同步器基礎(chǔ)知識(shí)

變速器在換擋過(guò)程中，必須使所選擋位的一對(duì)待嚙合齒輪齒的圓周速度相等(即同步)，才能使之平順的進(jìn)入接合而掛上擋。使齒端部磨損加劇，甚至使輪齒折斷。為使換擋平順，駕駛員應(yīng)采取合理的換擋操作步驟現(xiàn)以圖15-9所示無(wú)同步器的五擋變速器中四五擋(四擋為直接擋,五擋為超速擋)互相轉(zhuǎn)換的過(guò)程為例，說(shuō)明其原理。第一軸1及其齒輪2直接與離合器連接，五擋齒輪4則通過(guò)齒輪6中接合套3屆花鍵固與第二軸5相連，而第二軸又依次通過(guò)萬(wàn)象傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)橋和行使系與整個(gè)汽車保持傳動(dòng)關(guān)系。所以齒輪2和4的轉(zhuǎn)速，從而其輪齒及其端部的花鍵齒的圓周速度同理，接合套3的轉(zhuǎn)速，從而其花鍵齒的圓周速度都與汽車速度成(1)從低速擋(四擋)換入高速擋(五擋)變速器在四擋工作時(shí)，接合套3與齒輪2上的接合套齒圈接合，二者的圓周速度v3和v2顯然相等。欲從四擋換入五擋，駕駛員應(yīng)先踩下離合器踏板，使離合器分離，隨即通過(guò)變速桿等將接合套3右移，推入空擋位置。在接合套3剛與齒輪2脫離接合的瞬間，仍然是v3=v2。由于從齒輪6到齒輪4的升速比大于齒輪2到齒輪7的升速比，五擋齒輪4的轉(zhuǎn)速永遠(yuǎn)高于齒輪2的轉(zhuǎn)速，從而齒輪4的花鍵齒圓周速套3與齒輪4的轉(zhuǎn)速及其花鍵齒的圓周速度v3和v4都在逐步降低。但是，變速器上處于空擋，接合套3和齒輪4間沒(méi)有聯(lián)系，v3和v4下降的快慢有所不同，接合套3因與整個(gè)汽車聯(lián)系在一起，慣性而齒輪4只與中間軸及其齒輪、第一軸和離合器從動(dòng)盤(pán)相聯(lián)系，慣性很小，故v4下降較快。這樣，雖然v4原先大于v3，但由于下降的比v3快，故在變速器推入空擋以后的某個(gè)時(shí)刻，必然會(huì)有v3=v4（同步）的情況出現(xiàn)，而過(guò)此時(shí)刻，又將出現(xiàn)v4<v3的情況。所以，最好是恰在v3=v4的時(shí)刻時(shí)接合套右移而掛入五擋。若與齒輪4相聯(lián)系的一系列零件的慣性越小，則v4下降的越快，而同步情況出現(xiàn)的越早，并且在同樣速度差的情況下，齒的沖擊這就是第十四章中提出的，要求離合器從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量盡可能及剛從五擋推入空擋時(shí)，接合套3與齒輪4的花鍵齒圓周速度相同，即v3=v4，同時(shí)v4>v2，故v3>v2。但是退入空擋后，由于v2下降的比v3快，根本不可能出現(xiàn)v3=v2相反，停留在空擋的時(shí)間越久，二者的差值將越大。和第一軸一同加速到第一軸即齒輪2的轉(zhuǎn)速，該轉(zhuǎn)速高于接合套轉(zhuǎn)速，即v2>v3，然后在分離離合器，等待片刻，到v2=v3時(shí)，即上述相鄰擋位相互轉(zhuǎn)換時(shí)所應(yīng)采取的不同操縱步驟，雖然只舉接合套換擋為例，但同樣是用于移動(dòng)齒輪換擋的情況，因?yàn)樗罁?jù)由此可見(jiàn)，欲使一般變速器換擋時(shí)不產(chǎn)生輪齒或花鍵齒間的沖擊，需要進(jìn)行較復(fù)雜的操作，并應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)迅速而準(zhǔn)確地完成。