雙錐面同步器簡(jiǎn)介

1、第 12 頁(yè) 共18頁(yè)雙錐同步器與單錐同步器的同步性能比較及設(shè)計(jì)計(jì)算摘 要：本文以原微發(fā)技術(shù)開(kāi)發(fā)部測(cè)繪開(kāi)發(fā)的兩軸式前置前驅(qū)動(dòng)變速器DABS13-2為例，對(duì)雙錐面齒環(huán)式同步器和單錐面齒環(huán)式同步器的同步性能進(jìn)行了推理和計(jì)算，并通過(guò)對(duì)二種同步器的比較，說(shuō)明雙錐（多錐）齒環(huán)式同步器同步性能上的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：變速器、 同步器、 雙錐面一前言同步器是改善汽車機(jī)械式變速器換檔性能的主要零部件，它能夠使換檔操縱輕便快捷，減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度；可以保證換檔時(shí)變速器齒輪嚙合不受沖擊，消除噪音，提高齒輪及傳動(dòng)系統(tǒng)的平均使用壽命；并對(duì)提高汽車行駛安全性和乘坐舒適性，改善汽車起步時(shí)的加速性和燃料經(jīng)濟(jì)性起著極其重要的作用

2、。在微發(fā)生產(chǎn)的變速器BS09、BS10及BS13等系列產(chǎn)品中，所采用的同步器均為單錐面齒環(huán)式同步器（以下簡(jiǎn)稱單錐同步器），在合資公司引進(jìn)的F5M41變速器產(chǎn)品技術(shù)中包含了雙錐面齒環(huán)式同步器（以下簡(jiǎn)稱雙錐同步器）技術(shù)。目前，在國(guó)外的汽車機(jī)械式變速器上，雙錐（多錐）同步器技術(shù)正處于推廣應(yīng)用的階段，而國(guó)內(nèi)該技術(shù)應(yīng)用的卻很少，同檔次的發(fā)動(dòng)機(jī)上只有即將投產(chǎn)的一汽大宇的發(fā)動(dòng)機(jī)變速器采用了該技術(shù)。因此，對(duì)我們來(lái)說(shuō)這是一項(xiàng)嶄新且很有意義的課題。由于我們還沒(méi)有這方面的生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，因此本文僅僅從性能的角度進(jìn)行了推理，意在拋磚引玉，供大家參考。本文所示的雙錐同步器，是在DABS13-2變速器的同步器基礎(chǔ)上改制而成

3、的。通過(guò)對(duì)改制前后的性能比較，闡明雙錐面技術(shù)的意義。由于本人水平有限，難免有不當(dāng)之處，希望多多指教。二同步器的結(jié)構(gòu)型式和工作原理1同步器的結(jié)構(gòu)型式通常同步器分為常壓式和慣性鎖止式兩類。常壓式同步器由于不能保證被連接零件完全同步之后再換檔，故應(yīng)用不廣泛，現(xiàn)已基本淘汰?，F(xiàn)代機(jī)械式變速器中廣泛應(yīng)用的是慣性鎖止式同步器。慣性鎖止式同步器根據(jù)鎖止位置的不同又分為：鎖塊式同步器、鎖銷式同步器和鎖環(huán)式同步器。鎖環(huán)式同步器又分為齒環(huán)式同步器和增力環(huán)式同步器（Porsche）。而齒環(huán)式同步器根據(jù)同步錐面的數(shù)量不同又可分為：?jiǎn)五F式、雙錐式和多錐式幾種。DABS13-2變速器是根據(jù)日本鈴木G13B發(fā)動(dòng)機(jī)變速器測(cè)繪的

4、，所采用的同步器型式為單錐齒環(huán)式同步器（齒環(huán)又稱為同步環(huán)），圖1為DABS13-2變速器的一、二檔同步器結(jié)構(gòu)圖。圖 1 同步器結(jié)構(gòu)圖1 同步環(huán)（齒環(huán)）；2 外齒圈；3 轉(zhuǎn)接套齒；4 彈簧；5滑塊 ；6齒輪（包含同步錐轂） 2同步器的工作原理?yè)Q檔時(shí)，首先駕駛員踩下離合器踏板，把變速桿脫離原檔位，置于空檔位置，這時(shí)變速器的輸入端和輸出端的轉(zhuǎn)速有差異，同步器的作用就是使環(huán)錐的工作表面上產(chǎn)生摩擦力矩，以加速或減速被接合零件，使二者在最短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)速達(dá)到一致，在同步狀態(tài)下?lián)Q檔。在圖1中，轉(zhuǎn)接套齒3通過(guò)內(nèi)花鍵連接在變速器的二軸上，同步錐轂跟被驅(qū)動(dòng)齒輪6做成一體，兩個(gè)同步環(huán)1是浮套在同步錐轂的錐面上，轉(zhuǎn)接套齒

