥環(huán)力矩。此力矩將會使同步環(huán) 轉動一角度而脫離齒套的鎖止面，齒套可以繼續(xù)前移與接合齒接合完成掛檔。設計 上一定要保證，同步摩擦力矩Mf始終應大于此撥環(huán)力矩。只有當兩嚙合件達到同步，Mf等于0時，撥環(huán)力矩才可將同步環(huán)轉動一角度，使齒套前移完成掛檔過程。鎖止角應取大一些，可以避免發(fā)生“不同步嚙合”的不正常現象。但鎖止角也 不能過大，過大撥環(huán)力矩將變

7、小，影響順利嚙合。鎖止角過小還會影響齒套和接合圖3齒的有效嚙合長度。推薦鎖止角B鎖取: 45 60一般情況下， 同一值，稍大些， 偏小一些。如圖 公司部分產品同步 的鎖止角、接合齒的倒角。齒套、同步器齒環(huán)取接合齒可以取不同值， 3所示。表2所列是我 器齒套、同步器齒環(huán)就是這樣，齒套取 53，同步環(huán)取5130。見圖4為了避免角的棱邊先接觸鎖止面而劃傷鎖止面，可以將齒套的鎖止角比同。LC6T1602/3 檔步環(huán)的鎖止角大12現在還有一種做法， 把齒套的鎖止面做成圓弧形， 圓弧的 大，這樣就是鎖止角度稍差些也能保證齒套的棱角不會劃傷鎖止面。 目前為止，作者沒有見過實物）。半徑較如圖5所示（到當完成同

8、步換檔且換檔力p=0時，同步環(huán)錐面應脫離，此時摩擦力a sx N的它有阻止同步環(huán)脫開，或者是說有使兩錐面之間互相抱死的趨勢。才能避免兩錐面間發(fā)生抱死分不開現象。即序號產品型號同步器齒套鎖止角同步器齒環(huán)鎖止角接合齒15T971檔52 3052 304522/3檔52 30524534/5檔52 3052 304546T463/4檔60 14604255/6檔60 21604265T801/2檔46 3045457345 檔56 3055 30458倒檔5351 30459MF86A1/2檔505045103/4檔575753115/倒檔575753（ 5 檔）126T1602/3檔5351 30

9、45134/5檔60 3058 3055146檔60 3058 305515MF70B1/2檔5049 3045163/4檔6059 3045175/倒檔57 305745（ 5 檔）四、同步環(huán)滑塊槽寬度（或凸臺寬度）H同步環(huán)的鎖止面和齒套的鎖止面貼靠的好壞，對能否順利地同步換檔影響很 大。而同步環(huán)上的滑塊槽（有的是凸臺）寬度能允許同步環(huán)產生轉角的大小，起著 十分重要的作用。在設計上應予以控制，該轉角過大或過小都會使兩鎖止面接觸位 置不良（圖6 b、c）。在鎖止位置時，兩個鎖止面彼此之間貼靠的位置對齊最為 有利（圖6a）。如果鎖止面之間貼靠的位置不當，會導致同步環(huán)上的齒過早的損壞或換檔困難。同

10、步環(huán)產生轉角的大小是和滑塊的寬度h（如果是凸臺則與齒轂上 的滑塊槽寬度B）有關。為了使滑塊槽（或凸臺）的位置準確，一般同步環(huán)上的滑塊槽（或凸臺）的中 心與齒槽中心重合，齒轂上的滑塊槽也與齒槽中心重合。同步環(huán)上的滑塊槽寬度與 滑塊的寬度的差值：H-h=0.5 X齒距如果同步環(huán)上是凸臺，則滑塊寬度與凸臺的寬度的差值：h - H =0.5 X齒距（滑塊與齒轂上的滑塊槽配合為小間隙配合）五、齒套、齒轂、同步環(huán)和接合齒的花鍵配合一般情況下，齒套的齒槽寬最大。如果以齒套為基準，齒轂的齒厚要小 左右，接合齒的齒厚要小0.1左右，同步環(huán)的齒厚要小要是重卡變速箱的同步器，則上述差值還要大一些。有的轎車變速箱的同

