机械式变速器同步器换挡性能的分析
同步器换挡原理
同步器换挡原理在现代汽车中，换挡是驾驶员控制汽车转速和速度的重要手段之一。
而同步器则是实现换挡平稳过渡的关键部件。
它的作用是通过摩擦和传递力矩的方式，使发动机和变速器之间的转速逐渐匹配，从而实现平稳换挡的过程。
同步器的结构由同步齿环、同步套、同步齿与同步器齿圈等组成。
当驾驶员准备换挡时，通过操作离合器，将发动机和变速器之间的传动断开，同时将挂入的挡位从当前挡位脱离。
此时，同步器就开始发挥作用了。
同步器齿圈上的同步齿与同步器齿圈的一对齿相互咬合。
这样一来，同步齿会受到来自齿圈的阻力，阻止齿圈继续旋转。
而同步器齿圈的旋转力矩会通过同步套传递给变速器的输入轴。
接下来，驾驶员操作换挡杆，使得挂入的挡位与同步套的锁环齿片相互咬合。
此时，同步齿圈和同步套的锁环齿片都受到来自齿圈的阻力，无法继续旋转。
然而，同步器齿圈的旋转力矩会继续通过同步套传递给变速器的输入轴。
随着时间的推移，同步器齿圈的旋转力矩会逐渐减小，直到与变速器输入轴的转速匹配。
此时，同步齿和同步器齿圈的一对齿会逐渐脱离，实现转速的同步。
当转速匹配完成后，驾驶员继续操作离合器，使得发动机和变速器之间的传动重新连接。
此时，同步器完成了换挡过程，驾驶员可以继续行驶。
同步器换挡原理的关键在于利用摩擦和传递力矩的方式，使得发动机和变速器之间的转速逐渐匹配。
通过适时的操作和调整，实现平稳换挡的过程，确保驾驶的舒适性和安全性。
同步器换挡原理的应用不仅限于汽车领域。
在其他机械设备中，如工程机械、船舶等，同样需要通过同步器来实现换挡过程的平稳过渡。
因此，了解和掌握同步器换挡原理，对于提高机械设备的操作效率和性能具有重要意义。
同步器换挡原理是实现汽车换挡平稳过渡的关键。
它通过摩擦和传递力矩的方式，使发动机和变速器之间的转速逐渐匹配，实现平稳换挡的过程。
了解和掌握同步器换挡原理，对于驾驶员和机械设备操作者来说，是提高驾驶舒适性和工作效率的重要一环。
同时，同步器换挡原理的应用也不仅限于汽车领域，而是广泛应用于其他机械设备中。
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21.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。
变速箱同步器设计对汽车换档性能的影响[1]
![变速箱同步器设计对汽车换档性能的影响[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/245a86ff941ea76e58fa04af.png)
变速箱同步器设计对汽车换档性能的影响中国第一汽车集团哈尔滨变速箱厂发展开发部·佟晓刚一、前言：随着汽车市场竞争的日益激烈，用户对汽车性能要求的不断提高，变速箱的换档灵活性也就成为评定汽车性能的一个重要指标，那么如何对同步器进行设计，来提高变速器的换档性能，下面对此做一简要阐述。
二、同步器的作用：在以前普通的齿轮变速器中，从一个档位换到另一个档位时，由于换档时要进行啮合的一对齿轮或啮合套的线速度不相等，所以在啮合时要产生冲击，引起噪声，甚至损坏齿轮，故这种变速器现在已被淘汰．现在生产的变速器大多采用惯性锁止式同步器，它是利用要结合的转动件的转速不同时所产生的惯性力矩，来阻止它们的不同步啮合，只有要结合的转动件的转速相等时，才能啮合，同时，它还大大地缩短了换档时间。
三、惯性锁止式同步器的工作原理以CA５－１６变速箱三档挂四档为例，见图：CA5—16变速箱三四档同步器当齿套3在拨叉的作用下摘下了3档,并挂4档时,同步器滑块4在支撑弹簧5的作用下跟随齿套3一起向左移动,从而同步器滑块4推动同步器锥环2靠在锥体1上。
由于同步器锥体与同步环以不同的角速度运转(锥体转速大于同步环转速),锥体便对同步环产生一个摩擦力，在这个摩擦力的作用下,使同步环上的凸台紧靠在齿座6凹槽的端面上,这时齿套上的花键与同步环上的花键正好错开一个1/4齿距,从而阻止了不同步啮合(见图1)。
在拨叉力的作用下,同步环与锥体产生的摩擦力使锥体1及相连各件逐步与同步环的转速达到同步,这时锥体与同步环间的摩擦力消失,在锥体以同步环相接触的锁止角斜面间产生了一个拨正力矩,拨动同步环转动一个角度,在齿套轴向力的作用下,齿套3压下同步器滑块4,并越过同步环与锥体,从而达到同步换档（见图2）。
图1 图2三、同步过程的理论分析一般汽车变速器中的同步器可由以下简图表示：同步器系统简图图中Ｊｃ－第一轴和离合器从动片等零件转化到轴１上的当量转动惯量ωｃ－输入角速度Ｍｃ－离合器及变速器阻力矩Ｊｖ－汽车惯量转化到轴２上的当量转动惯量ωＶ－输出角速度ＭＶ－汽车行驶阻力矩ＭＳ－同步力矩由于汽车的质量很大，所以把汽车转化到二轴上的当量转动惯量Ｊｖ当做无穷大，而汽车行驶阻力矩可当做无穷小，输出角速度ωＶ则为常数。