5、3在圓周方向設(shè)有均布的三個(gè)槽，三個(gè)滑塊分別裝在三個(gè)槽內(nèi)，壓縮彈簧4裝在滑塊5的內(nèi)側(cè)?；瑝K5外側(cè)凸臺(tái)在彈簧力的作用下，把外齒圈2限定在空檔位置。外齒圈2的內(nèi)接合齒與轉(zhuǎn)接套齒3相配合。同步環(huán)1和外齒圈2的接合齒的端面具有倒角，起著換檔時(shí)的鎖止作用。為了防止脫檔，同步錐轂3和外齒圈2采用了倒錐形接合齒。動(dòng)力傳遞路線為：同步錐轂6 外齒圈2 轉(zhuǎn)接套齒3 二軸。圖2中的A為空檔狀態(tài)；B為換檔時(shí)的同步狀態(tài)；C為換檔后的接合狀態(tài)。換檔時(shí)在F力作用下，外齒圈2滑動(dòng)。在彈簧力的作用，滑塊5上端始終頂在外齒圈中部的弧形槽內(nèi)，外齒圈軸向移動(dòng)時(shí)使滑塊偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度，致使滑塊的一個(gè)端面緊貼于同步環(huán)端面上的凸緣上，從而推動(dòng)

6、同步環(huán)軸向移動(dòng)，使內(nèi)、外同步錐面接觸。由于力F的作用和轉(zhuǎn)速差的存在，錐面一經(jīng)接觸即刻產(chǎn)生一定的滑動(dòng)摩擦力矩，使同步環(huán)相對(duì)于外齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，轉(zhuǎn)動(dòng)方向取決于轉(zhuǎn)速差的方向。圖3中b為同步環(huán)凹槽，c為滑塊，滑塊伸入b槽內(nèi)，因而同步環(huán)只能轉(zhuǎn)動(dòng)距離a（即半個(gè)齒距）。此時(shí)，外齒圈的接合齒一側(cè)倒角面恰好與同步環(huán)接合齒倒角面相對(duì)。兩個(gè)接合齒倒角面接觸之后，由于換檔力F繼續(xù)增加，外齒圈克服滑塊與彈簧力的作用繼續(xù)移動(dòng)。因同步環(huán)相對(duì)于外齒圈已經(jīng)轉(zhuǎn)過(guò)了一個(gè)角度，外齒圈的齒端斜面壓住了同步環(huán)接合齒端斜面。在斜面上產(chǎn)生正壓力W，其軸向分力S = W·cos（/2）和切向分力Ft = W·sin（/2

7、）（見(jiàn)圖4）。力F的繼續(xù)存在，使摩擦錐面上產(chǎn)生摩擦力矩，而力Ft形成撥環(huán)力矩，力圖使同步環(huán)反轉(zhuǎn)而脫離外齒圈齒端鎖止倒角斜面。但是作用在同步環(huán)上的摩擦力矩阻止同步環(huán)反轉(zhuǎn)。隨著力F的不斷增大，工作錐面上的摩擦力矩不斷增加。當(dāng)摩擦力矩達(dá)到等于輸入端的慣性力矩時(shí)，被連接兩端速度相等，慣性力矩消失，摩擦力矩變?yōu)榱?。此時(shí)的軸向力仍起作用，在撥環(huán)力矩的作用下，將同步環(huán)連同輸入端零件反轉(zhuǎn)一角度，齒端鎖止面脫開(kāi)，外齒圈可以順利地通過(guò)同步環(huán)繼續(xù)前移。此時(shí)，外齒圈克服彈簧力，滑塊上端退出弧形槽，讓外齒圈通過(guò)，完成換檔。圖 4上述同步器的主要優(yōu)點(diǎn)是軸向尺寸小、性能良好、使用可靠、造價(jià)低。缺點(diǎn)是同步力矩較小，在低檔換檔

