锁环式同步器工作原理
锁环式同步器工作原理
锁环式同步器工作原理
锁环式同步器是一种常用于机械传动中的同步装置，其工作原理可以简单地描述为：
锁环式同步器将传动轴与被传动轴的同步器齿圈通过锁环进行连接。
当传动轴相对被传动轴转动时，同步器齿圈相互啮合，通过摩擦力和弹性变形实现轴的同步转动。
如果传动轴和被传动轴之间存在一定的相位差，同步器齿圈之间就会存在相应的间隙。
此时，锁环式同步器通过在传动轴上设置同步器刻槽，利用弹性变形形成的传感力将同步器齿圈相互拉近，消除间隙，从而实现轴的同步转动。
锁环式同步器由于具有结构简单、可靠性高、使用寿命长等优点，广泛应用于各种机械传动系统中。
锁环式同步器的工作原理
锁环式同步器的工作原理
锁环式同步器是一种基于互斥锁（Mutex）和条件变量（Condition variable）的同步机制，用于多线程间的协同操作。
它的主要工作原理如下：
1. 锁环式同步器内部维护了一个循环数组，每个元素对应一个线程的状态信息，包括状态标志、等待线程队列等。
2. 当一个线程需要进行某个共享资源的操作时，它首先尝试获取元素对应的锁。
如果锁已经被其他线程持有，该线程进入等待状态，并在条件变量上等待。
3. 当持有锁的线程完成了对共享资源的操作后，它释放锁并唤醒等待线程队列中的一个线程。
4. 被唤醒的线程再次尝试获取锁，如果锁仍然被其他线程持有，则该线程继续等待。
5. 当一个线程获取到锁后，它可以执行相应的共享资源操作，并在操作完成后释放锁。
6. 各个线程循环执行上述步骤，实现了对共享资源的安全访问。
锁环式同步器的优势在于通过循环数组的方式，使得线程等待和唤醒的开销减小，提高了多线程协同操作的效率。
同时，锁环式同步器的实现较为复杂，需要考虑线程安全、等待队列管理等问题，因此在使用时需要谨慎处理。
锁环式同步器的原理是什么
锁环式同步器的原理是什么
锁环式同步器是一种机械装置，用于将输入轴和输出轴以一定的速度比同步，实现力的传递和力矩的加减。
其原理主要包括以下几点：
1. 锁环式同步器采用内、外两个锁环，内锁环与输入轴连结，外锁环与输出轴连结。
内外两个锁环之间设有锁牙或锁槽，通过拉环与锁环连接，配合使用过程中形成一种闭合的结构。
2. 当内、外锁环没有相对转动时，拉环将内、外锁环连接在一起，内环与外环形成锁合，整体作为同一部件。
3. 当内、外锁环有相对转动时，拉环拉动锁环则会导致内锁环和外锁环的相对位移。
当拉环施加力矩使内、外锁环相对转动到一定角度时，内、外锁环的锁牙或锁槽会形成嵌合，从而锁住内、外锁环并使其同步转动。
4. 内、外锁环锁合后，输入轴的动力通过内锁环传递到外锁环，再经过输出轴输出，实现两轴的同步转动。
综上所述，锁环式同步器的原理是通过内、外锁环形成嵌合结构，实现输入轴和输出轴的同步转动。
同步器
锁环式惯性同步器工作原理/v_show/id_XMjA2NDMyNjQ=.html/down/jiaoxue/dipan/tujie/chapter1/html/tj4-3.htm/down/jiaoxue/dipan/由于变速器输入轴与输出轴以各自的速度旋转，变换档位时合存在一个"同步"问题。
两个旋转速度不一样齿轮强行啮合必然会发生冲击碰撞，损坏齿轮。
因此，旧式变速器的换档要采用"两脚离合"的方式，升档在空档位置停留片刻，减档要在空档位置加油门，以减少齿轮的转速差。
但这个操作比较复杂，难以掌握精确。
因此设计师创造出"同步器"，通过同步器使将要啮合的齿轮达到一致的转速而顺利啮合。
什么是同步器同步器（Synchronizer），是使在换挡中相互接合的齿轮实现同步的装置。
在换挡过程中，应当使准备啮合的那一对齿轮的接合齿圈的圆周速度达到相等（即同步），才能平顺地挂上挡。
否则，两齿轮齿圈间会发出冲击和噪音，影响齿轮的寿命。
为了便于换挡，现代汽车变速器在常用的各挡间都装有同步器，使相啮合的一对齿轮先同步，而后啮合。
同步器就是使你的车的变速箱中的每一个档位的齿轮与发动机输出的转速保持一致，减少换档离合过程中蹩齿轮的可能，所以现在的车换档只用踩一脚离合器踏板，原来的车都需要踩两次的，目的就是人为使其同步。