机械工程中变速箱的换挡特性分析与改善
机械工程中变速箱的换挡特性分析与改善引言：在机械工程领域，变速箱作为一种重要的传动装置，扮演着将发动机的输出转矩转换成车轮所需扭矩的关键角色。
其有效性和性能直接影响着车辆的操控性、燃油经济性和行驶平顺性。
本文将针对变速箱的换挡特性进行分析，并提出改善的方法。
一、换挡特性分析1.1 换挡过程变速箱的换挡过程主要包括离合器的脱合、换挡杆的操作和齿轮的切换。
在换挡过程中，离合器承担了传递动力、断开输出和增加换挡平稳性的重要作用。
而换挡杆的操作则决定了齿轮切换的时机和顺序，直接关系到换挡的快慢和平顺性。
1.2 换挡的影响因素变速箱的换挡特性受多种因素影响，包括离合器设计、换挡杆操作机构、齿轮设计和传动控制系统等。
其中，离合器的结构和摩擦特性直接影响离合过程的平稳性；换挡杆的设计和操作机构的可靠性和灵敏度决定了换挡的速度和准确性；而齿轮的设计和传动控制系统的优化程度则影响车辆的换挡顺畅性和经济性。
二、改善换挡特性的方法2.1 优化离合器设计离合器在换挡过程中起到了至关重要的作用。
优化离合器设计可以提高离合过程的平稳性，使换挡更加顺畅。
例如，通过改进离合盘摩擦材料的组成和形状，减小摩擦因数的差异等，可以降低离合过程中的冲击和异响，提高换挡的舒适性。
2.2 改进换挡杆操作机构换挡杆操作机构的设计和优化可以提高换挡的速度和准确性。
采用电动换挡杆和电控换挡系统可以实现自动换挡，提高换挡的快速性和准确性。
此外，增加挡位感应器和换挡杆位置指示器等装置，可以提供更好的操作反馈和换挡辅助功能，提升驾驶的便利性和安全性。
2.3 优化齿轮设计齿轮的设计和制造对变速箱的换挡特性有着重要的影响。
合理的齿轮设计可以降低换挡冲击和噪音，提供更平顺的换挡过程。
采用更精细的齿轮加工工艺和材料选择，可以使齿轮的传动效率更高，减小传动能量损失。
此外，采用更合理的齿轮比可以提高变速箱的档位覆盖范围和经济性。
2.4 优化传动控制系统传动控制系统的优化是改善换挡特性的关键。
同步器换挡原理
同步器换挡原理同步器换挡原理是指在汽车或机械设备中，通过同步器来实现换挡操作的原理和机制。
同步器是一种装置，它通过摩擦和锁定机构的作用，使得两个不同转速的轴能够实现平稳地连接和断开，从而实现换挡操作。
同步器是用于传递动力的机械装置，它由同步器齿环、同步器锁定套、同步器齿块、同步器锁定环等部件组成。
当车辆需要进行换挡时，驾驶员通过操作离合器踏板将发动机与变速器断开，然后将变速杆移动到所需的挡位上。
在这个过程中，同步器起到关键作用。
同步器的工作原理是利用摩擦和锁定机构来实现换挡的平稳连接。
当变速杆移动到新的挡位时，同步器的齿环会与相应的齿块接触，通过摩擦力将两个轴的转速逐渐调整到一致。
同时，同步器的锁定套会将齿环和齿块锁定在一起，防止它们相对滑动。
当齿环和齿块的转速一致后，同步器锁定环会将它们紧密地连接起来，完成换挡操作。
同步器换挡原理的核心是通过同步器齿环和齿块之间的摩擦力来实现转速的同步，从而使得换挡过程平稳无冲击。
在换挡的过程中，同步器需要快速地调整和锁定齿环和齿块之间的位置，以确保换挡的准确性和可靠性。
同时，同步器的摩擦片和摩擦盘也需要具备一定的耐磨性和稳定性，以保证长时间的使用寿命。
同步器换挡原理的应用不仅仅局限于汽车领域，还广泛应用于各种机械设备中。
无论是汽车、摩托车还是工业机械，都需要借助同步器来实现换挡操作。
同步器的设计和制造需要考虑到不同的工作条件和负载要求，以确保换挡的快速、平稳和可靠。
同步器换挡原理是一种通过摩擦和锁定机构来实现换挡操作的机制。
它在汽车和机械设备中起到关键作用，使得换挡过程平稳、准确和可靠。
同步器的设计和制造需要考虑到不同的工作条件和负载要求，以确保其性能和寿命。
同步器换挡原理的应用为我们提供了便利和安全的驾驶和操作体验，为现代交通和工业发展做出了重要贡献。
汽车同步器换挡机械手驱动方式比较研究
汽车同步器换挡机械手驱动方式比较研究摘要:本文通过对同步器换挡机械手气动、液压以及电机三种驱动方式的性能比较,分析各种驱动方式工作原理,归纳其优缺点,从而为同步器性能测试实验台驱动方式的选取提供参考。
关键词:同步器换挡机械手驱动方式同步器被广泛应用于现代汽车变速器中,不同档位的两个待啮合部件在它的作用下可以以同样的速度啮合,将换挡时的齿间冲击和噪音消除。
变速器换挡性能的好坏决定于同步器性能的好坏,电惯量和换挡机械手两面是同步器试验台研发工作的核心技术[1]。
