同步器设计手册

同步器设计手册

前言

汽车变速器中采用同步器，可以保证换档操作迅速、轻便无冲击，延长齿轮和传动系统的使用寿命，提高汽车在换档和加速起步时的动力性和经济性，改善驾驶舒适性的有效措施。同步器技术目前被广泛应用于各种车型上。同步器的应用是机械变速器发展过程中一次质的飞跃，在我国汽车行业标准QC/T29063中明确规定轻型汽车变速器前进档必需装有同步器结构，中型汽车除一档、倒档外，其余各档也必需装有同步器结构。随着同步器技术不断发展，对于提高变速器传动性能，具有十分重要的经济技术意义。

本手册是在综合同步器理论和实践研究的基础上编写而成。本书结构新颖，文字简洁，图文并茂，通俗易懂。内容包括：同步器结构形式，工作原理，设计参数，结构参数，以及影响同步器性能的因素。本手册可供从事汽车变速器的设计、生产、维修人员参考。

本手册经等人员审阅并提出修改意见，在此表示感谢。由于作者水平有限，难免有不足之处，请广大员工提出宝贵意见。

作者

2007/11/16

目录

绪论

第一章同步器的结构形式及其特点

第一节锁销式同步器

第二节锁环式同步器

第三节锁环式多锥同步器

第二章同步器工作原理

第三章同步器设计参数及其计算

第一节转动惯量及其转换

第二节同步力矩 Tc及同步时间

第三节拨环力矩T B

第四节计算实例

第四章结构参数设计

第一节结构参数设计

第二节结构参数设计对换档性能的影响

第三节同步器摩擦材料

第五章影响同步器性能的因素

第一节润滑油对同步器性能的影响

第二节其他对同步器性能的影响

第六章同步器试验

绪论

汽车变速器是汽车传动系中的一个重要部件，它的功能是在不同的使用条件下，改变由发动机传到驱动轮上的转矩和转速，使得汽车得到不同的牵引力和车速，以适应不同的使用条件。同时也可以使发动机在最有利的工况范围内工作。

为保证变速器具有良好的工作性能，对变速器提出以下基本要求：

1.应有合适的变速档位数和传动比，保证汽车具有良好的动力性和经济

性指标。

2.较高的传动效率。

3.应有空档和倒档。

4.换档操纵迅速轻便、工作可靠，噪声小。

在手动机械式变速器中（Manual Transmission 简称MT），同步器是改善换档性能的主要零部件。对减轻驾驶员的劳动强度，使操纵轻便，提高齿轮及传动系统的使用寿命，提高汽车行驶安全性和乘坐的舒适性，改善汽车起步时的加速性和经济性起着重要作用。

现以一个五档变速器为例，说明同步器在换档中的作用。

假如汽车正在二档位置上行驶，则变速器通过发动机传来的动力，经过第一轴

S1

上的齿轮A和中间轴常啮合齿轮B、齿轮P2传递给第二轴上的齿轮S2，使动力输出。这时齿轮P2和齿轮S2的圆周线速度相等，V S2=V P2。当汽车在良好的路面行驶，驾驶员此时要改善汽车行驶的经济性，要从二档换到三档上行驶，这时驾驶员就要把齿轮S2和P2分开，而把齿轮S 3和P3接合上。此时中间轴上的齿轮P3的直径要比P2大。由于中间轴传动角速度ω不变，则V p3＞V P2。同理，由于第二轴上的齿轮S3的直径小于S2的直径，V S3＜V S2。如果在时间t内踩离合器，由于第二轴与驱动桥、后轮、整车相连，转动惯量很大，齿轮的速度不可能很快降下来。这样，在时间t内，齿轮S2和S3的圆周线速度不相等，见图2所示。要经过相当长的时间t x，等后轮轴停止后，齿轮S2和S3的圆周线速度相等，同时为零。

对于中间轴，是齿轮A、B随第一轴即离合器而转动。由于这一段的转动惯量小，离合器分离后，会在很短时间t′x内停止转动，V p3和V P2很快随第一轴的停止而趋于零。

当中间轴与第二轴以不同的速度降低的过程中，齿轮P3和S3圆周线速度相等，驾驶员就要巧妙地抓住这段时间，把齿轮P3和齿轮S3接合上。所以在低档换高档的过程中，全靠驾驶员的熟练操作和丰富经验，同时注意力也要特别集中。