主要分类同步器有常压式和惯性式。
目前全部同步式变速器上采用的是惯性同步器，它主要由接合套、同步锁环等组成，它的特点是依靠摩擦作用实现同步。
接合套、同步锁环和待接合齿轮的齿圈上均有倒角（锁止角），同步锁环的内锥面与待接合齿轮齿圈外锥面接触产生摩擦。
锁止角与锥面在设计时已作了适当选择，锥面摩擦使得待啮合的齿套与齿圈迅速同步，同时又会产生一种锁止作用，防止齿轮在同步前进行啮合。
当同步锁环内锥面与待接合齿轮齿圈外锥面接触后，在摩擦力矩的作用下齿轮转速迅速降低（或升高）到与同步锁环转速相等，两者同步旋转，齿轮相对于同步锁环的转速为零，因而惯性力矩也同时消失，这时在作用力的推动下，接合套不受阻碍地与同步锁环齿圈接合，并进一步与待接合齿轮的齿圈接合而完成换档过程。
同步器工作原理分解
上述计算没有考虑搅油阻力。 如果考虑搅油阻力，1挡升2挡需要将2挡齿轮转速降下来，搅油阻力 起正面作用，会缩短同步时间；2挡降1挡需要将1挡齿轮的转速升高，搅 油阻力起反面作用，会延长同步时间。 陕西法士特齿轮有限公司 齿轮传动研究所
关于挂挡力与挂挡时间
好的变速箱设计，同步时间短、换挡轻便。 难以提供精确的量化指标。
挂挡时间——小于1秒
手球上挂挡力——小于10公斤力，极限情况不能超过 20公斤力。
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副箱同步器
工作基本原理与主箱同步器相同 锁止同步完成挂挡 锁止机构不同 锁销中部锥形区域与滑套孔倒角为锁止面 工作过程： 1）摘挡至空挡阶段：滑套从一侧挡位摘至空挡，在弹簧的作用下，两侧 锥环总成（带锁止销）反向旋转一定角度，锁止销与滑套上的锁止孔呈锁止 状态； 2）同步阶段：同步器锥环锥面与齿轮锥面贴合，产生摩擦力矩； 3）同步结束，摩擦力矩降为零，锥环总成在拨环力矩作用下，回转一定 角度，滑套越过锁止销台阶； 4）滑套与齿轮结合齿相结合，挂挡结束。
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同步器实验
变速箱整箱实验 1）换挡寿命实验 2）换挡性能实验 同步器单体实验 1）单体寿命实验 2）单体性能实验 实验数据与报告 1）详尽的实验数据——例如实验条件、实验前后磨损 量的测量与记录、摩擦系数曲线、同步时间曲线等 2）国家级实验中心的试验报告
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主箱双锥面同步器工作视频
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主箱同步器常用参数选择范围
锥面角：7°～9° 滑套外径：……目前最大 Φ218 摩擦锥面半径：滑套外径 - X 锁止角：100 °～120 ° 总成轴向尺寸：46～55
同步器工作原理
各部件名称
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主箱双锥面同步器3D图
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主箱双锥面同步器3D图
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空挡状态与挂挡状态
挂挡过程 HOW？
空挡状态
挂挡状态
摘挡状态 陕西法士特齿轮有限公司 齿轮传动研究所
锁环式同步器工作过程
1.滑套离开空档位置，通过柱塞带动滑块轴向移动； 2.预同步阶段：同步环旋转四分之一周节，进入锁止位置； 3.同步阶段：滑套上的齿与锥环的齿锁止面相接触，锥面间 产生摩擦力矩； 4.同步结束，摩擦力矩降为零，同步环在拨环力矩作用下， 回转四分之一周节，滑套穿过同步环； 5.滑套与结合齿圈的齿相结合，挂档结束。
