汽车同步器齿环相关设计参数分析
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Ｍ
时 ，齿套 无法 越 过 齿 环 和 ｚ ， ： ｔ ＝ 合 齿 ，一般 用等 式 ：： ≥１ ｉ Ｖ ／Ｓ 在 同步 器 的设 计 中 ，拔 环 力 矩 与 梅 角 和 换 挡 轴 向 力 的 关 系可 由 图 ２和 图 ３推 导 得 出 。
ｄ
Ｍｓ ＝Ｆ ． ÷
１ 建立 同步器 同步摩擦力矩 数 学模 型
如图 １所示 为齿 环与 中 间环 形成 的摩 擦 副 ，通 过 力 的分 析 ，同步器齿环与 中间环有速 度差 时相互 间将会 产生摩 擦 力， 产生的摩擦力形成摩擦力矩带动相关的齿轮 加速或减速 以与 同
步 齿 套 速 度 相 同 ，然 后 完 成 换 挡 。
Ｆ．＝Ｆ ．一Ｆ
（ １ ） （ ２ ）
（ ３ ）
＝
图１ 齿 环与 中 间环形 成 的摩擦 副示 意 图
Ｆ Ｎ Ｃ Ｏ Ｓ 譬 ． ＝ Ｆ ． ｓ ｉ
ＦＲ ＝／ ｘ ｓ ‘Ｆ
ＴＡＮＧ Ｚｈ ｏ ｎｇ ｒ ｏ ｎ ｇ． ＺＨ ＡＮＧ Ｙｉ
（ Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ｏ ｂ ｉ ｌ ｅ Ｇ ｅ ａ ｒ ｗ０ ｒ ｋ Ｃ ｏ ． ，Ｌ ｔ ｄ ． ，Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ １ ８ ２ ２ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｓ ｈ ａ ｔ ｆ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｉ ｓ ｏ ｎ ｅ ｏ ｆ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ ｅ ｓ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｈ ａ ｎ ｄ ｌ ｉ ｎ ｇ ．Ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ａ ｕ ｔ ｏ ｆ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｈ ｇｔ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ． Ｔｈ ｅ ｉ ｎ ｌ ｆ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｓ ｈ ａ ｆ ｔ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｆ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｉ ｎ ｇ ｗ ａ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ． Ｈｏ ｗ ｔ ｏ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｓ ｕ ｉ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｆ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｉ ｎ ｇ ｗ ａ ｓ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ ．
０ 引言
随着我 国汽车工业的不断发展 ，大量 的轿车进入 家庭 ，驾
驭 者 对 整 车 操 控 的 要 求 也 愈 来 愈 高 ，在 保 证 汽 车 正 常换 挡 的 情
分析 图 １ 可建立如下方程 ：
Ｆ ＝Ｆ¨． ÷
ＦＲ ＝Ｆ ・ Ｍ Ｋ＝ ＦＲ ・ｄ
况下 ，换挡力愈小表 明整车的操控性愈 好 ，其中 同步器 齿环 的 设计合理与否 ，对变速器换挡力有着重要 的影响。作者将 探讨 同步齿环相关设计参数与换挡力之 间的关系。设计 同步器 时对 影响同步器性能的参数众多 ，其中与换挡 力有重要关联 的参数 有齿环梅角 、摩擦因数 、配合锥面的锥角等。
同理 可得 出多锥面形成的摩擦 副中的摩擦力矩方程 ：
Ｍ ÷ 厶 （ 、 ｓ ｌ ｎ ｏ ｔ ＋ ｓ １＋ ｓ ｌ ｎ ｏ ￣ ３ ）
１ｎ Biblioteka １ ， ２ 建立同步器 同步拔环 力矩 数 学模型
根据 同步器 的工作原理 ，为了保证同步器各 接触锥面在 轴 向滑动过程 中有一 致 的动 摩擦 力，则 同步 齿环 上 的同步 力 矩 肘 必须大于 拔环 力矩 ，即保 证 和摩 擦副 之 间还 有速 度 差
汽 车 同 步 器齿 环 相关 设 计参 数 分 析
唐 忠 荣 ，张翊