因此，要求在變速器結(jié)構(gòu)上采取措施，既保證掛擋平順又使操作簡(jiǎn)化，減輕駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度。同步其實(shí)在結(jié)合討還當(dāng)機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其中處有錢藝術(shù)機(jī)的接合套花鍵轂對(duì)應(yīng)齒輪上的接合齒圈外，還增設(shè)了使接合套與對(duì)應(yīng)接合齒圈的圓周速度迅速達(dá)到并保持一致（同步）的機(jī)構(gòu)，以及阻止兩者在達(dá)到同步之前接合以防止沖擊的結(jié)構(gòu)。同步器有常壓式慣性式自行增壓式等種類。1、常壓式同步器圖15-10所示為裝有常壓式同步器的變速器。第一軸齒輪與空套在第二軸5上的齒輪4之間裝有花鍵轂1?；ㄦI轂以其內(nèi)外花鍵分別與第二軸和接合套3作滑動(dòng)連接。向左或向右撥動(dòng)接合套，其內(nèi)花鍵齒圈可與齒輪2或齒輪4的接合齒圈接合,即掛上直接擋或第二擋。在齒輪2與4接合齒圈相對(duì)的一側(cè)均有一個(gè)外錐面，相應(yīng)的在花鍵在花鍵轂的徑向孔內(nèi)，裝有定位銷6，它借彈簧的壓力嵌入在接合圖15-10a—c所視為掛直接擋過(guò)程中同步器的工作示意圖。圖15-10a所視為接合套在空擋位置。掛直接擋時(shí)，向左撥動(dòng)接合套，通過(guò)定位銷帶動(dòng)花鍵轂1一同左移。由于接合套與花鍵轂之間有彈簧頂住的定位銷6，若駕駛員作用在接合套上的力不大，則定位銷便阻止接合套在花鍵轂停止不動(dòng)的情況下繼續(xù)向左移動(dòng)，此時(shí)的位置如圖15-10b所示。兩錐面在駕駛員通過(guò)操縱機(jī)構(gòu)加于接合套和花鍵轂上的力的作用齒輪2與花鍵轂存在轉(zhuǎn)速差，因而兩錐面一經(jīng)接觸，便產(chǎn)生摩擦作這種摩擦作用促使第一軸齒輪的轉(zhuǎn)速降低到與花鍵轂的轉(zhuǎn)速（亦即接合套的轉(zhuǎn)速）相等，因而二者花鍵齒的圓周轉(zhuǎn)速相等（同此時(shí)，駕駛員繼續(xù)增大加于接合套上的推力，使接合套克服彈簧力壓下定位銷6而相對(duì)花鍵轂繼續(xù)左移，其內(nèi)花鍵齒圈便于齒輪2的接合齒圈接合，即掛入直接擋，如圖15-10c所示。過(guò)程上的區(qū)別，主要在于前者的摩擦作用能使需接合的兩花鍵齒圈迅速達(dá)到并保持同步，并且由于帶彈簧的定位銷6對(duì)接合套的阻力，使兩齒圈在達(dá)到同步之前暫不接合。但在這種同步器中對(duì)接合套的軸向阻力是由彈簧壓力造成的，故其大小有限（“常壓式”的名稱即由此而得）。如過(guò)駕駛員用力過(guò)猛，則可能在未達(dá)到同步前，接合套便克服彈2、慣性同步器慣性同步器與常壓式同步器一樣，都是依靠摩擦作用實(shí)現(xiàn)同步的。但它可以從結(jié)構(gòu)上保證接合套與待接合的花鍵齒圈在達(dá)到同步之前不可能接觸，以避免齒間沖擊和發(fā)生噪聲。