顾名思义,换挡机械手就是模仿驾驶员驾驶汽车时的换挡行为,来达到将汽车变速器换档到指定档位的目的。
换挡机械手要同时拥有人类驾驶员换挡时肌肉的弹性和柔顺性,还要有协调性,同时要对不同操纵类型的变速器具有良好的适应性[2],机械手操纵原理图如图1所示。
档位之间的任意运动,都可以根据结构视为机械手在换挡方向和选档方向的简化移动。
因此,机械手的运动轨迹可以被简化成如图2的两种运动形式。
1 换挡机械手驱动系统在换挡机械手控制方面,主要有液压、气动以及电机三种驱动方式。
不同的驱动方式,会产生不同形状的换挡力曲线,进而直接影响同步器锥面产生的同步转矩。
换挡力过小会造成同步时间过长,加快同步环的磨损,换挡力过大会产生强迫换挡,引起锥面摩擦副变形,降低同步器寿命[3]。
1.1 液压驱动系统液压系统结构如图3所示。
两个油缸通过机械滑台结构十字交叉的连接在一起,装置中的伺服系统提供反馈,用来控制操作杆的选挡运动和换挡运动。
同时油缸旁固定的位移传感器在油缸运动时实时地采集位移信号,传送到计算机系统中。
机械手是一个非线性的控制对象,单纯的伺服反馈控制难以满足模拟人手换挡时的动态性能及稳态精度的要求。
因此,在计算机检测系统中有时也加入直接数字控制系统中常用的PID控制算法,从而很好地模拟人手换挡的功能[4]。
1.2 气动驱动系统气动驱动具有运动速度快、可压缩和抗冲击的特性,与人肌肉的弹性和柔顺性比较吻合。
拖拉机双离合器自动变速器换挡特性研究
拖拉机双离合器自动变速器换挡特性研究拖拉机双离合器自动变速器换挡特性研究引言：随着机械技术的不断发展，拖拉机在农业领域中起着至关重要的作用。
传统的拖拉机变速器在操作过程中存在换挡困难、换挡时效率低下等问题，对农业生产产生了一定的影响。
为此，研究开发拖拉机双离合器自动变速器成为当今农机领域的重要课题之一。
本文将研究拖拉机双离合器自动变速器的换挡特性，以期为农机领域提供新的技术方案和改进思路。
一、拖拉机双离合器自动变速器的工作原理拖拉机双离合器自动变速器是指通过采用双离合器和自动控制系统，实现拖拉机的自动变速换挡功能。
传统拖拉机变速器需要操作人员手动操作离合器和变速器杆进行换挡，而双离合器自动变速器则通过自动感知驾驶员驾驶意图和当前驾驶条件，自动完成换挡操作，提高了操作的便捷性和效率。
二、拖拉机双离合器自动变速器换挡特性分析1. 换挡速度：拖拉机双离合器自动变速器能够实现快速换挡，因为其换挡过程中不需要手动操控离合器，只需要控制变速器的换挡螺栓进行快速切换。
与传统手动换挡相比，双离合器自动变速器的换挡速度更快，提高了操作效率和工作效果。
2. 换挡平稳性：拖拉机双离合器自动变速器换挡过程中能够保持较高的换挡平稳性。
双离合器的设计使得换挡过程中两个离合器可以同时参与工作，一方离合器松开时，另一方离合器已经卡住，确保了换挡过程的平稳性和连续性。
这对于农机工作中需要保持一定速度和牵引力的情况下非常重要。
3. 换挡逻辑：拖拉机双离合器自动变速器根据不同的工作模式和工况，采用不同的换挡策略。
例如，在起步阶段，系统会优先选择低挡位实现较大的牵引力；在高速行驶时，系统会根据功率需求和燃油经济性选择合适的挡位。
换挡逻辑的智能化设计有助于提高拖拉机的工作效率和驾驶员的舒适性。
三、拖拉机双离合器自动变速器换挡特性的优势1. 提高操作便捷性：拖拉机双离合器自动变速器通过自动化换挡操作，减轻了驾驶员的操作负担，提高了驾驶员的操作便捷性和驾驶舒适性。
同步器同步过程对变速器动力学特性的影响分析
同步器同步过程对变速器动力学特性的影响分析贺敬良;任忠伦;秦龙泉;陈勇;林慕义【摘要】为了改善某载货汽车变速器换挡同步阶段的换挡质量及该变速器的动力学特性,综合考虑了加载状态变速器中各零部件引起的系统叠加变形.基于多体动力学理论,建立了该变速器动力学分析模型;在此基础上量化计算了影响变速器动力学特性的相关参数,并提出了改善变速器动力学特性的措施及方法.研究结果表明,变速器的换挡质量及动力学特性得到明显改善,为改善变速器动力学特性提供了借鉴.