8、時(shí)表現(xiàn)尤為明顯。要想顯著增大其同步力矩，則需要擴(kuò)大同步器的徑向尺寸，這顯然不是一個(gè)很好的方法。在此背景下雙錐同步器應(yīng)運(yùn)而生。圖5為本人在DABS13-2變速器的基礎(chǔ)上，將二檔同步器改為雙錐面后的結(jié)構(gòu)圖。圖 51-外齒環(huán) 2-鋼環(huán) 3-內(nèi)齒環(huán) 4-二檔齒輪雙錐同步器在工作原理和結(jié)構(gòu)布置上與單錐面齒環(huán)式同步器基本上是類似的。所不同的只是它采用了兩對(duì)摩擦錐面，而不是一對(duì)摩擦錐面。它的特點(diǎn)是把原來(lái)的兩個(gè)錐形零件分別做成了四個(gè)零件，原來(lái)與二檔從動(dòng)齒輪一體的同步錐轂被做成單獨(dú)的一個(gè)零件（鋼環(huán)），其大端上制有三個(gè)凸塊，相應(yīng)的在二檔從動(dòng)齒輪上有三個(gè)凹槽，凸塊嵌入在凹槽中，這樣二檔齒輪帶動(dòng)鋼環(huán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)。原來(lái)的一

9、個(gè)齒環(huán)改成兩個(gè)齒環(huán)，內(nèi)齒環(huán)上制有六個(gè)凸塊，外齒環(huán)上制有六個(gè)缺口，凸塊嵌入在缺口中，這樣外齒環(huán)也帶動(dòng)內(nèi)齒環(huán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)。結(jié)果是在掛二檔時(shí)，當(dāng)二檔從動(dòng)齒輪與二軸之間有相對(duì)角速度差時(shí)，整個(gè)錐體結(jié)構(gòu)中就存在兩對(duì)滑動(dòng)摩擦錐面。所以在總體尺寸一樣的情況下，加在外齒圈上一定的軸向推力所產(chǎn)生的同步力矩，就等于作用在兩對(duì)錐面之間的摩擦力矩的總和。對(duì)于加在換檔桿上一定的推力來(lái)說(shuō)，就能產(chǎn)生大得多的同步力矩，從而縮短同步時(shí)間，提高了同步器的工作性能，有利于換檔操作。附圖二為某變速器產(chǎn)品的雙錐同步器齒環(huán)和鋼環(huán)的實(shí)物照片。三同步器模型及同步過(guò)程的理論分析換檔時(shí)，首先駕駛員踩下離合器踏板，把變速桿脫離原檔位，置于空擋位置，這時(shí)

10、變速器的輸入端和輸出端的轉(zhuǎn)速有差異，而同步轉(zhuǎn)速卻是一個(gè)新的轉(zhuǎn)速，實(shí)際上變速器的輸出端連接的是整車，因而具有相當(dāng)大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，故在一般情況下，假設(shè)輸出端的轉(zhuǎn)速在換檔瞬間是不變的。而輸入端則靠同步器的摩擦副作用來(lái)達(dá)到與輸出端同步。為了對(duì)同步器作進(jìn)一步研究，用如圖6所示的簡(jiǎn)圖表示該系統(tǒng)。系統(tǒng)的輸入端有第一軸和離合器從動(dòng)片等零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JC、離合器阻力矩MC、同步環(huán)摩擦力矩MS和輸入角速度C。輸出端有汽車慣量JV、汽車行駛阻力矩MV、同步環(huán)摩擦力矩MS和輸出角速度V。各個(gè)量的作用方向如圖6所示。圖6 同步器系統(tǒng)簡(jiǎn)圖離合器阻力矩MC是由于離合器分離不徹底、空氣摩擦阻力，以及來(lái)自變速器輸入端所帶動(dòng)任何附

11、件和變速器的油阻造成的。它的值越小越好，以減小同步器在同步過(guò)程中所做的功。但它的值不易測(cè)定，在換檔過(guò)程中此值可假定是不變的。汽車行駛阻力矩MV是由于汽車行駛時(shí)受到的滾動(dòng)阻力、道路坡度阻力、風(fēng)阻和后橋等部件中的機(jī)械損失造成的。MV的變化對(duì)于換檔影響不大，所以在換檔過(guò)程中其數(shù)值也可以認(rèn)為是不變的。同步環(huán)上的摩擦力矩MS在換檔過(guò)程中也可以認(rèn)為是不變的。對(duì)同步過(guò)程的理論分析，主要是研究同步力矩和同步時(shí)間的關(guān)系。根據(jù)牛頓第二定律，M=J式中：M力矩，N·m； J轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg·m2； 角加速度，rad/s2。對(duì)于該系統(tǒng)的輸入端：JCC= MS- MC （1）式中負(fù)號(hào)適用于低檔換高檔，