轎車和輕中型貨車廣泛采用鎖環(huán)式慣性同步器，其結(jié)構(gòu)和工作原理可以解放CA1091中型載貨汽車六擋變速器中的五六擋同步器該同步器構(gòu)造如圖15-11所示。同步器花鍵轂15的內(nèi)花鍵與軸上的外花鍵配合，用卡環(huán)18軸向同步器接合套7的內(nèi)花鍵齒與花鍵轂15的外花鍵齒滑動(dòng)配合，接在花鍵轂兩端與齒圈3和9之間，各有一個(gè)青銅制成的鎖環(huán)（同步器）4和8，鎖環(huán)上有斷續(xù)的短花鍵齒圈圖15-11b，花鍵齒的斷面齒廓尺寸即齒數(shù)與齒圈3、9及花鍵轂的外花鍵齒均相同。兩個(gè)鎖環(huán)上的花鍵齒，在對(duì)著接合套的一端都有倒角（稱鎖止角），且與接合套齒端的倒角相同。鎖環(huán)具有與齒圈上的錐形面錐度相同的內(nèi)錐面，錐面上制出細(xì)牙三個(gè)滑塊5分別嵌合在花鍵轂的三個(gè)軸向槽b內(nèi)，并可沿軸向滑動(dòng)。定位銷壓向接合套，使定位銷端部的球面正好嵌在接合套中部的滑塊5的兩端深入鎖環(huán)的三個(gè)缺口c中，鎖環(huán)的三個(gè)凸起部d分別伸入花鍵轂的三個(gè)通槽e中，只有當(dāng)凸起部d位于通槽e的中央時(shí)，圖15-12所使為變速器由五擋掛入六擋時(shí)，該同步器的工作過(guò)程。當(dāng)接合套剛從五擋退到空擋時(shí)（圖15-12a），齒圈3和接合套7（連同鎖環(huán)）都在其本身及其所聯(lián)系的一系列運(yùn)動(dòng)件的慣性作用設(shè)它們的轉(zhuǎn)速分別為n3、n7和n4，則此時(shí)n4=n7,n3>n7，即鎖環(huán)4在軸向是自由的，故其內(nèi)錐面與齒圈3的外錐面并不接觸。若要掛入六擋，可通過(guò)五六擋撥叉撥動(dòng)接合套7，并通過(guò)定位銷6當(dāng)滑塊左端面與鎖環(huán)4的缺口c（圖15-11b）端面接觸時(shí)，便推動(dòng)鎖環(huán)移向齒圈3，使具有轉(zhuǎn)速差（n3>n4）的兩錐面一經(jīng)接觸便產(chǎn)生摩擦作用（圖15-12b）。齒圈3通過(guò)摩擦作用帶動(dòng)鎖環(huán)相對(duì)于接合套超前轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，直到鎖環(huán)的凸起部d與花鍵轂15通槽e的另一側(cè)面接觸時(shí)，鎖環(huán)便此時(shí)，接合套的齒與鎖環(huán)的齒，較鎖環(huán)的凸起部d位于花鍵轂的通槽中央時(shí)錯(cuò)開(kāi)了約半個(gè)齒厚，從而使接合套的齒端倒角與鎖環(huán)相應(yīng)的齒端倒角正好互相抵觸而不能進(jìn)入嚙合。圈與鎖環(huán)的齒圈接合上，必須使鎖環(huán)相對(duì)于接合套后退一個(gè)角度。由于駕駛員始終對(duì)于接合套施加一個(gè)軸向力，使接合套齒端倒角加緊鎖環(huán)齒端倒角，于是在鎖環(huán)的鎖止角斜面上作用有法向壓力力FN可分解為軸向力F1和切向力F2。切向力F2所形成的力矩試圖使鎖環(huán)相對(duì)于接合套向后退轉(zhuǎn)，稱為軸向力F1則使鎖環(huán)4與齒圈3的錐面產(chǎn)生摩擦力矩，使二者轉(zhuǎn)速n3和n4迅速接近，并且實(shí)際上可認(rèn)為n4不變，只是n3趨近于n4。