（ 上海 汽 车变速 器有 限公 司传 动 系统设 计 工程公 司 ，上 海 ２ ０ １ ８ ２ ２ ）
摘要 ：变速器换挡力 的大小是评价 整车操控性的重要指标之一 ，汽车 同步 器齿 环 的设计 合理 与否 ，对 变速器换挡 力有重 要影 响。分 析同步器齿环工作过程 中相关参 数对 换挡力的不 同影响 ，对在设计 中寻求较合 理的同步齿环相关 参数进行了探讨 。 关键词 ：汽车 同步齿环 ；齿环梅角 ；摩擦 因数 ；锥角 ；换挡力 Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｎ Ｒｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｐａｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ Ａｕ ｔ ｏ Ｔｒ ａ ｎｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｆｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｒｉ ｎｇ
Ｍ Ｋ＝ Ｆａ ‘ 。ｄ ・ ２
ｓ ｉ ｎ ｃ ￣
式中 ：Ｆ 为法 向力 （ Ｎ） ；Ｆ 为轴向换挡 力 （ Ｎ） ；Ｆ 为摩擦 力
（ Ｎ） ；Ｍ 为 锥 面 上 的摩 擦 力矩 （ Ｎ・ ｉ ｆ ｎ ｎ ） ； 为锥 面 上 的滑 动 摩擦 因数 ；ｄ为锥 面 作 用 力 名 义 直 径 （ ｍ ｍ） ；ｏ ｔ 为锥 面 角度 。
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ： Ｆ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｉ ｎｇ； Ｒｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｅ ｔ ｈ ａ ｎ ｇ ｌ ｅ； Ｆ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏｎ ｃ ｏ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎｔ ； Ｃｏ ｎｅ ａ ｎ ｇ ｌ ｅ； Ｓ ｈ ａ ｆ ｔ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ
时 ，齿套 无法 越 过 齿 环 和 ｚ ， ： ｔ ＝ 合 齿 ，一般 用等 式 ：： ≥１ ｉ Ｖ ／Ｓ 在 同步 器 的设 计 中 ，拔 环 力 矩 与 梅 角 和 换 挡 轴 向 力 的 关 系可 由 图 ２和 图 ３推 导 得 出 。
ｄ
Ｍｓ ＝Ｆ ． ÷
１ 建立 同步器 同步摩擦力矩 数 学模 型
如图 １所示 为齿 环与 中 间环 形成 的摩 擦 副 ，通 过 力 的分 析 ，同步器齿环与 中间环有速 度差 时相互 间将会 产生摩 擦 力， 产生的摩擦力形成摩擦力矩带动相关的齿轮 加速或减速 以与 同
步 齿 套 速 度 相 同 ，然 后 完 成 换 挡 。
Ｆ．＝Ｆ ．一Ｆ
（ １ ） （ ２ ）
（ ３ ）
＝
图１ 齿 环与 中 间环形 成 的摩擦 副示 意 图
Ｆ Ｎ Ｃ Ｏ Ｓ 譬 ． ＝ Ｆ ． ｓ ｉ
ＦＲ ＝／ ｘ ｓ ‘Ｆ
ＴＡＮＧ Ｚｈ ｏ ｎｇ ｒ ｏ ｎ ｇ． ＺＨ ＡＮＧ Ｙｉ
（ Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ｏ ｂ ｉ ｌ ｅ Ｇ ｅ ａ ｒ ｗ０ ｒ ｋ Ｃ ｏ ． ，Ｌ ｔ ｄ ． ，Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ １ ８ ２ ２ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｓ ｈ ａ ｔ ｆ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｉ ｓ ｏ ｎ ｅ ｏ ｆ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ ｅ ｓ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｈ ａ ｎ ｄ ｌ ｉ ｎ ｇ ．Ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ａ ｕ ｔ ｏ ｆ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｈ ｇｔ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ． Ｔｈ ｅ ｉ ｎ ｌ ｆ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｓ ｈ ａ ｆ ｔ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｆ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｉ ｎ ｇ ｗ ａ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ． Ｈｏ ｗ ｔ ｏ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｓ ｕ ｉ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｆ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｉ ｎ ｇ ｗ ａ ｓ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ ．
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随着我 国汽车工业的不断发展 ，大量 的轿车进入 家庭 ，驾
驭 者 对 整 车 操 控 的 要 求 也 愈 来 愈 高 ，在 保 证 汽 车 正 常换 挡 的 情
分析 图 １ 可建立如下方程 ：
Ｆ ＝Ｆ¨． ÷
ＦＲ ＝Ｆ ・ Ｍ Ｋ＝ ＦＲ ・ｄ
况下 ，换挡力愈小表 明整车的操控性愈 好 ，其中 同步器 齿环 的 设计合理与否 ，对变速器换挡力有着重要 的影响。作者将 探讨 同步齿环相关设计参数与换挡力之 间的关系。设计 同步器 时对 影响同步器性能的参数众多 ，其中与换挡 力有重要关联 的参数 有齿环梅角 、摩擦因数 、配合锥面的锥角等。
同理 可得 出多锥面形成的摩擦 副中的摩擦力矩方程 ：
Ｍ ÷ 厶 （ 、 ｓ ｌ ｎ ｏ ｔ ＋ ｓ １＋ ｓ ｌ ｎ ｏ ￣ ３ ）
１ｎ Biblioteka １ ， ２ 建立同步器 同步拔环 力矩 数 学模型
根据 同步器 的工作原理 ，为了保证同步器各 接触锥面在 轴 向滑动过程 中有一 致 的动 摩擦 力，则 同步 齿环 上 的同步 力 矩 肘 必须大于 拔环 力矩 ，即保 证 和摩 擦副 之 间还 有速 度 差
汽 车 同 步 器齿 环 相关 设 计参 数 分 析
唐 忠 荣 ，张翊
（ 上海 汽 车变速 器有 限公 司传 动 系统设 计 工程公 司 ，上 海 ２ ０ １ ８ ２ ２ ）
摘要 ：变速器换挡力 的大小是评价 整车操控性的重要指标之一 ，汽车 同步 器齿 环 的设计 合理 与否 ，对 变速器换挡 力有重 要影 响。分 析同步器齿环工作过程 中相关参 数对 换挡力的不 同影响 ，对在设计 中寻求较合 理的同步齿环相关 参数进行了探讨 。 关键词 ：汽车 同步齿环 ；齿环梅角 ；摩擦 因数 ；锥角 ；换挡力 Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｎ Ｒｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｐａｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ Ａｕ ｔ ｏ Ｔｒ ａ ｎｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｆｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｒｉ ｎｇ
Ｍ Ｋ＝ Ｆａ ‘ 。ｄ ・ ２
ｓ ｉ ｎ ｃ ￣
式中 ：Ｆ 为法 向力 （ Ｎ） ；Ｆ 为轴向换挡 力 （ Ｎ） ；Ｆ 为摩擦 力
（ Ｎ） ；Ｍ 为 锥 面 上 的摩 擦 力矩 （ Ｎ・ ｉ ｆ ｎ ｎ ） ； 为锥 面 上 的滑 动 摩擦 因数 ；ｄ为锥 面 作 用 力 名 义 直 径 （ ｍ ｍ） ；ｏ ｔ 为锥 面 角度 。
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ： Ｆ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｉ ｎｇ； Ｒｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｅ ｔ ｈ ａ ｎ ｇ ｌ ｅ； Ｆ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏｎ ｃ ｏ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎｔ ； Ｃｏ ｎｅ ａ ｎ ｇ ｌ ｅ； Ｓ ｈ ａ ｆ ｔ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