12、正號(hào)適用于高檔換低檔。同理，對(duì)系統(tǒng)的輸出端：JVV=±MS-MV （2）在換檔過(guò)程中MS、MC和MV都不隨時(shí)間而變化，因此以上二式對(duì)時(shí)間的積分為JCC=（ MS-MC）t + C （3）JVV=（±MS-MV）t + D （4）式中積分常數(shù)C和D可以按換檔時(shí)原檔位的初始條件計(jì)算如下：同步器輸入端的初角速度設(shè)比值，r=同步器輸出端的初角速度式中的r可以稱為“同步器傳動(dòng)比”。低檔換高檔時(shí)r1，高檔換低檔時(shí)r1。令同步器的輸出初角速度為，則同步器的輸入初角速度為r，開(kāi)始換檔時(shí)t=0。則 C=JCr （5a） D=JV （5b）把上兩式代入（3），（4）式，得JCC=（ MS-MC

13、）t+JCr （3a）JVV=（±MS-MV）t+JV （4a）換檔終了時(shí) t=tE CE=VE式中： tE 同步時(shí)間； CE換檔終了時(shí)的輸入角速度； VE換檔終了時(shí)的輸出角速度。于是可以推出： MS-MC r ±MS-MV + = + （6） JC tE JV tE 整理后，得式:JVJC（r-1） MVJC - MCJV±MS = + （7a）（JV+JC）tE JV+JC為了研究MS和tE之間的關(guān)系，把上式改為:JVJC （r-1） MV MC±MS= + - - （7b）JV+JC tE JV JC根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料JV/JC的值一般約為100，所以如

14、取JV/（JV+JC）1來(lái)簡(jiǎn)化上述方程，則 Jc（r-1） MV JC±MS + - MC （8） tE JV另外，MV/MC值一般約為10，而JV/JC100，所以MVJC/JV約為MC/10。因此（8）式中如果把MVJC/JV一項(xiàng)忽略不計(jì)，即取MVJC/JV-MC-MC，這就相當(dāng)于在值中有10%的誤差，這是完全現(xiàn)實(shí)的。這樣（8）式可簡(jiǎn)化為：Jc（r-1）±MS - MC （9） tE Jc（r-1）從而得 tE （10） ±MS+ MC從上式中可以看出，整車的參數(shù)對(duì)同步器的同步性能影響不是很大。因此在后面的計(jì)算中，某些未知的整車參數(shù)參考使用了類似車型的數(shù)值，其

15、誤差對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響微乎其微。對(duì)于單錐同步器和雙錐同步器，上式中的MS有所不同，為了便于對(duì)比，前面作為單錐同步器的計(jì)算公式，下面推算一下雙錐同步器的同步力矩MS與單錐同步器的MS之間的倍數(shù)關(guān)系，只要知道了二者的關(guān)系，就可以用MS 代替MS，使用上述公式。如圖7所示： Pad1MS = （11） 2sin Pad2 Pad3MS = + 2sin 2sin式中：Pa 加在同步器外齒圈上的軸向推力； 錐面間的摩擦系數(shù)；d1 外齒環(huán)的摩擦錐面平均直徑；d2 外齒環(huán)的摩擦錐面平均直徑；d3 內(nèi)齒環(huán)的摩擦錐面平均直徑； 摩擦錐面的錐面角。在上述設(shè)計(jì)中，d1 = 48.9 mmd2 = 50.0 mm =

16、 50.0d1/48.9d3 = 46.4 mm = 46.4d1/48.9因此 50.0Pad1 46.4Pad1 96.4Pad1MS = + = 48.9×2sin 48.9×2sin 48.9×2sinMS = 1.97MS （12）可見(jiàn)，在同樣的換檔力的作用下，雙錐面產(chǎn)生的同步力矩幾乎為單錐面的2倍。四同步器的設(shè)計(jì)計(jì)算同步器的設(shè)計(jì)計(jì)算包括許多方面，如防止不同步嚙合、防止錐面抱死計(jì)算和各部分的強(qiáng)度計(jì)算等。本文僅對(duì)同步器的同步時(shí)間tE與加在換檔桿上的換檔力P的關(guān)系進(jìn)行演算。由于BS13-2變速器的倒檔采用的是滑動(dòng)齒輪直接掛檔，所以下面的計(jì)算只涉及一至五檔。其