動(dòng)慣量很小，速度降低較前者快得多。因?yàn)辇X圈3是減速旋轉(zhuǎn)，根據(jù)慣性原理，所產(chǎn)生慣性力矩的方向與此慣性力矩通過(guò)摩擦錐面作用到鎖環(huán)上，阻止鎖環(huán)相對(duì)于接合套亦即在鎖環(huán)上作用這兩個(gè)方向相反的力矩：其一為切向力F2形成的力圖使鎖環(huán)相對(duì)于接合套向后推轉(zhuǎn)的撥環(huán)力矩M2；另一個(gè)為摩擦錐面上阻止鎖環(huán)向后退轉(zhuǎn)的慣性力矩。在n3尚未等于n4之前，兩個(gè)錐面間磨擦力矩的數(shù)值與齒圈3的慣便二者進(jìn)入接合；若M2<M1，則二者不可能進(jìn)入接合。摩擦力矩M1與軸向力F1的垂直與摩擦錐面的分力成正比，而M2F1和F2都是切向力FN的分力，二者的比值取決于花鍵齒鎖止角因此，在設(shè)計(jì)同步器時(shí)，適當(dāng)?shù)剡x擇鎖止角和摩擦錐面的錐角，便能保證在達(dá)到同步（n3=n4）之前，齒圈3施加在鎖換4上的慣性力矩M1總是大于切向力F2形成的撥環(huán)力矩M2，因而不論駕駛員通過(guò)操縱機(jī)構(gòu)加在接合套上的軸向推力有多大，結(jié)合套齒端與鎖環(huán)齒端總互向抵觸而不能接合。這說(shuō)明鎖環(huán)4對(duì)接合套的鎖止作用是齒圈3的慣性力矩造成的，而不像常壓式同步器那樣由定位銷的彈力造成，此即“慣性式”名只要駕駛員繼續(xù)加力于接合套上，摩擦作用就迅速使齒圈3的轉(zhuǎn)速降到與鎖環(huán)4的轉(zhuǎn)速相同，保持同步旋轉(zhuǎn)，即齒圈3相對(duì)于鎖環(huán)的轉(zhuǎn)速和角減速度均為零，于是其慣性力矩變消失。但由于軸向力F1的作用，兩個(gè)摩擦錐面還是緊密結(jié)合著的，因而此時(shí)切向力F2形成的撥環(huán)力矩變使鎖環(huán)連同齒圈3及與之相連的所有零件一起相對(duì)于接合套向后退轉(zhuǎn)一個(gè)角度，使鎖環(huán)凸起部由一道花鍵轂的通槽中央，兩個(gè)花鍵齒端不再抵觸。此時(shí)接合套壓下定位銷繼續(xù)左移，而與鎖環(huán)的花鍵齒圈進(jìn)入接合），接合套與鎖環(huán)接合后，軸向力F1不再存在，錐面間的摩擦力矩也齒圈3及其相連零件相對(duì)于鎖環(huán)及接合套轉(zhuǎn)過(guò)一與齒圈3進(jìn)入接合（圖15-12d），從而最后完成換擋（由低速擋換考慮結(jié)構(gòu)布置上的合理性緊湊性及錐面間產(chǎn)生的摩擦力巨大等因素，鎖環(huán)式同步器多用于轎車和輕型貨車上；但近年來(lái)在中型貨車變速器的中高擋中也開(kāi)始被采用（上述變速器即為此例）。銷式同步器不僅使齒輪的結(jié)構(gòu)行駛合理，而且還可在摩擦錐面間產(chǎn)生較大的摩擦力矩，縮短了同步時(shí)間?，F(xiàn)以東風(fēng)EQ1090E型汽車五擋變速器中所用的鎖銷式同步器的四五擋同步器為例，說(shuō)明其結(jié)構(gòu)及工作原理（圖15-13）。兩個(gè)內(nèi)由錐面的摩擦錐盤(pán)2分別固定在帶有外花鍵齒輪的挾持齒輪與之相配合的兩個(gè)有外錐面的摩擦錐環(huán)3，通過(guò)三個(gè)定位銷4與接鎖銷8與定位銷4在同一圓周上相互間隔的均勻分布。