简析同步器齿套倒锥及梅角

简析同步器齿套倒锥及梅角

关键词：同步器；齿套倒锥；梅角；专用检具一、同步器齿套倒锥和梅角在设计及制造中的难点

同步器是变速箱中一个复杂关键的部件，齿套又是同步器中一个复杂关键的部件，而梅角和倒锥工艺又是齿套的一个复杂关键的工艺程序。在汽车换档的时候，当顺利取得同步时，齿套的梅角面与结合齿的梅角面接触，然后顺利滑入，又利用倒锥防止跳档，所以梅角和倒锥的任何一点形状与结构的改变，都会使换档时的手感及换档的稳定性产生变化，可见齿套梅角及倒锥的设计与制造关系到换档操作时的手感的舒适性和换档的稳定性，是作为一款变速箱是否具有优秀性能的一项关键技术。

而齿套梅角和倒锥的复杂性在于，梅角加工时同齿套内花键渐开线齿的倒锥面产生的交汇线，涉及复杂的三维建模，另外，作为薄壁件的齿套在机加工特别是热处理后会产生各种形式的变形，影响尺寸的控制，这些都给齿套梅角的设计和加工带来了困难。

二、不同时期的同步器齿套倒锥及梅角设计及检测方法的不同

在早期德系家桥桑塔纳同步器齿套的倒锥和梅角的设计图纸中，倒锥的深度尺寸采用的是标注齿厚的减薄的方法，而梅角深度的标注是中间的棱宽。如图l 检测倒锥深度采用与校对件比对的方法，利用上下两个球头，上面球头同正常齿两齿侧接触，使工件定中心，下面球头同倒锥齿单面齿侧接触，测出同校对件的偏移量即齿厚的减薄量。梅角深度则采用目测棱宽的方法。稍后的美系通用家桥同步器齿套的倒锥深度的标注的是M值，梅角深度除标注棱宽宽度外，还增加了梅角起始圆半径的最大值和最小值，如图2所示。

倒锥深度采用轴向一定位置处测量跨棒距即M值的方法，梅角深度虽然在目测棱宽的基础上增加了梅角起始半径，但在实际生产中，没有适合大批量生产的测量方法，梅角深度也只是采用目测棱宽的办法。

在我厂最近试制的一款同步器齿套中，在Beta阶段产品图给出的梅角和倒锥尺寸除常规的角度外，倒锥的深度也同样采用M值控制，但是测量M值的点不是同以往比较成熟的即采用距平面处一定距离作为测量点，而是倒锥与梅角的交汇点作为M值的测量点。这种设计完全从使用角度出发，因为齿套梅角和倒锥的交汇点正是换档时最为敏感的关键点，关系到换档的行程。但这种设计给加工及测量带来了极大的难度。

首先，这一交汇点不是定点，交汇点与倒锥和梅角的深浅，以及倒锥和梅角的角度都有关，所以常规的在轴向上一定距离使用球头测量M值的检具不可用。

另外交汇点在梅角时形成，前道工序倒锥的尺寸控制需要根据梅角工艺形成的交汇点作出调整。

为了能够测量交汇点M值，针对交汇点不确定的问题，我们把测量球头用量替代，这样在轴向距离上即使有变动，垂直的量棒也能够测量M值。

为了达到合理的加工工艺，需把交汇点的M值换算至轴向一定点的M值，即给出加工倒锥工艺时的M值，以控制倒锥的深浅。

换算时应首先设定距孔孔口轴向距离1.5处为测量M值定点，根据交汇点M 值，可以得到交汇点分度圆处齿槽宽El(为简化计算假设测量圆柱与内花键齿接触点位于分度圆处)，从而推算出倒锥测量点处齿宽E2’，得出倒锥M值，理论计算如下：

分度圆交点处齿宽：

E1’=P-E1

梅角深度：

如以上公式可以看出，交汇点的M值，受到倒锥M值和角度，以及梅角的角度变化的影响，其中倒锥角度和倒锥深度即倒锥M值的变化尤为敏感，通过公差压缩，即可控制梅角后交汇点的M值。

但理论值的计算是在假定的特定状态下得出的，实际制造时，齿套变形或交汇点处的毛刺飞边都会带来及大的误差，通过前道倒锥的工序来控制梅角后才形成的尺寸，常常会失之毫厘而差至千里。所以在实际试制过程中，我们首先积累大量测量的经验值来验证理论值，并且作出调整，通过实际测量的对比，计算得出的理论值与实际测量值是非常接近的。

可见，产品图标注倒锥与梅角交汇点M值的设计方法，给零件的制造带来的困难，而且公差尺寸也很难控制。

在产品Gamma阶段，产品图的这一尺寸标注有所改进，根据我们的建议，倒锥M值的标注选择了距孔口轴向1.5mm处的位置，并增加了梅角深度尺寸。从图纸设计上可以看出，设计者仍然非常注重倒锥与梅角交汇点的控制，不过将倒锥与梅角分别用尺寸控制，从而增强了零件的工艺性。如图4所示：

但新增加的梅角深度尺寸存在检测的问题，为此我们新增了专用检具。如图5、图6所示：

但这一尺寸仍旧存在问题，因为两面梅角的角度和深度在实际制造中存在一定差异，检具测头不可能同时与梅角面接触，另外，梅角面是否垂直齿套的轴向面还是与轴向面存在一个夹角都会使测量头与梅角面的接触点有很大的不同，如果存在夹角的话，测量头实际与梅角面接触只是一个点。所以，检具的重复精度与测量头的制造精度有很大的关系，这也是深度检具的设计与制造的难

点。

三、不同标注和检测方法的优点和存在的问题

现在变速器在不断追求小型化和舒适性，这也使齿套的设计也趋向精巧，重量不断减轻，精度也不断提高，在几代同步器齿套的倒锥和梅角的图纸设计的不同中，我们可以看出这种变化。在早期桑塔纳同步器齿套中，采用齿厚减薄的方法测量倒锥深度，虽然直观符合制造原理，但利用齿厚控制，误差数量级比较大，测量不够精确。而梅角深度采用目测控制，同样也存在不够精确的问题。

后来通用家桥同步器齿套中，用M值控制倒锥深度，相对齿厚控制来说测量精确、简便。但梅角仍靠目测控制，仍存在梅角深浅差异较大的问题。

最新的试制产品，增加了梅角深度尺寸，并增加了检具，虽然仍有需要改进的地方，但相对来说对于梅角深度的控制精度会有很大的提高。