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常见同步器锥环基体材料 1.铜 2.粉末冶金 3.钢：锻造钢环、冲压钢环
一些补充概念：单向同步器、增力 式同步器等。
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常用同步器结构
主箱双（单）锥面锁环式同步器
副箱锁销式同步器
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典型变速箱结构
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副箱同步器3D图
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副箱同步器3D图
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副箱同步器锁止状态示意图
锁止状态
非锁止状态
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转动惯量与同步时间等的计算
可以计算同步力 或者同步时间、锁 止安全系数等。 需要相关零件的 转动惯量，即需要 零件的3D模型。 部分计算用参数 需要实验获得。
说课锁环式同步器(PPT文档)
目标 导学法
演示 促学法
明确学习目标，促使学生积极讨论探 究，寻找正确答案。
由教师亲身演示，强化操作规范；并 通过点评与总结，巩固和深化知识。
环节四
说教学过程
为了达到预期的教学目标，我将本节课的教学 过程分成以下几个阶段：
创设情境 导入新课
查阅资料 完成工单
出现疑问 分组讨论
设置任务 实际操作
教师演示 解答疑问
课堂总结 突破难点
最终 目标
联系所学 排除故障
锁环式同步器
如何解决
创
设
换挡困难
情
境
导
无法换挡
入
新 课
推动换挡杆
导入新课
要求学生用5分钟的时间阅读课本“锁环 式同步器”相应章节，完成下面的学习任务 书。
查 阅 资 料
完
成
工 单
体现重点
在完成任务书之后，我把学生分成四个小组，分组将 同步器的各个零件组装起来。
3、齿对齐时结合套可以继续向左移动，将齿轮与输出轴连接起来 同步旋转，完成顺利换挡。
突破难点
通过分步骤、化繁为简的方法突破难点
引导学生联系本节课的教学内容，分析变速器换档 困难的故障原因并写出排除故障的方案。根据方案维修 导入课题阶段换挡困难的变速器。
突破难点
联
故障原因
系
所
学
同步器锁环、齿
环倒锥齿磨损
教师演示 加深印象
结合本节课的内容与教法，所使用到的教具如下：
桑塔纳2000变速器 （故障：换挡困难）
桑塔纳2000 五档锁环式同步器
学习任务书
底盘拆装实训资料
环节三
说学法
结合前面提到的教法，本节课我引导学生采用 以下三种学法，实现教学目标。
汽车锁环同步器说明书
同步器说明书同步器说明书同步器分为常压式，惯性式和惯性增力式。
但是在现在的汽车领域中，得到广泛使用的是惯性式同步器。
惯性式同步器有锁销式，滑块式，锁环式，多片式和多维式几种。
今天我们设计的是以款锁环式同步器。
一，同步器工作原理：同步器换挡过程由三个阶段组成。
第一阶段：同步器离开中间位置，做轴向移动并靠在摩擦面上。
摩擦面相互接触瞬间，由于齿轮的角速度和滑动齿套的角速度不同，在摩擦力矩作用下锁销相对滑动齿套转动一个不大的角度，并占据锁止位置。
此时锁止面接触，阻止了滑动齿套向换挡方向移动。
第二阶段：来自手柄传至换挡拨叉并作用在滑动齿套上的力F，经过锁止元件又作用在摩擦面上。
由于齿轮的角速度和滑动齿套的角速度不相同，在上述表面产生摩擦力。
滑动齿套和齿轮分别与整车和变速器输入转动零件相连接。
于是，在摩擦力矩作用下，滑动齿套和齿轮的转速逐渐接近，其角速度差减小了。
在角速度差等于零的瞬间同步过程结束。
第三阶段：角速度差等于零，摩擦力矩消失，而轴向力F仍作用在锁止元件上，使之解除锁止状态，此时滑动锁套和锁销上的斜面相对移动，从而使滑动齿套占据了换挡位置。
