汽车变速器倒挡及倒挡同步器结构原理分析_刘祥环

齿环杠杆的端部将卡在５挡同步器齿套的凹槽中。
图 ５ 杠 杆 同 步 器 总 成 爆 炸 视 图
６６ 《湖北农机化》２０１２年第４期
图 ７ 杠 杆 同 步 器 空 挡 时 的 工 作 原 理
开发与研究
（２）开 始 同 步 时 的 动 作 原 理 。 如 图 ８ 所 示 ，换 倒 挡 动
图 １ 变 速 器 结 构 总 成 图 １—惰轮 前 衬 垫；２—倒 挡 拔 叉；３—驱 动 销；４—惰 轮；５—输 入 轴 倒 挡 齿；６—惰轮后衬垫；７—惰 轮 轴；８—锁 止 螺 钉；９—输 入 轴；１０—五 倒 挡 同 步 器 总 成 ；１１— 输 出 轴 ；１２— 一 二 挡 齿 套 （倒 挡 从 动 齿 轮 ）
图 ３ 直 齿 输 入 轴 非 常 啮 合 式 结 构 图
《湖 北 农 机 化 》２０１２ 年 第 ４ 期 ６ ５
开发与研究
特点：惰轮同 时 要 与 输 入 轴 倒 挡 齿 和 输 出 轴 一 二 挡 齿套啮合，挂倒 挡 的 阻 力 较 大，同 时 会 出 现 两 段 感；怠 速 时 惰 轮 不 参 与 啮 合 ，怠 速 噪 音 较 低 。
手 动 变 速 器 的 操 纵 乐 趣 ；汽 车 从 静 止 开 始 加 速 时 ，自 动 变 速 器起步加速度远低于手动变速器。特别是在油价高速上涨 的 今 天 ，自 动 变 速 器 仍 然 无 法 达 到 手 动 变 速 器 的 经 济 油 耗 ； 手动变速器的制造、维修成本、故障率也远远低于自动变速 器。结构紧凑、性能高、成本低及易于普及的杠杆同步倒挡 机构仍代表了手 动 变 速 器 新 技 术 研 发 和 应 用 的 方 向。 因 此 ，世 界 上 随 着 粉 末 冶 金 技 术 和 精 密 冲 压 技 术 在 该 领 域 研 发 上 的 大 力 投 入 ，未 来 手 动 变 速 器 的 换 挡 性 能 和 制 造 成 本 将得到极大的提高和改善。
斜齿常啮合同步器是解决倒挡打齿和怠速噪音大而 开发出的新型结构，由于带有同步器，输入轴在没有完全静 止时，通过同步器带动输入轴与输出轴同步静止，从而解决 了 打 齿 问 题 ，由 于 常 啮 合 惰 轮 是 斜 齿 轮 ，重 合 度 大 ，怠 速 噪 音低。但增加了同步器结构后，成本大大提高了。
３．２．１ 杠 杆 同 步 器 结 构 及 特 点 杠杆同步机构一般由５挡同步器齿套、５ 挡 同步 器齿
图 ６ 杠 杆 同 步 器 结 构 说 明 示 意 图
１— 同 步 器 齿 套 ；２— 同 步 器 齿 毂 ；３— 杠 杆 ； ４— 同 步 环 ；５— 五 挡 同 步 锥 ；６— 五 挡 主 动 齿 轮
杠
杆
效
果
换
挡
力
：Ｆ１ Ｆ２
＝ＡＢ
式 中 ：Ｆ１— 同 步 器 齿 套 传 来 的 换 挡 力 ；
开发与研究
汽车变速器倒挡及倒挡同步器结构原理分析
株洲齿轮有限责任公司 刘祥环 潘晓东
摘 要 ：汽 车 变 速 器 的 倒 挡 及 倒 挡 同 步 器 结 构 直 接 影 响 变速器强度、换挡性能（锁止率高，打齿异响等）、噪音，也直 接影响变速器的性能评价试验，如静扭、换挡性能、噪音、疲 劳耐久等。文章介绍了国内外几种常见的倒挡及倒挡同步 器结构，如惰轮滑动式、常啮合同步器、杠杆同步器等，重点 对 杠 杆 同 步 器 工 作 原 理 进 行 了 分 析 ，杠 杆 同 步 器 在 换 倒 挡 时换挡力作用在５挡同步器齿套上，利用杠杆原理，以同步 器 齿 毂 为 支 点 ，通 过 杠 杆 齿 环 反 作 用 在 ５ 挡 同 步 器 齿 环 锥 面 上 ，从 而 达 到 制 动 输 入 轴 倒 挡 齿 轮 顺 畅 换 挡 的 目 的 。 对 比各结构的优缺点，５／Ｒ 挡杠杆同步器代表了国内自主品 牌变速器新技术研发和应用的方向。
国 专 利 ：２００７２０１１６７７０．８，２００８－１０－１５． ［４］Ｂｙｏｎｇ－Ｈｙｕｎ Ｌｅｅ，Ｋｕｎｐ’ｏ，Ｒｅｐ．ｏｆ Ｋｏｒｅａ．Ｒｅ－
