机械式变速器同步器换挡性能的分析刘磊1

机械式变速器同步器换挡性能的分析刘磊1
发布时间：2021-09-02T07:24:30.682Z 来源：《中国科技人才》2021年第17期作者：刘磊1 石磊2
[导读] 伴随着人们生活水平的逐渐提升，对汽车此类的代步工具提出了更多的需求，并且对汽车的驾驶舒适度和操控稳定性能也提出了更多的要求。

同步器是变速器中的重要部件，能够降低变速器换挡时的花键冲击，提升驾驶员的换挡效率。

因而，如何提高同步器的舒适度和性能变成变速箱同步器探讨的侧重点。

刘磊1 石磊2
1.浙江吉利新能源商用车集团有限公司浙江省杭州市萧山区 310000；
2.浙江吉利新能源商用车集团有限公司浙江省杭州市萧山区 310000
摘要：伴随着人们生活水平的逐渐提升，对汽车此类的代步工具提出了更多的需求，并且对汽车的驾驶舒适度和操控稳定性能也提出了更多的要求。

同步器是变速器中的重要部件，能够降低变速器换挡时的花键冲击，提升驾驶员的换挡效率。

因而，如何提高同步器的舒适度和性能变成变速箱同步器探讨的侧重点。

关键词：机械式变速器；同步器；换挡性能
引言
现阶段，机械变速器在我们国家变速器行业市场中仍占有重要的地位，其换挡性能指标可以直接影响到整车的驱动力、燃油经济性和司机的舒适度，这就对变速器的换挡功能做出了更高的要求，而变速器中的同步器能够合理有效提升齿轮传动系统的使用寿命，提升换挡时的平稳性和舒适性。

1 机械式变速器概述
机械变速器即手动换挡式变速器，在机械式变速器的汽车中，如果驾驶员想要改变速度，改变传动轴的旋转角速度和车轴半轴的旋转角速度之间的比值，他需要手动操纵变速杆的每个档位。

机械传动装置一般在五个档位，每个档位都有固定的速比，所以也叫定速比变速器。

机械式变速器的主要作用是改变传动比，增加或降低扭矩和速度的幅度，保证汽车发动机的工作稳定性。

在发动机曲轴旋转方向不变的情况下，可以通过变速器来实现汽车的前进或倒退。

2 同步器换挡性能研究
为了保证变速器的质量，增强其市场竞争力，国内厂商加大了对同步器的研究力度，国内外很多厂商都在积极研究同步器的性能，包括仿真研究和同步器换挡试验台。

与国外相比，我国的同步器研究相对起步较晚，很多技术都是从国外引进的。

但随着近年来国内汽车变速器产业的蓬勃发展，带动了一些高校和学者开始同步器研究，取得了很大的成果。

同时同步器的测试也是在同步器研究和开发中的重要一环，通过尽可能的模拟整车行驶状态，使同步器的性能测试更加接近整车使用需求，为同步器性能开发的准确性提供更有利的保证。

3 同步器的结构和工作原理分析
目前在机械式手动变速器中，为了使换挡响应快速无冲击，提高汽车的动力性能和驾驶舒适性，几乎所有汽车都采用同步器。

变速箱经历了常压同步器、惯性同步器等几种类型。

从早期的两针同步器到后期的同步器。

现在的传动同步器大多采用惯性同步器。

因为它可以保证变速器换挡时目标齿轮的转速和齿轮套的转速不同步，从而避免花键冲击，所以在汽车变速箱中得到了广泛的应用。

通过一个惯性同步装置的实例，分析了其工作原理。

由于惯性式同步器在输入输出端同步时，同步环上的换挡环扭矩小于摩擦扭矩，因此，在输入输出端，齿轮套上的换挡环扭矩小于齿轮套的锁止面与同步环的锁止面同步时的摩擦力。

对于换挡性能的计算，主要依据以下公式进行计算：
式中：Mc代表同步转矩；f代表同步环上的轴向力；μ c代表同步环的摩擦锥和摩擦锥之间的摩擦系数；Rc表示同步环锥面的半径；Mg 代表同步环锥面的半径；Mg代表转动惯量；Jw代表输出端的转动惯量；△表示齿轮套锁紧面与同步环之间的速度差；t表示齿轮套的花键与同步环之间的同步时间；Mz代表阻力矩。

4 同步器工作中的异常情况
使用中的主要异常情况是啮合不同步、摩擦锥锁死、换挡困难、换挡慢、换挡力过大或过小。

不同步的主要原因是在实现同步之前发生啮合，使换挡更加困难。

造成这种现象的主要原因有如下几方面：第一是同步器锁止角和摩擦锥角的设计不合理，使锁止角失去锁紧效
果；第二是同步器端面装配间隙不够；第三是同步器输入端的转动惯量太大，导致啮合不同步。

通过分析发现，如果同步器锁止角因设计不当而失效，在同步前会越过同步环与齿轮啮合，从而产生冲击力和噪音，但换挡工作仍可完成。

当间隙过大时，同步环器齿套推动同步环沿轴向移动。

然而，由于间隙过大，同步环不能与结合齿锥面有效摩擦，达到同步效果，导致同步环功能失效。

但由于换挡力的作用，齿套仍在轴向移动齿套与结合齿结合，会产生打齿，导致同步功能失效。

同步器在换挡过程中，如果换挡和速差过大，会增加同步器环的磨损，同步器也会因为同步环的磨损而失效。

由于第一齿轮的速度差比较大，同步环使用一段时间后磨损，导致齿锥间隙增大，配合间隙相对减小。

虽然此时润滑油可以获得一定的摩擦力，但没有同步作用。

5 惯性式同步器换挡过程
换挡过程分为六个阶段：预同步、同步、同步环转动、自由运动、连接阶段和换挡阶段。

换挡前，由于上系列弹性元件使齿套、换挡拨叉等换挡部件在空档位置换挡，操作手的力作用在操作手柄上，通过一系列外部换挡机构和拉线消除相关间隙，并将力传递给换挡拨叉，换挡拨叉再将力传递给齿套。

作用于齿套的滑块通过一系列外部换挡机构和拉线消除相关间隙，然后将力传递给齿轮套。

随着驱动力的增加，两个摩擦面之间的摩擦加剧。

当两个速度同步时，摩擦力矩消失，同步环转动一个角度，同步环与同步环啮合，齿套越过同步环，继续轴向移动，与从动齿轮上的结合齿啮合，最终完成换挡。

惯性同步器主要有三种功能机制，分别是定位功能锁定功能和同步功能机制。

同步装置的定位机构主要是指钢球槽和齿套上的滑块和弹簧，主要在预同步过程中起作用。

锁紧机构主要指锁紧角度和同步环的锁紧角度，主要在锁紧过程中起作用。

同步机构主要由同步环的摩擦锥和从动齿轮的摩擦锥组成，主要在同步过程中起同步作用，是决定同步器性能的好坏关键因素之一。

结束语
同步器是汽车传动系统中的关键部件。

同步器身为变速器中的核心部件，能够规避换挡环节中花键的冲击，提升驾驶者的换挡效率和齿轮使用寿命。

鉴于其使用性能可以直接影响到整车的车辆安全性能和驾驶使用性能，因此有必要对其进行深入研究，以提高其舒适性及可靠性。

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