同步器工作原理

同步器工作原理

一、无同步器时变速器的换档过程采用移动齿轮或接合套换档时，待啮合的一对齿轮（或接合套与接合齿圈上相应的内、外花键齿）的圆周速度必须相等（同步），方能平顺地进入啮合而挂上档。若在二齿不同步时即强制挂档，将使二齿间发生冲击和噪声．影响齿的工作寿命，甚至折断。

为使换档平顺，驾驶员应采取合理的换档操作步骤，现以图 10—2—1 所示无同步器的五档变速器中W、V档（V档为直接档）互换的过程说明其原理。

从低速档（W档）换人高速档（V档）。在W档时，接合套3与齿轮4上的接合齿圈

啮合，两者接合齿圆周速度相等，即V V。欲从W档换入V档，驾驶员应先踩下离合器踏板，使离合器分离，随即通过变速杆等将接合套 3左移，挂入空档，此时仍

V3 V4。而i4 1，所以W档齿轮的圆周速度低于齿轮 2的圆周速度，即

V V

。所以在空档瞬间，V3 V2，为避免齿轮冲击，不应立即桂人V档，应先在空档2

停留片刻。在空档位置时，接合套 3 与齿轮 2 的圆周速度均在下降。但由于齿

轮2与副轴及其齿轮、第一轴和离合器从动盘相连惯性很小，故V2下降较快，

而接合套3与整个汽车相连惯性很大，故V下降较慢。这样，虽然V2原先大于V，但由于下降得比V3快，故在变速器推入空档的某个时刻，必然会有V V2（同步）的情况出现。最好能在V3 V2的时刻使接合套左移挂入V档。若与齿轮2相联系的一系列零件的惯性越小，则V2下降得越快，达到同步所需的时间越少，并且在同样速度差的情况下．齿间的冲击力也越小，所以离合器从动部分转动惯量应尽可能小一些。

从高速档（V档）换入低速档⑴档）。变速器在V档工作以及刚从V档推到空档时，

接合套3与齿轮2的花键齿圆周速度相同，即V V，同时V4 V2（理由同前），

故V3 V4。但退入空档后，由于V4下降得比V3快，根本不可能出现V3 V的情况；相反，停留在空档的时间愈久，两者差值将愈大。所以驾驶员应在分离离合器并使接合套 3 右移至空档之后，随即重新接合离合器，同时踩一下加速踏板（加空油），使发动机连同离合器从动盘和第一轴一同加速到第一轴及齿轮 2的圆周速度高于接合套圆周速度，即V4 V，然后再分离离合器等到V V即可持入W档。上述相邻挡位相互转换时所应采取的不同操作步骤，同样适用于移动齿轮换档的情况，因为所依据的速度分析原理是一样的。

以上变速器的换档操作，尤其是从高档向低档的操作较复杂．而且很容易产生轮

齿或花键齿间的冲击。为了简化操作，避免齿间冲击，一般在变速器换档装置中设置了同步器。

同步器有惯性式、常压式和自行增力式等多种，目前广泛采用惯性式同步器。惯性式同步器的构造和工作原理惯性式同步器是依靠摩擦作用实现同步的。除有接合套、花键毂、对应齿轮上的接合齿圈外，还增设了使接合套与对应接合齿圈的圆周速度迅速达到同步的机构，以及阻止两者在达到同步之前接合以防止冲击的结构。

图10—2—2所示为解放CAI09I型汽车的V、W档（直接档）锁环式惯性同步器。花键毂 1 5套装到第二轴上后，用卡环 1 8轴向定位。在花键毂两端与齿圈 3 和9之间，各有一个青铜制成的锁环（同步环）4和 8。锁环上有断续的短花键齿圈，花键齿的断面轮廓尺寸与齿圈 3、 9及花键毂 15上的外花键齿均相同。两个锁环上的花键齿，在对着接合套的一端，都有倒角（锁止角），且与接合套齿端的倒角相同。锁环具有与齿圈 3和9上的锥形摩擦面锥度相同的内锥面，锥面上制出细牙的螺旋槽，以便两锥面接触后，破坏油膜，增加锥面间的摩擦。三个滑块 5 分别嵌合在花键毂的三个轴向槽 b 内，并可沿槽轴向滑动。三个定位销 6 分别插入三个滑块的通孔中。在弹簧 1 6作用下，定位销压向接合套，使定位销端部的球面正好嵌在接合套中部的凹槽 a中，起到空档定位作用。滑块5的两端伸入锁环4和8的三个缺口 c中。锁环的三个凸起部d分别伸人到花键毂的三个通槽 e中，只有当凸起部d位于缺口 e的中央时，接合套与锁环的齿方可能接合。