17、中二檔對(duì)單、雙錐同步器分別進(jìn)行了計(jì)算，以進(jìn)行比較。同步器計(jì)算用的主要參數(shù)變速器及同步器的主要參數(shù)見(jiàn)表一。表一 變速器和同步器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)主 要 參 數(shù)一 檔二 檔三 檔四 檔五 檔傳動(dòng)比 iki1=3.416i2=1.894i3=1.28i4=0.914i5=0.757摩擦錐面角（度）6.56.56.56.57摩擦錐面平均直徑d1（mm）48.948.943.043.037.1同步器各轉(zhuǎn)動(dòng)零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量見(jiàn)表二。一、二檔同步器安放在二軸上，三、四檔同步器和五檔同步器布置在一軸上，掛不同的檔位時(shí)應(yīng)將相應(yīng)零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的軸上。表中的數(shù)據(jù)是按零件尺寸計(jì)算出來(lái)的，計(jì)算過(guò)程如下：齒輪和軸等基本上

18、都屬于圓柱體盤式零件，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算依據(jù)下列公式：實(shí)心：J = m R2/2 = V R2/2 = R2 L R2/2 = D4L/32 （13）空心：J =/32 (D4- d4) L （14）式中：J 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg.m2； m 零件質(zhì)量，kg； 材料密度，kg/m3； L 軸向?qū)挾?，m； R、D零件外軸半徑、直徑，m； r、d零件內(nèi)孔半徑、直徑，m。在BS13-2變速器中，換檔同步時(shí)參與輸入端的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的零件有20個(gè)件號(hào)（見(jiàn)附圖1）。由于各種零件形狀復(fù)雜，數(shù)據(jù)較多，為了減少繁瑣，在計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)對(duì)以上零件的形狀按如下方式進(jìn)行了簡(jiǎn)化： 所有的圓角、倒角按直角處理； 小孔、小的溝槽、小的軸肩

19、等忽略不計(jì)； 齒輪、花鍵以分度圓為界限，齒端忽略掉，其余按實(shí)體處理；等等。另外，對(duì)于同步器彈簧、彈性環(huán)等質(zhì)量很小的零件，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量忽略不計(jì)。在簡(jiǎn)化圖形時(shí)，盡量做到照顧全局，使總的結(jié)果誤差最小。簡(jiǎn)化后利用公式(13)、(14)，采取分段處理的方法，先求出每一段的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，然后再累加到一起。1. 首先計(jì)算各個(gè)零件相對(duì)于其回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 離合器從動(dòng)片：參考變速器設(shè)計(jì)中某轎車離合器的數(shù)值：J=2.0485×10-3 kg·m2 一軸（輸入軸）：=7.8×103 kg/m3J=/32（104×21+184×66.5+204×25.5+26

20、.54×15+214×21+214×8.2+ 42.34×13.7+24.754×20+254×70.9+204×66.5-84×121）/10-15 = 0.0881×10-3 kg·m2 一軸擋圈（開(kāi)口）：=7.8×103 kg/m3J=/32（224-17.54)×1.2×5/6/10-15 = 0.0001×10-3 kg·m2 小擋圈（開(kāi)口）：=7.8×103 kg/m3J=/32（30.34-25.94)×1.5&

21、#215;5/6/10-15 = 0.0004×10-3 kg·m2 二軸上空轉(zhuǎn)的一檔齒輪：=7.8×103 kg/m3J=/32×（504-354)×31+(90.54-504)×14 /10-15 = 0.7649×10-3 kg·m2 二軸上空轉(zhuǎn)的二檔齒輪：=7.8×103 kg/m3J=/32×（504-354)×32+(804-504)×13.5 /10-15 = 0.4752×10-3 kg·m2 高速轉(zhuǎn)接套齒：=6.8×103 kg

22、/m3J=/32×（544-50.54)×20+(50.54-374)×5+(374-264)×16 /10-15 = 0.0264×10-3 kg·m2 高速外齒圈：=7.8×103 kg/m3J=/32×（624-544)×22+(724-624)×8 /10-15 = 0.1798×10-3 kg·m2 高速同步環(huán)(2個(gè))：=8.9×103 kg/m3J=/32×（504-444)×9+(544-504)×2.5×2/1