%In order to improve the shifting quality in synchronous phase of a truck transmission and its dynamic characteristics, the loading status and system deformation caused by the superposition of elastic deformations of components were considered under the actual working condition of the transmission.A transmission dynamic analysis model was built, based on the theory of multi body dynamics.The related parameters affecting the dynamic characteristics of transmission on the basis of the model were analysed and the improvement measures for the transmission were put forward.The results show that the shifting quality and dynamic characteristics of the transmission are really improved, which may provide a reference to the further dynamics analysis of transmissions.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2017(036)014【总页数】6页(P239-244)【关键词】同步器;变速器;动力学特性;振动响应;轮齿修形【作者】贺敬良;任忠伦;秦龙泉;陈勇;林慕义【作者单位】北京信息科技大学机电工程学院,北京 100192;北京电动车辆协同创新中心,北京 100192;北京信息科技大学机电工程学院,北京 100192;北京信息科技大学机电工程学院,北京 100192;北京信息科技大学机电工程学院,北京 100192;北京电动车辆协同创新中心,北京 100192;北京信息科技大学机电工程学院,北京100192;北京电动车辆协同创新中心,北京 100192【正文语种】中文【中图分类】U463.212随着汽车技术的飞速进步和道路车辆密度的不断增大，人们对变速器的性能要求越来越高。
同步器换挡原理
同步器换挡原理一、引言同步器换挡原理是指在机械系统中，通过同步器实现传动轴与驱动轴之间的切换，以实现不同的工作模式。
同步器换挡原理在各种机械设备中广泛应用，特别是在汽车、摩托车等车辆的变速器系统中。
本文将全面、详细、完整地探讨同步器换挡原理及其应用。
二、同步器换挡原理的定义和作用同步器是一种用于进行轴向连接和断开的装置，能够实现传动轴和驱动轴的精确同步。
同步器换挡原理是指通过同步器的切换，将发动机的动力传递到车辆的传动系统中，从而实现不同速度和扭矩的输出。
同步器换挡原理的作用是在车辆行驶过程中，根据驾驶员的需求，将发动机的动力传到车轮上，以实现不同的行驶速度和动力输出。
三、同步器的结构和工作原理同步器通常由同步套、同步器齿圈、同步器齿环以及多个同步器齿块等组成。
同步器的工作原理是通过将同步套和同步器齿圈插入，使其齿与动力齿轮的齿互相啮合，从而实现传动轴和驱动轴的同步。
同步器工作的基本过程如下： 1. 同步器的初始状态为断开状态。
2. 当驾驶员需要进行换挡时，将离合器踏板踩下，使发动机与传动系统断开。
3. 同时，将换挡杆从当前挡位移到目标挡位，并且此时同步器开始工作。
4. 同步器齿环和同步套齿互相啮合，通过齿的咬合作用，实现传动轴和驱动轴的同步。
5. 当同步器齿环和同步套齿完全啮合时，发动机动力可以传递到车轮，并且换挡过程完成。
6. 最后，释放离合器踏板，发动机与传动系统重新连接。
四、同步器的优点和应用同步器作为传动系统中重要的组成部分，具有以下优点： - 实现换挡平稳：同步器能够使传动轴和驱动轴的转速同步，避免了换挡过程中的冲击和颤动，使车辆的换挡更加平稳。
- 增强可靠性：同步器通过齿的咬合作用，确保换挡过程中传动轴和驱动轴的准确同步，提高了传动系统的可靠性。
- 提高换挡速度：同步器的工作原理使得换挡过程更加简便快捷，提高了换挡速度，从而提升了车辆的性能。
同步器换挡原理广泛应用于各种机械设备中，特别是在汽车、摩托车等车辆的变速器系统中。
研究生论文机械式变速器换挡困难原因分析及排除方法
机械式变速器换挡困难原因分析及排除方法一、故障现象换挡时变速杆操作沉重不能挂入挡位，或勉强挂上挡后又很难退回空挡，则为换挡困难。
二、故障原因变速器换挡困难的故障主要有以下原因：操纵机构失调，变速杆和拉杆弯曲变形，各活动连接处磨损松旷等，致使齿轮啮合不到位。
拨叉轴弯曲、锈蚀或有毛刺，锁止用弹簧过硬或互锁销被卡住，使拨叉轴无法轴向移动;拨叉固定有松动、弯曲变形或严重磨损;齿轮端面接触摩擦产生飞边，或接合套花键磨损、起毛或损坏。