11、步器齒套與齒轂配合采用花鍵大徑配合，0.5左右。0.05那么大徑的平均差值在0.07左右。圖7六、滑塊、同步環(huán)、齒套、接合齒之間的軸向間隙 滑塊、同步環(huán)、齒套、接合齒之間的軸 向間隙是否正確，對同步器能否正確工作十 分有關，正確的設計應該是齒套與同步環(huán)之 間的間隙應大于滑塊與同步環(huán)之間的間隙， 即5 25 1,見圖7。否則會出現摩擦錐面 尚未接觸，還沒有產生使同步環(huán)錐面相對齒 套轉動一角度并形成鎖止位置的摩擦力矩 時，齒套在沒有同步前就可能通過同步器齒 環(huán)，導致不同步就換檔，形成換檔沖擊。一 般設計可?。? 1=0.51.05 2-5 1=0.200.30考慮到同步器齒環(huán)的錐面磨損，同步器齒環(huán)

12、的端面與接合齒端面之間應有一定的間隙5 3,使同步器齒環(huán)錐面的磨損在一定程度內不影響正常的同步作用和撥環(huán) 效果。5 3稱為磨損裕量，又稱同步器的后備量。通常取：1.4左右，轎車不小于第二節(jié)對任何摩擦式同步器來說， 來評價其性能的好壞。很明顯， 過程。也就是說，沖量值越小，降低換檔沖量的途徑是：1. 增加同步器的平均摩擦半徑 擦直徑；A 鎖銷孔中心距）約在 直徑與鎖止面平均直徑的比值只有0.9不大于2.0,重型卡車不小于1.2不大于2.2。結構參數對換檔性能的影響均可用換檔力F和同步時間ts的乘積（稱換檔沖量） 最理想的同步器是既省力又能快速實現同步換檔的 同步性能越好。Rc。通常，鎖銷式同步器

13、的 D/A（D 錐面平均摩1.01.2范圍內；而鎖環(huán)式同步器的錐面平均摩擦0.9左右，所以鎖銷式同步器比鎖環(huán)式同步器具有較大的容量。多錐面同步器的錐面平均摩擦直徑要比單錐同步器的錐面平均摩擦 直徑大接近一倍。它的容量又要比鎖銷式同步器大，所以多錐面同步器在低速檔上 得到廣泛的使用。2. 降低輸入端的轉動慣量 J1。有可能的話，將同步器設計到中間軸上，使轉動慣量大大降低。如我公司的6T160變速器就把六檔同步器設計到中間軸上。3. 降低輸入、輸出端的轉速差。一般是通過減小相鄰檔位的傳動比級差來實現。4. 減小錐面角。錐角越小則同步力矩越大，但錐角過小時，容易產生粘附和楔 死現象。要嚴格控制錐面的

14、粗糙度和錐面之間的配合精度嚴格控制制造公差。用量 規(guī)檢查時，接觸面積應不小于 80%。5. 增大錐面間的摩擦系數。這是一個非常復雜的因素，而且是影響同步器性能 的關鍵，摩擦系數的大小與摩擦副的材料、潤滑油的種類、同步器的結構以及加工 質量等有密切關系。在結構參數和使用條件一定的情況下，換檔沖量與摩擦系數成反比。換檔沖量的數值可由“力一時間”曲線下的面積求得，s tSFdt。也就是說，可以用面積S的大小來評估平均摩擦系數 卩c的數值，進而評價同步器的性能。若用二次函數F近Is2tF=Fmax ts似地描述換檔力的時間 歷程（其中Fmax為最 大換檔力），見圖8,則 有：式中St表示Fmax和ts

15、為邊長的長方形面積閩C圖91廠S-&0%St圖8 同步器換檔力的時間歷程曲線r mil圖9 圖11分 別是三 種車型 的同步 器換檔 力的時 間歷程 曲線。由 圖可見，2以SW ST作為評價同步器結構完3善程度是可行的。從圖12試驗表明，換檔力在某 一范圍內變化時，S的數值并不是保 持不變，而是隨著換檔力的增加，S值相應下降。這說明摩擦系數相應增加，一般以 中等換檔力時的 S值為100%，其誤差約在 10% 的范圍內。同步器錐面的粗糙度是影響摩擦系數的重 要因素。粗糙的錐面會得到較大的摩擦系數。但 容易加速同步環(huán)的螺紋的磨損而導致同步器過 早失效。若金屬波峰相對尖銳，則將刮下的同步 環(huán)上的小片