二，主要参数的确定1．摩擦系数f汽车在行驶过程中换挡，特别是在高档区换挡次数较多，意味着同步器工作频繁。
同步器是在同步环与连接齿轮之间存在角速度差的条件下工作，要求同步环有足够的使用寿命，应当选用耐磨性能良好的材料。
为了获得较大的摩擦力矩，又要求用摩擦因素大而且性能稳定的材料制作同步环。
另一方面，同步器在油中工作，使摩擦因数减小，这就为设计工作带来困难。
摩擦因数除与选用的材料有关以外，还与工作面得表面粗糙度，润滑油种类和温度等因素有关。
作为与同步环锥面接触的齿轮部分与齿轮做成一体，用低碳合金钢制成。
对锥面的表面粗糙度要求比较高，用来保证在使用过程中摩擦因数变化小。
若锥面的表面粗糙度差，在使用过程初期容易损害同步环锥面。
同步环常选用能保证具有足够高的强度和硬度,耐磨性能良好的黄铜合金制造，如锰黄铜，铝黄铜和锡黄铜等。
同步器的结构与工作原理
汽车底盘构造与维修
所示，花键毂用 内花键套装在轴的外花键上，用垫圈、卡环轴向定位。 三个滑块分别装在花键毂上三个均布的轴向槽内，沿槽 可以轴向移动。花键毂两端与齿轮之间各有一个青铜制 成的锁环（同步环）。锁环有内锥面，与接合齿圈外锥 面相配合，组成锥面摩擦副。通过这对锥面摩擦副的摩 擦，可使转速不等的两齿轮在接合之前迅速达到同步。
汽车底盘构造与维修
同步器的结构与工作原理
同步器的功用是使接合套与待啮合 的齿圈迅速同步，缩短换挡时间且防止 在同步前啮合而产生换挡冲击。
目前所采用的同步器几乎都是摩擦 式惯性同步器，按锁止装置不同可分为 锁环式惯性同步器和锁销式惯性同步器， 下面以锁环式惯性同步器为例介绍其结 构及工作原理。
同步器的结构与工作原理
同步器的结构与工作原理
图3-7 锁环式惯性同步器的结构
同步器的结构与工作原理
二、 同步器的工作原理
下面以二挡换三挡为例说明锁环 式惯性同步器的工作原理，如图3-8 所示。
同步器的结构与工作原理
图3-8 锁环式惯性同步器的工作原理
同步器的结构与工作原理
（1）空挡位置。 （2）挂挡。 （3）锁止。 （4）同步啮合。 锁环式惯性同步器尺寸小、结构紧凑，摩擦力矩较小。
实验五：数字锁相环与位同步
实验五：数字锁相环与位同步一、实验目的1. 掌握数字锁相环工作原理以及触发式数字锁相环的快速捕获原理。
2. 掌握用数字环提取位同步信号的原理及对信息代码的要求。
3. 掌握位同步器的同步建立时间、同步保持时间、位同步信号同步抖动等概念。
二、实验内容1. 观察数字环的失锁状态、锁定状态。
2. 观察数字环锁定状态下位同步信号的相位抖动现象及相位抖动大小与固有频差、信息代码的关系。
3. 观察数字环位同步器的同步保持时间与固有频差之间的关系。
三、基本原理可用窄带带通滤波器，锁相环来提取位同步信号。
实验一中用模数混合锁相环（电荷泵锁相环）提取位同步信号，它要求输入信号是一个准周期数字信号。
实验三中的模拟环也可以提取位同步信号，它要求输入准周期正弦信号。
本实验使用数字锁相环提取位同步信号，它不要求输入信号一定是周期信号或准周期信号，其工作频率低于模数环和模拟环。
用于提取位同步信号的数字环有超前滞后型数字环和触发器型数字环，此实验系统中的位同步提取模块用的是触发器型数字环，它具有捕捉时间短、抗噪能力强等特点。
位同步模块原理框图如图5-1所示，电原理图如图5-2所示（见附录）。
其内部仅使用+5V电压。
位同步器由控制器、数字锁相环及脉冲展宽器组成，数字锁相环包括数字鉴相器、量化器、数字环路滤波器、数控振荡器等单元。
下面介绍位同步器的工作原理。
数字锁相环是一个单片机系统，主要器件是单片机89C51及可编程计数器8254。
环路中使用了两片8254，共六个计数器，分别表示为8254A0、8254A1、8254A2、8254B0、8254B1、8254B2。
它们分别工作在M0、M1、M2三种工作模式。
M0为计数中断方式，M1为单稳方式，M2为分频方式。
除地址线、数据线外，每个8254芯片还有时钟输入端C 、门控信号输入端G 和输出端O 。
数字鉴相器电原理图及波形图如图5-3（a ）、图5-3（b ）所示。