变速器由V档换入W档（直接档），锁环式惯性同步器的工作过程如图10— 2 —3所示。当接合套刚从V档退到空档时（图10— 2—3a）,齿圈3和接合套7（连同锁环 4）都在其所联系的一系列运动件的惯性作用下，继续沿原方向（图中箭头所示）旋转。设它们的转速分别为n3、n7和n4，则此时n4 n7，n3 n7,即n3 ru。锁坏 4在轴向是自由的，故其内锥面与齿圈 3的外锥面并不压紧。

欲挂入W档，可用拨叉拨动接合套 7,并通过定位销6带动滑块5 一起向左移动。当滑块左锥面与锁环4的缺口 c（图10—2—2）的端面接触时，便推动锁环移向齿圈3,使具有转速差（n3 n4）的两锥面接触压紧产生摩擦作用（图10— 2—

3b）。齿圈3即通过摩擦作用带动锁环相对于接合套超前转过一个角度，直到锁环的凸起部d与花键毂15通槽e的另一侧面接触时，锁环便与接合套同步转动。此时，接合套的齿与锁环的齿错开了约半个齿厚（花键毂通槽宽度为锁环凸起部 d 的宽度加上接合套的一个齿厚A），从而使接合套的齿端倒角与锁环相应的齿端倒角正好互相抵触而不能进入啮合。

显然，此时若要接合套的齿圈与锁环的齿圈接合上，必须使锁环相对于接合套后退一个角度。图10— 2— 3b左上角的局部放大图表示，由于驾驶员始终对接合套施加一个轴向力，使接合套齿端倒角压紧锁环齿端倒角，于是在锁环的锁止角斜面上作用有法向反力N。N可分解为轴向力F1和切向力F2。F2所形成的力矩有使锁环相对于接合套向后退转的趋势，称为拨环力矩。F1则使锁环4与齿圈 3两者的锥面产生摩擦力矩，使二者转速n3与帀迅速接近，并且实际上可认为n4 不变，只是n3趋于n4。这是因为锁环4连同接合套7通过花键毂15与整个汽车相连，转动惯量

大，转速下降慢。而齿圈 3 仅与离合器从动部分联系，转动惯量很小，速度降低较前者快得多。转速高的齿圈 3 与转速低的锁环 4 相互压紧，相互摩擦，直至转速变为一致。在这个过程中，因为齿圈 3 作减速旋转，便产生惯性力矩，其方向与旋转方向相同。此惯性力矩通过摩擦锥面作用到锁环上，力图阻止锁环相对接合套向后退转。亦即在锁环上作用着两个方向相反的力矩，其一

是切向力F2形成的力矩使锁环相对于接合套向后退转的拨环力矩M 2，另一是摩

擦锥面上防止锁环向后退转的惯性力矩M i。在n3尚未等于n4之前，两锥面摩擦力矩的数值与齿圈 3 惯性力矩相等。若M 2 M1 ，则锁环 4 即可相对于接合套向后退转一个角度，以便两者进入啮合。若M 2 M1 ，则两者不可能进入啮合。摩擦力矩M i 与轴向力F的垂直于摩擦锥面的分力成正比，而M2则与切向力F2成正比。F和F2都是法向力N的分力，两者的比值取次于花键齿锁止角的大小。

故在设计同步器时，适当地选择锁止角和摩擦锥面的锥角，便能保证在达到同步（n3 n4 ）之前，齿圈 3 施加在锁环 4 上的惯性力矩M i 总是大于拨环力矩M2 。因而，不论驾驶员通过操纵机构加在接合套上的轴向推力有多大．接合套齿端与锁环齿端总是互相抵触而不能接合。这说明锁环 4 对接合套的锁止作用是齿圈 3 的惯性力矩造成的，此即“惯性式”名称的由来。

只要驾驶员继续加力于接合套上，摩擦作用会迅速使齿圈 3 转速降到与锁环

转速相同，两者开始同步旋转，即齿圈 3 相对于锁环 4 的转速和角减速度均为零，于是其惯性力矩便消失。一旦M 2 M i ，便使锁环 4 相对于接合套向后退转一个角度，使锁环的凸起部 d 又移到花键毂 i5 的通槽中央，两个花键齿圈不再抵触，接合套继续左移，与锁环的花键齿圈进入接合（图c）。锁环的锁止作用即行消失。

接合套与锁环接合后，轴向力 F 不再存在，锥面间的摩擦力矩也就消失。如果此时接合套花键齿与齿圈 3 的花键齿发生抵触，如图 c 所示，则与上述相似，作用在齿圈 3 花键齿端斜面上的切向分力，使齿圈 3 及其相连零件相对于锁环及接合套转过一个角度，使接合套与齿圈 3进入接合（图15— 12d），从而最后完成换挡（由低速挡换入高速挡）的全过程。