同步器锥环牙齿沿轴线方向磨损，成凸形或断裂;摩擦锥面螺旋槽磨损或磨光，使齿环端面与齿轮端面间隙缩小，甚至无间隙，降低了摩擦效果，使同步器失效。
润滑油料选用不当，如粘度大而使油膜容易吸附在锥环一面，使同步器失效;或油温高使润滑油结胶而填满同步器锥环表面和螺旋槽，导致同步器损坏。
锁销式同步器锁销松动、散架，滑块式同步器的滑块、花键上的轴向槽磨损过甚，滑块弹簧圈弹力过软或折断，使滑块从槽中窜出。
同步器总成在输出轴上摆动太大，或长时期空挡熄火滑行，中间轴不工作，导致输出轴拖转干摩而产生高热，使同步器损坏，离合器分离不彻底。
三、故障诊断与排除诊断时，可根据换挡时挡位手感及伴随的发响时机加以分析。
(1)变速杆操纵沉重或偏离挡位位置方可挂入挡位时，均由操纵机构故障所致。
如是机构失调，则按规定调节拉杆长度和位置;如是机件磨损或变形，则应更换磨损或变形机件。
(2)当挡位手感正确，在挂二挡、三挡或四挡、五挡时困难或有轻微响声，则为同步器损坏，大多是锥环底面接触，摩擦锥面未接触，摩擦效果降低所致。
(3)当在运行中，空挡滑行发现变速器内有“咯、咯”响声，挂挡瞬间也有同样声响且挂挡困难，其原因大多是同步器散架。
(4)在四挡、五挡挂挡时困难，常有两次拨程的感觉，则是拨叉和拨叉槽磨损过度造成的，或同步器锥环变形失效。
四、使用时注意的事项(1)新的或大修后机车，应按说明书要求正确进行磨合试运转后才能投人使用。
机械自动变速器换挡冲击对策研究
中图 分 类 号 ： ４ ３２ ２ Ｕ ６ ．１
文献 标 志 码 Ａ
文 章 编 号 ：０ ５ ２ ５ （０ ２ ３ ０ ６ — ４ １０ — ５０２ １） — ０ ２ ０ ０
要通 过离 合器切 断 与发动 机 的动 力传递 ， 因此 ， 换挡
过 程 越 长 ，将 严 重 影 响 汽 车 动 力 性 ，但 换 挡 时 间过 短 ， ｊ 导 致 “ 同 步 换 挡 ” 产 生 冲 击 ， 响 平 顺 又 － ５ ， 不 而 影
了原 有 的齿 轮传 动 结构 ， 以传 动效 率 高 、 所 油耗 低 、
２ Ｄｏ ｇｅ ｇＭｏｏ ｏｐ ｒｔ ｎＴ ｃ ｎｃ ｌＣ ｎｅ ｈ ｎ４ ０ ５ ， ｈｎ ） ． ｎ ｆｎ ｔｒＣ ｒｏａｉ ｅ ｈ ｉａ ｅ ｔｒ Ｗｕ ａ ３ ０ ６ Ｃ ｉａ ｏ ｊ
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变速箱同步器换挡过程与失效案例分析
变速箱同步器换挡过程与失效案例分析作者：李亚娟来源：《汽车科技》2020年第02期摘要：针对同步器换挡过程中的失效问题，将同步器换挡过程根据同步器设计的关键尺寸按阶段分解，明确各阶段中重要影响参数，总结变速箱设计开发过程中的失效案例，从而解决各种在换挡过程中的失效问题，改进同步器的设计，提升变速箱换挡品质。
关键词：同步器;换挡过程;变速箱中图分类号：U463.2文献标识码：A文章编号：1005-2550（2020）02-0021-05李亚娟毕业于同济大学车辆工程专业，硕士研究生学历，现就职于上海汽车集团股份有限公司，主要研究方向为齿轴及同步器设计，已发表《手动变速箱静态换挡分析及优化研究》、《手动变速箱倒挡卡滞优化研究》。
前言同步器是手动变速箱和双离合自动变速箱实现换挡的重要零部件之一，由于离合器输入端和变速箱输出端具有转速差，同步器通过同步环和齿轮锥面产生的摩擦力矩，保证换挡时齿轮和同步器齿套的转速一致，减少换挡时由于输入输出端转速差导致的冲击，从而消除换挡时的噪声，提高换挡舒适性，同步器结构见图1。
换挡时，驾驶员或者TCU根据驾驶员意图发出换挡指令，以DCT变速箱为例，DCT变速箱的液压机构驱动拨叉带动同步器齿套向档位齿方向移动，齿套推动滑块，滑块弹簧产生的轴向力可以消除同步环摩擦面和齿轮锥面间的油膜，开始建立锥面间的摩擦系数，完成同步器预同步;同步环在产生摩擦力矩时，通过梅角对齿套的轴向移动进行锁止;当同步完成，摩擦力矩消失，齿套可进一步往前移动，克服轴系的阻力矩，完成齿轮结合齿花键的啮合，从而完成换挡实现扭矩的传动。
目前，手动变速箱、DCT变速箱出现过进挡打齿、卡滞、二次冲击、脱档等失效故障，为解决这些问题，需要更清楚的了解同步器同步的过程，将同步器换挡过程按设计原理进行分解，了解故障发生的位置，从而找到改善的方向。
1同步器换挡过程同步器从空挡到进挡过程可以分为以下六个阶段：空挡、分度、同步、齿套穿过同步环、齿套拨动结合齿、进挡，过程示意见图2。
机械式变速器同步器工作运动分析