16、金屬。由于金屬不斷刮下，同步器很 快磨損，金屬趨于自身焊位，接合齒的錐面上就 會變成涂上一層同步環(huán)材料的外衣。因此，光滑的錐面表面粗糙度一般為Ra0.4,螺紋表面粗糙度一般為Ra3.2。為了減少金屬波峰,頁眉內容 通常是螺紋加工好后，增加一道研磨工序，最好是內外錐面互相配磨。第三節(jié)同步器摩擦材料同步器的材料是影響同步器性能的一個重要因素。目前多數同步器都是使用銅基合金，在銅中加入 Si、Fe、Al、Ni、Co、Zn等微量金屬元素，增加了材料的耐 磨性和摩擦系數。在選材上要注意以下幾個方面：便于加工，如鍛造、機加工；錐面上的螺紋和齒端鎖止面的耐磨性；兩個摩擦 錐面“抱死”傾向小；強度高，不易裂；

17、抗疲勞強度高；彈性模量高；摩擦系數高 而穩(wěn)定。銅基合金有以下特點： 錳青銅（含錳量不超過 3% ）鍛造的同步環(huán)用的較多。它的優(yōu)點是強度高， 機加工性能好，易車削螺紋線。 鋁青銅（含鋁量8.5%11.0%）多用于壓鑄法加工的同步環(huán)。它的耐磨性好,強度高。它和錳青銅相比，摩擦系數較大，錐面“抱死”傾向小。鋁青銅也能使用 鍛造工藝加工，鍛造加工的鋁青銅鍛件疲勞強度比錳青銅好。它的缺點是價格高， 鍛模的使用壽命較短。硅錳青銅（含硅量 0.6%1.5%，含錳量2%4% ）的性能和錳青銅相仿。這 種合金中的硅化錳有極好的耐磨性。這些材料一直沿用至今。由于這種材料制造工藝簡單、成本低，目前還廣泛應 用在各種

18、同步器上。近些年來，無論是乘用車還是商用車，大大小小的車上都使用 同步器，加上人們對換檔手感的舒適性要求越來越高，使得同步器的容量加大，促 進了同步器摩擦材料的發(fā)展。1. 擠制銅合金。這種材料是在鑄造銅合金的基礎上，沒有改變材料的化學成分，而是將鑄造銅合金加熱經過模具擠壓而成。擠壓后的材料組織致密度高，同時材料擠簾彌合金鑄造銅合金在擠壓過程中形成金屬流， 再經過精鍛而成的同步器 環(huán)，耐磨性能高，不會因使 用時間長而使得摩擦系數下 降，影響同步器性能。試驗 證明，擠制銅合金的耐磨性 要比鑄造銅合金的耐磨性高 出好幾倍。左邊的圖表是同 步器的磨耗性能試驗，在相 同的條件下，磨耗10000次 后所得

19、的結果?？梢钥闯觯?擠制銅合金的同步環(huán)后備量0.48mm。AT-3E、CSM-3ME、只減少了 0.08mm，而鑄造銅合金的同步環(huán)后備量卻減少了目前國外已大量使用擠制銅合金，例如日本的牌號有KMS-2E、AT-1E等，我國在這方面剛剛起步，幾個大的同步器公司都在上擠制材 料的設備，預計在幾年內可趕上或超過國外先進水平。適用2. 鋼基噴鉬。用低碳合金鋼所加工的同步環(huán)，經滲碳淬火后，在錐面上噴鉬， 噴鉬層厚度在0.1mm左右。它的特點是耐磨性極強，摩擦系數也比銅合金高，于要求同步器容量較大、耐磨性要求高的大型汽車的變速器中。我公司的LC6T160頁眉內容變速器2/3檔同步器就是用的這種同步環(huán)。它的缺點是制造成本高， 噴鉬工藝復雜，在使用過程中一旦噴鉬層磨去后就會造成同步器早期失效。3. 鋼基樹脂環(huán)。一般是用在鎖銷式同步器上。用