由于环境恶化、油价上涨等客观因素影响，使轿车对排 放和油耗的要求越来越高，这些要求将在发动机、尾气处理 系统和变速器上体现，其特点将是高效、清洁、操纵方便、低 成 本 、低 维 护 费 用 。 变 速 器 作 为 汽 车 中 继 发 动 机 之 后 的 第 二 大 核 心 零 部 件 ，用 户 对 变 速 器 的 行 驶 操 纵 安 全 性 和 舒 适
使用要求，目 前 绝 大 部 分 手 动 变 速 器 前 进 挡 均 设 计 有 同 步机构，但倒挡一般未采用 同 步 机 构，因 此 在 踩 下 离 合 器 踏板、切断发动机传递来的 动 力 后，由 于 变 速 器 自 身 的 惯 性，变速器输 入 轴 等 零 部 件 仍 要 旋 转，而 此 时 换 入 倒 挡， 旋转的输入轴倒挡齿轮与静止的倒挡惰轮因为没有同步 旋转，极 有 可 能 发 生 打 齿 和 齿 轮 异 响 等 问 题。 我 公 司 ５Ｔ１５Ｃ、５Ｔ１８Ｈ 变速箱采用杠杆同步机构，该机构可有效 地避免这类问题的发生。
向 旋 转 ，由 于 ５ 挡 同 步 器 齿 毂 和 输 入 轴 是 通 过 花 键 连 接 ，而
齿套、５挡同步器齿环杠杆和齿环在旋转方向和 ５ 挡同步
器 齿 毂 是 一 个 整 体 ，故 他 们 也 会 随 输 入 轴 旋 转 。 这 样 在 离
心 力 的 作 用 下 ，５ 挡 同 步 器 齿 环 杠 杆 将 会 向 圆 周 方 向 移 动 ，
步器齿 环 杠 杆 以 ５ 挡 同 步 器 毂 为 支 点，推 动 ５ 挡 同 步 器 齿环杠杆的杠杆部向箭头 Ｂ方向运动。接着５挡同步器 齿环杠杆 推 动 ５ 挡 同 步 器 齿 环Байду номын сангаас移 动，致 使 ５ 挡 同 步 器 齿 环同 ５ 挡 同 步 锥 锥 面 接 触，接 触 后 两 锥 面 之 间 会 产 生 摩
Ｆ２— 杠 杆 传 递 给 同 步 器 齿 环 的 换 挡 力 。
３．２．２ 应 用 范 围 ５／Ｒ 挡 同 步 器 株 齿 公 司 申 请 了 该 技 术 的 专 利，专 利
号为 ２００８２０１５８９７９．５。主 要 应 用 在 国 内 自 主 品 牌 车，如
奇瑞 Ａ３、Ａ５、海马福美莱三代、东南 Ｖ３菱锐等车型上。
Ｒｃ—输入轴 ５ 挡齿轮的工作半径，ｍ； θ—输入轴 ５ 挡齿轮锥面的锥角。 因为Ｌ 为 Ａ／Ｂ 的比值，一般大于 １．４，因此作用在齿轮 锥面的同步转矩要大于一般同步器齿环结构的同步转矩。
４ 结 论 虽然变速器的前端研发主要集中在 ＣＶＴ、ＤＣＴ、ＡＴ 等
结 构 的 自 动 变 速 器 上 ，但 手 动 变 速 器 目 前 仍 占 有 较 大 的 市
图 ２ 直 齿 常 啮 合 式 结 构 图
特点：挂倒挡 锁 止 率 低，容 易 入 挡；怠 速 时 惰 轮 为 常 啮 合 式 ，怠 速 噪 音 较 高 。 ２．１．２ 直 齿 输 入 轴 非 常 啮 合 式
直齿非常啮合式结构为倒挡惰轮与输入轴倒挡齿在 空档位置时没有进行啮合，结 构 见 图 ３ 所 示。 挂 倒 挡 时， 惰轮先与输入轴倒挡齿啮 合，再 与 一 二 挡 齿 套 啮 合，实 现 扭矩反方向输出。
惰轮滑动式分直齿常啮合式和直齿非常啮合式。 ２．１．１ 直 齿 输 入 轴 常 啮 合 式
直齿常啮合式结构为倒挡惰轮与输入轴倒挡齿在空 挡位置时也进行啮合，结构 见 图 ２ 所 示。 挂 倒 挡 时，倒 挡 拨叉带动驱动销，驱动销带动 惰 轮 往 后 移 动 （工 厂 习 惯 将 变速器 离 合 器 壳 体 端 称 为 前 端，变 速 器 壳 体 端 称 为 后 端 ），使 惰 轮 与 输 出 轴 的 齿 套 啮 合 ，实 现 扭 矩 反 方 向 输 出 。
毂、５ 挡 同 步 器 齿 环 杠 杆、５ 挡 同 步 器 齿 环 及 输 入 轴 ５ 挡 齿轮组成。其原理是通过同步器齿套在换挡时的移动来 滑拨齿环杠杆，齿 环 杠 杆 将 换 挡 力 再 作 用 到 同 步 器 齿 环 所产生的杠杆效果。