—科教导刊（电子版）·2017年第15期/5月（下）—160机械式变速器同步器工作运动分析赵康戴明鑫（陕西法士特汽车传动工程研究院陕西·西安710119）摘要本文通过分析机械式变速器换挡结构原理，确定换挡挡位的同步惯量，得到换挡挡位同步惯量的计算公式，确定同步器运动方程式，最后通过实验，验证了该运动方程的准确性，找到了影响同步器性能的影响因素，为变速器的理论计算和设计提供了理论依据。
关键词机械式变速器同步器同步惯量同步力同步时间中图分类号：U463.2文献标识码：A 0引言变速器的换挡性能是对于整车的动力性、燃油经济性、舒适性等都有很大的影响，这就对变速器的换挡性能有了很高的要求。
对于机械式变速器（MT ）、自动机械师变速器（AMT ）及双离合变速器（DCT ）均要考虑变速器换挡时间的大小，对于变速器换挡时间长短的影响因素很多，本文就从变速器的理论计算和试验验证等方面给予研究分析。
1同步器工作运动方程同步器在机械式变速器换挡过程中起到换挡平顺、快捷、冲击小的作用。
特别在同步器同步的过程中，可以依据同步器的运动方程式来研究同步器的性能。
（1）公式（1）中：F 同步力；摩擦系数；i 同步器摩擦面数量（i=1、2、3）；R i 摩擦锥环半径；i 锥环锥面角；M m 同步扭矩；J r 换算到目标挡位处的同步转动惯量；△W 转速差；t 形成同步时间或同步转速差所需要的时间；M Z 搅油阻力矩，升挡为负值，降挡为正值。
通过公式（1）可以得到：影响同步器同步时间和同步器力的参数，除同步器自身结构参数外，还与J r 换算到目标挡位处的同步转动惯量、△W 同步过程转速差、M Z 搅油阻力矩。
2换算到目标挡位处的同步转动惯量的确定变速器在同步过程中各挡位同步惯量对同步时间或者同步力影响很大，所以变速器的惯量对于变速器性能影响很明显，同时变速器一旦制造定型，变速器惯量就成为定值，它不仅影响换挡的性能及舒适性，也影响整车的动力性、燃油经济性、及NVH 分析与研究。
变速箱同步器换挡打齿问题研究
7510.16638/ki.1671-7988.2021.012.022变速箱同步器换挡打齿问题研究张 瑞（上海汽车集团股份有限公司技术中心，上海 201804）摘 要：换挡打齿为同步器失效模式之一，其影响因素较多。
文章介绍了同步器的结构，并搭建了问题系统分析流程，并从同步性能、总成间隙及摩擦材料特性等角度多维度分析，为换挡打齿失效问题提供解决方案及建议。
关键词：同步器；换挡打齿；总成间隙；摩擦特性中图分类号：U463.212+.41 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2021)12-75-03Research of Gear Clash Issue in Transmission Synchronizer SystemZHANG Rui（SAIC Motor Technical Center, Shanghai 201804）Abstract: Gear clash is one common failure mode for synchronizer system, which has many influencing factors. This paper introduces the structure of the synchronizer, and sets up the system analysis flow for problem solving. Synchronizer performance, assembly clearance and friction material characteristics are used to solving the gear clash issue. Keywords: Synchronizer; Gear clash; Tolerance stack; Friction materialCLC NO.: U463.212+.41 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2021)12-75-03前言同步器是汽车变速器中的关键零部件。
机械式变速器换挡优化理论分析
（ ． ｙ ａ ｏｙｅ ｈ ｉ ，Ｈｅ ｕ ｎ ５ ０ １ Ｈｅ ｕ ｎ Ｐ ｌｔｃ ｎｃ ｙ ａ ０ ０，Ｃ ｉａ ． ｉｎ ｘ ｇ ｉｕｔｒｌＵｎｖ ｒｉ ｃ ｏ ｌｏ ｏ ａｉｎ ｌ １ ７ ｈ ｎ ；２ Ｊａ ｇ ｉＡ ｒ ｌ ａ ｉｅｓ ｙ ｓｈ ｏ ｆＶ ｃ ｔ ａ ｃ ｕ ｔ ｏ ａ ｄＴ ｃ ｎｃ ｌ ｎ ｅ ｈ ｉａ ，Ｎａ ｃ ａ ｇ３ ０ ４ ｎ ｈ ｎ ３ ０ ５，Ｃ ｉａ ｈｎ ）
同步器换挡原理
同步器换挡原理
同步器是一种用于手动变速器的装置，它的作用是使得换挡更加平滑和容易。