23、0-15 = 0.0492×10-3 kg·m2 五檔轉(zhuǎn)接套齒：=6.8×103 kg/m3J=/32×（484-444)×18+(444-28.54)×5+(28.54-184)×16.4 /10-15 = 0.0351×10-3 kg·m2 五檔外齒圈：=7.8×103 kg/m3J=/32×（584-484)×21+(664-584)×8 /10-15 = 0.1435×10-3 kg·m2 五檔同步環(huán)(2個(gè))：=8.9×103

24、kg/m3J=/32×（43.54-384)×7.5+(484-43.54)×2.2×2/10-15 = 0.0262×10-3 kg·m2 五檔齒輪襯套：=7.8×103 kg/m3J=/32×（254-204)×27/10-15 = 0.0048×10-3 kg·m2 止推盤：=7.8×103 kg/m3J=/32×（464-38.54)×1+(38.54-36.54)×5.5+(36.54-184)×1 /10-15 = 0.00

25、48×10-3 kg·m2 軸承內(nèi)圈：=7.8×103 kg/m3J=/32×（404-204)×16/10-15 = 0.0294×10-3 kg·m2 軸承內(nèi)圈：=7.8×103 kg/m3J=/32×（304-204)×14/10-15 = 0.0070×10-3 kg·m22. 計(jì)算掛三、四、五檔時(shí)轉(zhuǎn)換到一軸上的總的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量掛三、四、五檔時(shí)總的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，等于一、二檔從動(dòng)齒輪自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別乘以各自的傳動(dòng)比的平方后，加上其他零件自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（乘以1）。即：

26、Jc3 = Jc4 = Jc5 = （J/i2） （15）式中：Jc3 掛三檔時(shí)總的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； Jc4 掛四檔時(shí)總的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； Jc5 掛五檔時(shí)總的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； i 對(duì)于一、二檔從動(dòng)齒輪：i為各自的傳動(dòng)比 ；對(duì)于其他零件：i = 1。3. 計(jì)算掛一、二檔時(shí)轉(zhuǎn)換到二軸上的總的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：掛一檔時(shí)總的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，等于一軸上的總的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量乘以一檔傳動(dòng)比的平方i12，即： Jc1 = Jc3×i1 2。同理，掛二檔時(shí)總的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：Jc2 = Jc3×i2 2。式中：Jc1 掛一檔時(shí)總的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； Jc2 掛一檔時(shí)總的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； i1 一檔傳動(dòng)比； i

27、2 二檔傳動(dòng)比。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表二。 核算駕駛員加在換檔桿上的換檔力P和同步時(shí)間tE的值在設(shè)計(jì)同步器時(shí)，通常取同步時(shí)間tE=0.5s。為了換檔輕便，駕駛員加在換檔桿上的力P一般取在100150N以內(nèi)（輕型汽車取下限，微型汽車取更小值）。按以下方程計(jì)算換檔力P和同步時(shí)間tE的值： Pld1MS = （16） 2sin JVJC （r-1） MV MC±MS= + - - JV+JC tE JV JC為了核算在不同檔位時(shí)，駕駛員加在換檔桿上不同的力P時(shí)，在從低檔換高檔以及高檔換低檔的同步時(shí)間tE是否符合要求，把在各不同情況下的r、MV、MC、和MS的值計(jì)算出來(lái)，連同JC列入表格，便于核對(duì)。1

28、 汽車行駛阻力在同步器輸出端造成的阻力矩MV計(jì)算MV的步驟如下：1） 最大功率轉(zhuǎn)速nN時(shí)的汽車速度0.377nNRr Va= （km/h）i0ik2） 汽車在平路上等速行駛時(shí)的行駛阻力Pf = 0.014×(1+Va/19440)Ga （N）Pw= KAVa2 （N）3） 汽車行駛阻力在同步器輸出端造成的阻力矩 一、二檔：Mv=（Pf+Pw）Rr/ i0 （N·m）三、四、五檔：Mv=（Pf+Pw）Rr/（i0ii） （N·m）_第 13 頁(yè) 共18頁(yè)表二 同步器各轉(zhuǎn)動(dòng)零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量各轉(zhuǎn)動(dòng)零件名稱零件繞自身轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J（×10-3 kg·m