與接合套凸緣上相應(yīng)的銷孔的內(nèi)徑相等，其中部直徑則小于孔徑。只有在鎖銷和接合套孔對(duì)中時(shí)，接合套方能沿鎖銷軸向移動(dòng)。鎖銷8中部和接合套5上相應(yīng)的鎖孔兩端有角度相同的倒角------在接合套上的定位銷空中部鉆有斜孔，內(nèi)裝彈簧11，把鋼球10頂鎖銷式同步器的工作原理與上述鎖環(huán)式慣性同步器基本相同。在由四擋換入五擋時(shí)，接合套5受到撥叉的軸向推力作用，通過(guò)鋼球10和定位銷4帶動(dòng)摩擦錐換3向左移動(dòng)，使之與對(duì)應(yīng)的摩擦錐盤(pán)具有轉(zhuǎn)速差的摩擦錐環(huán)與摩擦錐盤(pán)一經(jīng)接觸，靠接觸面的摩擦使錐環(huán)連同鎖銷一起相對(duì)接合套轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，因而鎖銷8的軸線相對(duì)接合套上銷孔的軸線偏移，于是鎖銷中部倒角與鎖孔端的倒角互相抵觸，以阻止接合套繼續(xù)前移。此時(shí)，鎖止面上法向壓緊力的軸向分力作用在錐盤(pán)上并使之與錐盤(pán)壓緊，因而接合套與帶接合的花鍵齒圈迅速達(dá)到同步。銷上的切向分力才能通過(guò)鎖銷使摩擦錐環(huán)3，摩擦錐盤(pán)2和齒輪一同相對(duì)接合套轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，使鎖銷重新與銷孔對(duì)中。與齒輪1的花鍵齒圈接合，實(shí)現(xiàn)掛擋。3、自行增力式同步器這種同步器與常壓式和慣性式同步器一樣，也是利用摩擦原理實(shí)現(xiàn)同步，主要區(qū)別在于同步環(huán)產(chǎn)生的摩擦力矩由于同步環(huán)內(nèi)的彈圖15-14所示為波爾舍自行增力式同步器。接合套與轂一起轉(zhuǎn)動(dòng)，并可相對(duì)于轂軸向移動(dòng)。接合齒圈3與常嚙齒輪固定連接。彈性的開(kāi)口同步環(huán)4滑塊5支承塊6及兩個(gè)彈簧片7均裝在接合齒滑塊5的凸起部插于同步環(huán)的開(kāi)口出，處于空擋時(shí)兩側(cè)有間隙，同步環(huán)外表面沿軸向兩端制出外錐面，而接合齒圈和接合套的兩側(cè)齒端也制出與其配合的內(nèi)錐面。欲使變速器有高擋換入低擋，需首先將接合套自控?fù)跷恢茫▓D15-15a）向右移動(dòng)，因?yàn)殚_(kāi)口的同步環(huán)外徑稍大于接合套右側(cè)齒端環(huán)轉(zhuǎn)速，故二者一經(jīng)接觸便產(chǎn)生摩擦，同步過(guò)程開(kāi)始（圖15-在摩擦力作用下，接合套帶動(dòng)同步環(huán)順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使同步環(huán)開(kāi)口的左端頂住滑塊5凸起的左側(cè)，推動(dòng)滑塊旋轉(zhuǎn)并將右彈簧片7壓在同步環(huán)的表面上。這時(shí)，支承塊6成為支點(diǎn)（圖15-14）。力矩便得到增強(qiáng)，繼而彈簧片的徑向力又進(jìn)一步增大。這樣，增大了的摩擦力矩使接合齒圈的轉(zhuǎn)速上升直至達(dá)到同步。因此，這種同步器是借助于彈