同步器的原理是利用摩擦力和惯性力来使得齿轮之间的速度差逐渐减小，从而实现换挡。
同步器的结构主要由同步器套、同步器锥、同步器齿、同步器弹簧和同步器环等部分组成。
当驾驶员将换挡杆推入变速器时，同步器套会与齿轮轴上的同步器锥接触，从而使得同步器锥开始旋转。
同时，同步器齿也会与齿轮上的齿轮齿接触，从而使得齿轮开始旋转。
在同步器套和同步器锥接触的同时，同步器弹簧也会被压缩，从而使得同步器环开始旋转。
同步器环上有一些凸起的齿，这些齿会与同步器齿接触，从而使得同步器齿开始旋转。
当同步器齿和齿轮齿的速度差逐渐减小时，同步器弹簧会释放，从而使得同步器环和同步器齿停止旋转。
此时，齿轮已经与同步器齿同步，可以顺利地完成换挡。
同步器的换挡原理可以通过以下几个步骤来简单理解：
1. 驾驶员将换挡杆推入变速器，同步器套与同步器锥接触，同步器锥开始旋转。
2. 同时，同步器齿与齿轮齿接触，齿轮开始旋转。
3. 同步器弹簧被压缩，同步器环开始旋转。
4. 同步器环上的齿与同步器齿接触，同步器齿开始旋转。
5. 齿轮和同步器齿的速度差逐渐减小，同步器弹簧释放，同步器环和
同步器齿停止旋转。
6. 齿轮已经与同步器齿同步，可以顺利地完成换挡。
同步器的换挡原理虽然看起来比较简单，但是实际上需要精密的设计
和制造。
同步器的性能直接影响到手动变速器的换挡质量和驾驶体验，因此在汽车制造中具有重要的地位。
换档结合过程同步器性能分析及仿真
每个档位，每个同步器计算时，首先要计算 转换至同步器主被动部分的转动惯量和阻力 矩，计算复杂，程序编制麻烦。这次推导则
２同步器性能分析和仿真理论研 究
把转动惯量、力矩统一向输入轴和输出轴转
换，故计算公式采取统一的形式，对具体换 档系统其特征参数都是常数，计算公式中仅 出现三个变量：换出档的速比，换入档的速
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＋Ｍｃ｝～
Ｍ，０＿一转换至变速箱输出轴的行驶阻力矩
２ １ ２通过同步时间计算同步力矩
掣一删 上任一， 一ｋＦ
其中
Ｍｃ，—一离台器额定扭矩容量 ５Ｄ：幽
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ｔ。，是用最人允许换档力ｆＲ］算出的升、降档
同步时间ｔ。。 ２ ３寿命及耐久性
２ １．３通过同步力矩Ｍｓ计算接合套轴 向作用力Ｆｓ及换档操纵杆上的操纵力Ｆｈ
变速箱换档潜力较大，离台器分离是否彻底 和仿真皆以人众Ｂ５轿年变速箱作为被测变
对换挡影响较小，各档同步器不会发生不同 速箱，试验反复对一ｉ二档同步器进行测试，
步啮合和抱死分不开现象。跳档时，同步性 图２是１５０００次后的测试结果。翻１仿真的
能及换档品质等迅速恶化。这些表明，此变 是ｊ档和＿二档同步器之间的换档结合过程，
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机械式变速器同步器换挡性能的分析
作者：张贵棣
来源：《商情》2017年第12期
（河海大学文天学院）
【摘要】随着人民生活水平不断的提高，人民对于汽车不单是将它作为一种代步的工具，而是对汽车的驾驶舒适性和操纵稳定等性能的要求越来越高，而变速箱性能的好坏直接影响汽车的操纵舒适性、行驶安全性。
同步器作为变速箱里面的一个关键部件，能避免变速箱在换挡过程中引起花键的冲击，提升驾驶员的换挡效率。
因此，如何提升同步器换挡的舒适性和性能便成为变速箱同步器研发的重点。
【关键词】机械式变速器同步器换挡性能
1.同步器换挡研究背景
21 世纪是汽车工业飞速发展的时代，众所周知，作为一个综合性的工业，汽车工业反映了一个国家的综合工业水平，每时每刻都在改变着人类的生活。
在历史的进程中，由工业化到现代化的转变中，每个经济强国无不都是依靠汽车工业来完成这一进程。
随着国民经济的迅速发展，我国对汽车的需求量越来越大，2016年，乘用车共销售2437.69万辆，同比增长14.93%，增幅高于上年7.63个百分点。
另一方面，随着人民生活水平的不断提高，人民对于汽车不单是将它作为一种代步的工具，而是对汽车的操纵稳定性和驾驶舒适性等性能的要求越来越高。
因此，近年来各大汽车企业已将汽车的研发重心放在提升汽车的质量和性能上，以求在汽车市场占领主导地位。
作为汽车传动系上的主要部件，变速箱的主要功用是将发动机的动力平稳的传递给汽车车轮，根据驾驶员的行驶需要，通过改变里面的传动比来改变行驶的车速。
同步器作为变速箱里面一个关键部件，能避免变速箱在换挡时引起两结合齿轮花键冲击，提升驾驶员的换挡效率，提高齿轮使用寿命。
因此，变速箱的性能和使用寿命与同步器的性能和寿命是密切相关的。