图 ４ 斜 齿 常 啮 合 同 步 器
３．２ 杠 杆 同 步 器 为了保证换挡时的平 顺、无 冲 击、轻 便 及 操 作 便 利 等
３．２．３ 杠 杆 同 步 器 的 工 作 原 理 （１）空 挡 时 的 动 作 原 理 。 当 汽 车 从 前 行 到 停 止 时 ，如
图 ７ 所 示 ，换 挡 手 柄 退 回 空 挡 位 置 ，踩 离 合 器 踏 板 ，分 离 离
合 器 后 ，因 为 惯 性 变 速 器 输 入 轴 会 继 续 沿 汽 车 车 轮 前 进 方
参考文献：
［１］张旭，张 诚．反 转 型 杠 杆 齿 环 同 步 机 构 的 原 理 及
应 用 ［Ｊ］．汽 车 工 程 师 ，２００９，９：４８－５１．
［２］廖明建，游静，熊上．五倒挡杠杆同步器［Ｐ］．中 国
专 利 ：２００８２０１５８９７９．５，２００９－０９－３０． ［３］马进，关崴 等．汽 车 变 速 器 倒 挡 制 动 装 置 ［Ｐ］．中
擦力，随换挡力的增大，摩 擦 力 也 不 断 增 大。 这 样 就 制 动
了输入轴的 转 动，造 成 输 入 轴 转 速 降 低。 所 以 才 能 保 证
倒挡齿轮和输 入 轴 的 倒 挡 齿 轮 能 够 轻 松 咬 合，平 滑 地 进
行换挡。
图 １０ 杠 杆 同 步 器 五 挡 主 动 齿 轮 锥 面 受 力 图
场份额，特别是在自动变速器技术成熟的欧美市场，手动变
速器仍有相当大地比例。主要原因是自动变速器无法取代
图 ８ 杠 杆 同 步 器 开 始 同 步 时 的 动 作 原 理
（３）同步结束时的动作 原 理。 如 图 ９ 所 示，随 着 换 挡 力的增大，５挡同步器齿套 就 继 续 向 箭 头 Ａ 方 向 的 移 动， 由 于 ５ 挡 同 步 齿 套 凹 槽 断 面 为 梯 形 ，５ 挡 同 步 齿 套 轴 向 移 动一定位移后，５挡同步器齿环杠杆同时将向箭头 Ｃ 方向 移动，这 样 ５ 挡 同 步 器 齿 环 杠 杆 与 ５ 挡 同 步 器 齿 环 的 推 力就解除了。随后５挡同步器齿环和５挡输入轴齿轮同 步锥锥面分离，加在输入轴 上 的 制 动 力 就 解 除 了，输 入 轴 即可反方向转动了。
关键词：手动变速 器；倒 挡 结 构；倒 挡 同 步 器；５／Ｒ 挡 杠杆同步器
１ 概 述 中国汽车工业近几年得到 了 飞 速 的 发 展，２０１０ 年 汽
车产销量达到１ ８００ 万 辆，２０１１ 年 突 破 了 ２ ０００ 万 辆，继 续稳坐全球 第 一 宝 座。 和 世 界 其 他 国 家 相 比，无 论 是 汽 车 销 售 量 绝 对 值 还 是 增 长 速 度 ，中 国 均 遥 遥 领 先 。
惰轮滑动式 是 直 接 驱 动 惰 轮 与 输 入 轴 倒 挡 齿、齿 套 啮合，由于没有 同 步 器，汽 车 停 止 后，输 出 轴 在 驱 动 轮 的 阻力下转速会 急 速 降 为 零，而 输 入 轴 由 于 惯 性 会 继 续 保 持 一 定 的 转 速 运 转 ，如 果 马 上 挂 倒 挡 后 会 出 现 打 齿 。 ３ 倒 挡 同 步 器 结 构 原 理 ３．１ 斜 齿 常 啮 合 同 步 器
性 提 出 了 更 高 的 要 求 ，许 多 民 族 企 业 开 始 对 变 速 器 进 行 深 入 研 究 ，以 满 足 市 场 需 求 。 株 齿 公 司 是 变 速 器 民 族 企 业 的 领 跑 者 ，凭 借 ２０ 多 年 的 轿 车 变 速 器 研 究 经 验 ，换 挡 手 感 和 低噪音在变速器行业中有一定的声誉。 ２ 无 同 步 器 倒 挡 结 构 原 理 ２．１ 惰 轮 滑 动 式
式中 ：Ｆ—５挡同步器齿套的推力，Ｎ ；
作时，换 挡 力 通 过 换 挡 机 构 传 递 给 ５ 挡 齿 轮 换 挡 拨 叉，５
Ｌ— 杠 杆 比 ，Ｌ＝Ａ／Ｂ；
挡齿轮换挡拨叉推动５挡同步器套向箭头 Ａ 方向运动。 这时因为５挡同步器毂与输入轴固定在一起转动，５ 挡同
μｃ—输入轴 ５ 挡齿轮锥面的摩擦系数；