同步器设计实例

已知条件：

离合器从动片结构尺寸。

变速器档位数、档位排列及各档速比。

变速器各档位齿轮的结构尺寸。

变速器中心距。

匹配发动机最大功率时转速。

1．同步器理论设计计算：

1）转动惯量的计算：换档过程中依靠同步器改变转速的零部件包括：离合器从动片、一轴、中间轴、与中间轴齿轮相啮合的主轴上的常啮齿轮。统称为同步过程的输入端。（见同步系统简图）而输入端的转动惯量Jc的计算步骤是：首先计算上述相关零部件的转动惯量，而后按不同的档位转换到被同步的档位齿轮上去。

园柱体盘式零件的转动惯量计算公式为;

实心J=Q×D2/8g=（γ×π/32g）×D4×L

空心J=Q×（D2-d2）/8g

=（γ×π/32g）×（D2+d2）×（D2-d2）

式中：Q—零件重量（克）

D—零件外径（厘米）

d—零件内径（厘米）

g—重力加速度（980厘米/秒2）

γ—材料比重（钢：7.85克/厘米3）

L—零件厚度（厘米）

转动惯量的转换：基本公式为

J换=J×i=J×主动齿轮齿数/从动齿轮齿数

各档的总转动惯量ΣJ，需要将各相应零件的转动惯量转到被同步的零件上。

ΣJ=J+J换

2）角速度差Δω的计算：在理论设计计算中，一般是按角速度差的最大值计算。所以只有假设在两个角速度中有一个是相当为发动机最大功率时的转速的值，才是同步过程中的最大角速度差。

a.低档换高档：此时汽车处于加速过程，可以假定与整车相连的输出端（二轴及同步器齿套）换档时转速不变，仍为换档前的低档转速。而输入端（被同步齿轮）的转速则高于输

出端转速。输入端需要减速才能同步。只有假定换档前输入端的转速是相应于发动机最大功率的转速n N，才能得到角速度差的最大值Δωmax。所以：

ω出=（2×π×n N/60）/i低

ω入=（2×π×n N/60）/i高

Δωmax=ω入-ω出= 2×π×n N/60×（1/i高-1/i低）

b）高档换低档：此时汽车处于减速过程，亦可以假定与整车相连的输出端（二轴及同步器齿套）换档时转速不变，仍为换档前的高档转速。而输入端（被同步齿轮）的转速则低于输出端转速。输入端需要加速才能同步。只有假定换档前输入端的转速是相应于发动机最大功率的转速n N，才能得到角速度差的最大值Δωmax。所以：

ω出=（2×π×n N/60）/i低

发动机在换档前的角速度ω发为：

ω发=ω出×i高=（2×π×n N/60）×i高/i低

输入端（被同步齿轮）换档前的角速度为：

ω入= ω发/i低= （2×π×n N/60）×i高/i2低

Δωmax=ω出-ω入

= 2×π×n N/60×（1/i低-i高/i2低）

2. 锁环式同步器的结构参数、尺寸设计计算：

根据同步器计算基本方程式（5）：

P×μ×R锥/Sinα= Jc×Δω/ t

按已知条件：同步器输入端转动惯量Jc、角速度Δω均可计算出，而同步时间t一般在同步器设计时可取t = 0.5（S）。

根据式（5），即可计算出所需的同步摩擦力矩Mf值。

根据式（4）：

Mf = P×μ×R锥 / Sinα

其中：

换档力P —为了换档轻便，力P应有所控制。按汽车行业标准QC/T 29063—1992中的有关规定：

轻型车中型车重型车

400N（最大） 500N（最大） 620N（最大）

同步锥面摩擦系数μ：在同步器设计计算时一般可取μ= 0.1

同步锥角α：同步摩擦力矩Mf可随着α角减小

而增大，但α角的极限取决于锥面

角避免自锁的条件，即：

tgα≥μ（见后说明）

根据式（4）：可得

R锥= Mf×sinα/P×μ（7）

同步环结构参数及尺寸的确定：（图10）

D—分度圆直径φ—同步环大端直径

α—同步环锥面角 B—同步环锥面宽

由图9可推算出：

φ= 2R锥+ B×tgα（8）

考虑到同步环本身的强度和刚性，根据统计数据和经验，设计时可按下式初步确定同步环接合齿分度圆直径：

D = φ/0.8～0.85 （9）

考虑到同步环的散热和耐磨损，提供足够大的锥面面积。设计时推荐按下述经验公式确定同步锥面宽B：

B = （0.25～0.40）R锥（10）

在初步确定分度圆直径D后，即可按表1选取相近的渐开线花键参数：模数m 、齿数Z。表一

3．锁环式同步器的基本尺寸：

1）锥面角α：由式（4）可知，α越小则摩擦力矩Mf越大。但α小到一定程度时，将发生两个摩擦锥面抱死分不开的现象。

-

在两锥面达到同步以后，这时换档力P还在作用着，则：

P = N×sinα+μs×N×cosα

式中：μs—两锥面间的静摩擦系数

当完成同步换档且换档力P=0 时，同步环内锥面应脱离同步锥体外锥面，此时摩擦力μs×N 的方向就反过来了。它有阻止同步环脱开，或是说有使两锥面之间互相抱死的趋势。只有在保证下列条件时，才能避免两锥面间发生抱死分不开的现象。即N×sinα＞

μs×N×cosα

tgα＞μs （11）

由于摩擦系数μs在设计计算时推荐采用0.10,故锥面角α一般可取6°～7°30′.对多锥面同步器，由于摩擦力矩有足够大，锥面角可取8°或8°30′。

2）同步环的几个结构尺寸：

a.摩擦锥面的平均半径R锥和同步锥环的径向厚度W：

R锥和W的大小，都受到变速器齿轮中心距和相关零件结构及空间尺寸的限制。设计时应在许可范围内，R锥和W都应该越大越好。R锥越大则同步摩擦力矩Mf也就越大。而W大小则与同步锥环的强度和刚性有关。W越大则锥环的强度就越大而且不容易变形，保证锥环在长期工作中不易损坏。

c.同步锥环的工作面宽度B：