所以在保证同步器同步这一基本功能的基础上，在变速箱的设计初期如何提升同步器的换挡性能便成为同步器研发的重点。
2.同步器换挡性能研究现状
变速箱从早期的两脚离合换挡到后面的简单接合套换挡，再到现在的同步器换挡，可以说变速箱换挡经历了从复杂到简单、从慢到快的转变过程。
采用同步器换挡能使换挡平顺、减小换件啮合的冲击、减小换挡时间等优点，如今，几乎所有的手动变速箱都采用了同步器换挡。
这样使得驾驶员在换挡时能够操纵更为简单、轻便，减轻驾驶疲劳强度，提高驾驶安全性。
因此，为了保证变速箱的质量和提高它的市场竞争力，变速箱制造厂商对于同步器的性能研究十分的重视。
作为变速箱里面最重要的性能测试，国内外工程师都对同步器性能开展了广泛的
研究，相关的研究可以具体到仿真研究和同步器换挡性能试验台的研究这两方面。
国内对于同步器的研究起步较晚，加上国内大部分的同步器技术都是从国外引进，同步器的技术主要还是靠消化吸收，随着国内自主企业对变速箱的投资和研发力度加大，国内一些高校和学者也纷纷对同步器进行了研究，并取得了一些研究成果。
同步器性能试验作为变速箱性能测试实验中最重要的试验，受到各个变速箱制造厂家和主机厂的关注。
由于同步器的性能试验主要是模拟整车时的行驶工况，这就要求试验台要与整车各项参数指标要求一致。
而试验台最主要的控制就体现在对电机的控制和换挡机器人的控制，电机的控制模拟汽车输出端的惯量和转速，换挡机械手主要来模拟人工的换挡，这两种控制对于研究同步器的换挡性能有很大的影响。
作为汽车工业的大国，德国、日本、美国这几个国家对试验台的研究这块已走在该领域的前端。
对比国内外的研究可以看出，对于同步器的换挡性能的研究无论是在台架还是仿真中都是要建立整个换挡过程来模拟实际换挡工况，以便从整体上评价同步器的换挡性能。
因此，通过建立变速箱的换挡过程模型模拟人工换挡来对同步器的换挡性能进行评价依旧是很好的研究课题。
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，为了能使换挡响应迅速无冲击，高汽车的动力性和驾驶舒适性，几乎所有的车中均采用了同步器。
变速箱换挡从早期的两脚踩离合到后期的同步器换挡主要经历了常压式同步器、惯性式同步器、惯性增力式同步器等几种类型。
当前，绝大多数的变速箱同步器均是采用惯性式同步器。
由于它能够保证变速箱在换挡时目标档位齿轮转速与齿套的转速在未同步之前不能完成换挡，进而能避免造成花键的冲击，因此被广泛的运用到汽车变速箱中。
本文以惯性式同步器为例，分析其工作原理。
由于惯性式同步器在设计时保证了作用在同步环上的拨环力矩小于摩擦力矩，齿套锁止面与同步环锁止面在输入输出端的转速未达到同步前一直贴合，使得齿套的花键和同步环的花键不能立即啮合，因此惯性式同步器能从根本上解决未同步就啮合这一情况，减少了换挡时的花键冲击和换挡噪声。
4.惯性式同步器换挡过程
换挡过程分为预同步、同步、拨环转动、自由运动、连接阶段、档位位置六个阶段。
换挡前，由于换挡机构上面一系列的弹性元件使得齿套和拨叉等换挡件处于空挡位置，换挡时，驾驶操纵者手上的力作用在操纵手柄上，通过一连串的外部换挡机构、拉线等装置消除相关的间隙将力传递到拨叉上，拨叉再将力传递给齿套，作用在齿套上的力使压在钢球槽的滑块发生移动，使得滑块顶到同步环，使同步环的摩擦锥面和齿圈的摩擦锥面相互摩擦，这时同步环转动一个角度，齿套克服钢球弹簧的弹力向前移动并与同步环的锁止面相贴合。
随着驾驶员的力加大，这时两摩擦面的摩擦加剧，当两者的转速达到同步后，摩擦力矩消失，同步环回转一个角度，齿套与同步环相啮合，齿套跨过同步环，继续轴向的移动和从动齿轮上的结合齿圈相啮合，最终完成换档。
惯性式同步器主要有三个功能机构，分别为定位功能、锁止功能、同步功能机构。
定位功能机构主要指的是齿套上的钢球槽和滑块，弹簧组成，主要是在预同步过程中起作用，锁止功能机构主要指的是齿套的锁止角和同步环的锁止角，这一机构主要在锁止过程
中起作用，同步功能机构主要有同步环的摩擦锥面和从动齿轮的摩擦锥面组成，主要是在同步过程中起作用，同步机构决定着同步器的性能好坏，是衡量同步器性能的重要标准。
5.结束语
由于个人能力所限，本文并未深入探讨，缺乏有效的仿真方法来对变速箱的换挡性能进行评价。
我会把此作为下一研究目标，更加投入与此。
参考文献：
[1]新华网http：///auto/2017-01/12/c_1120298824.htm
[2]Loeffler J M. Multiple cone synchronizer for vehi-cle transmission： U.S. Patent 5，560，461.。