29、2）傳動(dòng)比ii2轉(zhuǎn)換到第一軸的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J/i2（×10-3 kg·m2）離合器從動(dòng)片2.0485112.0485一軸0.0881110.088一軸擋圈0.0001110.0001小擋圈0.0004110.0004二軸上空轉(zhuǎn)的一檔齒輪0.76493.41611.670.0655二軸上空轉(zhuǎn)的二檔齒輪0.47521.8943.5870.1325高速轉(zhuǎn)接套齒0.0264110.0264高速外齒圈0.1798110.1798高速同步環(huán)0.0492110.0492五檔轉(zhuǎn)接套齒0.0351110.0351五檔外齒圈0.1435110.1435五檔同步環(huán)0.0262110.0262五檔

30、齒輪襯套0.0048110.0048止推盤0.0048110.0048一軸前軸承內(nèi)圈0.0294110.0294一軸后軸承內(nèi)圈0.0070110.0070掛三、四、五檔時(shí)總的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jc3 = Jc4 = Jc5 = （J/i2）2.8412掛一檔時(shí)總的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jc1 = Jc3×i1233.157掛二檔時(shí)總的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jc2 = Jc3×i2210.191_第 26 頁(yè) 共18頁(yè)式中：i0 主減速比，這里取i0 = 4.388； ii 三、四、五檔的傳動(dòng)比；nN 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率時(shí)的轉(zhuǎn)速，這里取nN = 5000 r/min； Rr輪胎滾動(dòng)半徑，這里取Rr

31、= 0.266 m； Ga汽車總重，這里取Ga =13720 N； K空氣阻力系數(shù)，這里取K = 0.0025； A汽車前投影面積，這里取A = 2.5m2； Pw汽車空氣阻力，N； Pf汽車滾動(dòng)阻力，N。計(jì)算數(shù)據(jù)見(jiàn)表三。表三 汽車行駛阻力在同步器輸出端造成的阻力矩Mv檔位nN下的車速va （km/h）Va2Pf（N）PV （N）MV （N.m）一33.51122.25203.268.716.48二60.33636.09228.0222.727.32三89.37974.49270.9488.435.96四125.015625.0346.5957.086.45五150.922770.8417.1

32、1394.7145.092編制“計(jì)算數(shù)據(jù)匯總表”見(jiàn)表四。表四 計(jì)算數(shù)據(jù)匯總表?yè)Q檔過(guò)程同步器傳動(dòng)比rJC kg·m2同步器輸出端轉(zhuǎn)速 MC （N·m）MV （N·m）nN/ik（r/min）（rad/s）換高檔121.8110.19×10-31464153.32.5616.48231.482.841×10-32640276.51.1027.32341.402.841×10-33906409.11.1035.96451.212.841×10-35470572.91.1086.45換低檔540.8282.841×10-3

33、5470572.91.1086.45430.7142.841×10-33906409.11.1035.96320.67610.19×10-32640276.52.5627.32210.55433.16×10-31464153.33.0116.48表中： JC指輸入端轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，數(shù)據(jù)來(lái)自表二。 用最大功率時(shí)的轉(zhuǎn)速和低檔傳動(dòng)比計(jì)算nN/ik值和值。因?yàn)樵诘蜋n下達(dá)到最大功率轉(zhuǎn)速時(shí)才換高檔，而換低檔則正是為了要在低檔下達(dá)到最大功率。 MC指輸入端阻力矩，此數(shù)據(jù)很難測(cè)量，根據(jù)資料，取最大車速時(shí)的阻力矩為：MC =1.10（N·m）。對(duì)于一、二檔，要分別乘以各自的傳動(dòng)

34、比。 MV用低檔值，因?yàn)椴还苁堑蜋n換高檔、還是高檔換低檔，汽車基本上都是在低檔的最高轉(zhuǎn)速下行駛。數(shù)據(jù)來(lái)自表三。3計(jì)算一定的換檔力產(chǎn)生的同步力矩在換檔過(guò)程中，當(dāng)變速操縱桿上的力一定時(shí)，則在同步器工作錐面產(chǎn)生的摩擦力矩為： Pld1MS = 2sinMS = 1.97MS 式中： P作用在變速操縱桿上的的換檔力，N； 工作錐面間的摩擦系數(shù)，這里取=0.1；d1錐面平均直徑（m），數(shù)據(jù)見(jiàn)表一； 錐面半角，數(shù)據(jù)見(jiàn)表一；l換檔桿的杠桿比，這里取l=5。計(jì)算數(shù)據(jù)見(jiàn)表五。表五 加在摩擦錐面上的同步力矩MS（N·m）加在換檔桿上的力P（N）檔位1檔2檔2檔3檔4檔5檔252702705.322372