对于二档换一档的退档过程中，同理是齿轮P1和S1的减速度要比齿轮P2和S2要大。所以高档换低档是极其复杂的。在分开二档齿轮之前，齿轮S1的圆周线速度V S1比齿轮S2、P2、P1要大，如图3所示，齿轮P2和P1在 t′x时趋于零，齿轮S2和S1在 tx时趋于零，他们之间相距很大。根本不能相交，齿轮P1和S1圆周线速度永远没有相等的时间。所以，要想在瞬间内使这两个齿轮直接相啮合是不可能的。必须采取一种辅助方法使齿轮P1和S1圆周线速度接近。这就是通常的做法“两脚离合器”：

第一步踩下离合器踏板；

第二步将排档杆移至空档位置；

第三步再松开离合器踏板，稍加油门从a→b，使齿轮p1速度增高并超过齿轮S1的速度线。

第四步再踩下离合器踏板b→C，使齿轮p1速度迅速下降，在C点迅速换档。

这样就找到了时间t 2点，使齿轮P1和S1圆周线速相等。在这个过程中，驾驶员不但要有高超的实践经验和操作技能，而且劳动强度也很大。

汽车机械式变速器安装了同步器之后，就不需要“两脚离合器”的操作。减轻

了驾驶员的劳动强度，减少换档时齿轮间的撞击，能准确无误地换档，增加了舒适性。

同步器发展仅有数十年的历史。自1912年奥地利的Humohries提出了采用摩擦式同步器之后，直到1926年才装到美国凯迪莱克汽车上。从此之后使用范围不断扩大，到目前为止凡是手动机械式汽车变速器都使用了同步器。

同步器自问世以来，结构在不断变化，工作性能也在日趋完善。近些年来国外在同步器研究、设计、制造方面发展很快。我们在自主研发、制造与国外相比还存在很大差距，同步器的性能和可靠性还不能满足使用要求。因此我们要加强同步器方面的研究，缩小差距，力争赶超和超过国外先进水平。

第一章同步器的结构型式及其特点

汽车变速器中使用同步器，可以保证换档时齿轮不受冲击，延长齿轮的使用寿命，使汽车在起步、换档时的加速度和经济性得到改善。换档时加在齿套上的轴向力经柱销（或滑块）推动同步环使锥面相接触产生摩擦力矩，借此改变被啮合齿轮的转速以达到同步。

早期开发的同步器为常压式同步器，有锥形和片式两种。由于它不能保证被啮合齿轮在同步状态（即角速度相等）下实现换档，不能从根本上解决换档时啮合冲击问题，所以这种同步器目前已被淘汰。

目前汽车上广泛使用的惯性式同步器，主要有：锁销式同步器；锁环式同步器；锁环式多锥面同步器。除此以外还有增压式同步器。由于这种同步器对材料、热处理及制造精度均要求较高，目前国内采用较少。近几年来国外还开发了一种杠杆式同步器，主要用于倒档。这种同步器还处于试验状态中。下面分锁销式同步器、锁环式同步器、锁环式多锥面同步器逐一介绍。

第一节锁销式同步器的结构特点

锁销式同步器一般用于中型载货汽车上，图1是我公司生产的LC6T46二档同步器。同步器内锥盘2与二档齿1焊接成一整体，锁销4与二档同步环3以及同步器保持环6（一档不带同步器，所以一档这一侧用了同步器保持环，）铆接成一整体，齿套5穿过三个锁销4和三个同步器导向柱8安装在齿毂9上，齿毂则通过花键与二轴7相连接。在齿套的导向柱孔内，安装了三只与导向柱相垂直的同步器弹簧和钢球，整个同步器有十五个零件组成。

换档时，拨叉拨动齿套5带动有弹簧卡住的同步环3压向与被同步的齿轮连接成一起的同步器内锥盘2的内锥面。由于力F的作用以及转速差的存在，内外锥面一经接触就产生摩擦力矩。在摩擦力矩刚产生的同时，齿套5开始转动（齿套上的柱销孔与同步器柱销直径存在一定的差值），柱销4偏移压向齿套与柱销的共同斜面上，当摩擦锥面上产生摩擦力矩后，被同步的齿轮开始减速（或加速），在同步锥面上有摩擦。