输出信号宽度正比于信号ui 及uo 上升沿之间的相位差，最大值为ui 的码元宽度。
同步器的工作原理及分类
同步器的工作原理及分类1、无同步器时变速器的换档过程：一般采用移动齿轮或接合套换档，为使换档平顺，应使待啮合的轮齿的圆周速度必须相等（同步）。
·下面以无同步器的五档变速器中四、五档的互换过程为例加以说明：图中：1—第一轴；2—第一轴常啮齿轮；3—接合套；4—第二轴五档齿轮5——第二轴；6——中间轴五档齿轮（1）从低速变高速—四档变五档1）四档时，V3= V2；欲挂五档，离合器分离接合套3右移，先进入空挡。
2）3与2脱离瞬间，V3= V2而V4 > V2，V4 > V3，会产生冲击，应停留。
3）因汽车传动系惯性质量大V3下降较慢，而V4下降较快，必有V3= V2时，此时挂档应平顺（2）从高速变低速—五档变四档1）五档时，V3= V4；欲挂五档，离合器分离，接合套3左移，先进入空挡。
2）3与2脱离瞬间，V3= V4而V4 > V2，V3 > V2，会产生冲击，应停留。
3）因V2 比V 3下降快，必无V3= V2时，此时应使离合器接合，并踩一下加速踏板使V2 > V3，而后再分离离合器待V3= V2时平顺挂档2、同步器的功用及类型（1）同步器的作用：是使接合套与待啮合的齿圈迅速同步，缩短换档时间；防止在同步前啮合而产生接合齿之间的冲击（2）类型：分为常压式、惯性式和自增力式；目前广泛采用摩擦惯性同步装置（锁环、锁销式）惯性式同步器是依靠摩擦作用实现同步的，在其上面设有专设机构保证接合套与待接合的花键齿圈在达到同步之前不可能接触，从而避免了齿间冲击。
1）锁环式：结构紧凑、便于合理布置，多用于轿车和轻型货车上2）锁销式：结构形式合理，力矩较大，多适用于中型和大型货车上3）同步器的一般结构：由同步装置（包括推动件、摩擦件）、锁止装置和接合装置三部分组成3、锁环式惯性同步器的构造及工作原理轿车和轻、中型货车的变速器广泛采用锁环式惯性同步器，其细部结构多种多样, 但工作原理是一样的（1）锁环式惯性同步器的构造1）花键毂：花键毂轴向固定；并与齿圈、锁环具有相同花键齿2）接合套：用来连动花键毂、同步环、啮合齿圈，并与齿圈、锁环具有相同花键齿3）同步环（锁环）：锁环的倒角与接合套倒角相同，锁环具有内锥面，其上有螺旋槽，以便两锥面接触后，破坏油膜，增加锥面间的摩擦。
汽车变速器同步器
同步环等回转一个角度
进入接合齿，完成换档
每天进步一点点
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3.具体的工作过程
1）换档杆通过拨叉拨动同步器齿套，同步器齿套通过滑 块槽带动由弹簧压紧的滑块一起推动同步环压向齿轮的同 步锥面。
每天进步一点点
2）由于换档力P的作用和转速差Δω的存在，两同步 锥面一经接触即会产生摩擦力矩Mf，并使同步环相对 同步器齿套转动一个角度。
每天进步一点点
二、变速器换档性能与同步器尺寸的关系
1、同步的基本概念：
同步器知 识培训
I1 (t 1 ) t I ( 2 ) 2 2 t T I 2 t 1 T I1
I1、I2表示系统1、系统2的当量惯量 ω1、ω2表示系统1、系统2的角速度 ωf表示同步时的角速度 T表示同步所需的扭矩 t表示同步所需的时间 ㎏· ㎡ Rad/ s
同步器知 识培训
2、变速器换档用转动惯量计算 转动惯量计算举例
零件序 号 1 零件名称 离合器从动盘 转动惯量（㎏· ㎡） 0.009
档位 1st 2nd 3rd 4th 5th
传动比 12/41 20/39
2
3 4
输入轴
一档齿轮 二档齿轮
0.000552
0.003413 0.001581
5
6
三四档同步器齿毂
其中 Ts Fa μs ds β
同步器知 识培训
拨环力矩（Nm） 接合齿处的轴向力 接合齿间的摩擦系数 接合齿的平均直径 （m） 摩擦锥锥角（°）
每天进步一点点
二、变速器换档性能与同步器尺寸的关系
9、同步器的摩擦力矩与拨环力矩之间的关系
为避免打齿（不同步啮合），必须保证： Tc ≥ Ts