35、371905054054010.644754753817581081015.967127125711001080108021.27950950761表中： 指雙錐同步器的二檔。4計(jì)算同步時(shí)間根據(jù)公式（7）進(jìn)行計(jì)算。換低檔時(shí)：JVJC （1-r） MV MC MS= - - + JV+JC tE JV JC換高檔時(shí)：JVJC （r-1） MV MC MS= + - - JV+JC tE JV JC式中： （Ga/9.8）Rr2 + 4JW JV= io2 JW為一個(gè)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，這里取JW = 0.8 （kg.m2）。io 為終減速比。令MS分別等于表五中的力矩，則可以求得對(duì)應(yīng)表五中的換檔力P

36、所需要的同步時(shí)間tE。計(jì)算數(shù)據(jù)見(jiàn)表六。當(dāng)tE的計(jì)算結(jié)果為負(fù)數(shù)或無(wú)窮大時(shí)，表明無(wú)法達(dá)到同步狀態(tài)。 結(jié)論從表六中的數(shù)據(jù)可以看出，BS13-2變速器的三、四、五檔同步器余量比較大，而一、二檔的同步器余量相對(duì)比較小，尤其是掛一檔時(shí)需要施加很大的換檔力，其原因之一是一、二檔之間的變速比差比較大，約1.81倍的關(guān)系，而二檔與三檔、三檔與四檔、四檔與五檔的變速比分別為1.48、1.4、1.21倍的關(guān)系。通過(guò)對(duì)二檔在雙錐和單錐兩種情況下同步時(shí)間的對(duì)比可以看出，采用雙錐面技術(shù)后，同步時(shí)間極大地縮短了。由于一檔同步時(shí)間長(zhǎng)、且需要較大的換檔力，因此如果將此技術(shù)應(yīng)用在一檔上，將更具有現(xiàn)實(shí)意義。五雙錐面齒環(huán)式同步器的應(yīng)

37、用實(shí)例1在日本三菱汽車公司的F5M41系列變速器的二檔中采用了雙錐面技術(shù)，經(jīng)試驗(yàn)證明,加在換檔桿上的操作力減小了40%。2據(jù)參考文獻(xiàn)變速器一書中介紹，經(jīng)實(shí)踐證明，用在發(fā)動(dòng)機(jī)排量為1.5升的三檔變速器中，對(duì)加快換檔十分有效，且性能可靠。表六 換檔同步時(shí)間tEP（N）換檔過(guò)程所加同步力矩MS（N·m）按方程（7）計(jì)算的同步力矩MS（N·m）同步時(shí)間tE（S）25122.701.263/ tE - 2.5240.242125.321.263/ tE - 2.5240.161232.370.3766/ tE - 1.0850.109342.370.4647/ tE - 1.0750

38、.135451.900.3416/ tE 1.0570.116542.370.2798/ tE + 1.0570.213432.370.3322/ tE + 1.0750.256322.700.9111/ tE + 2.5034.62325.320.9111/ tE + 2.5030.323212.702.253/ tE + 2.889不 能 同 步50125.401.263/ tE - 2.5240.1591210.641.263/ tE - 2.5240.0959234.750.3766/ tE - 1.0850.0645344.750.4647/ tE - 1.0750.0798453.

39、810.3416/ tE 1.0570.0702544.750.2798/ tE + 1.0570.0758434.750.3322/ tE + 1.0750.0904325.400.9111/ tE + 2.5030.3143210.640.9111/ tE + 2.5030.112215.402.253/ tE + 2.8890.89775128.101.263/ tE - 2.5240.1191215.961.263/ tE - 2.5240.0683237.120.3766/ tE - 1.0850.0459347.120.4647/ tE - 1.0750.0567455.710.3

40、416/ tE 1.0570.0505547.120.2798/ tE + 1.0570.0461437.120.3322/ tE + 1.0750.0550328.100.9111/ tE + 2.5030.1633215.960.9111/ tE + 2.5030.0609218.102.253/ tE + 2.8890.4321001210.801.263/ tE - 2.5240.09481221.271.263/ tE - 2.5240.0531239.500.3766/ tE - 1.0850.0356349.500.4647/ tE - 1.0750.0439457.610.3416/ tE 1.0570.0394549.500.2798/ tE + 1.0570.