变速器操纵系统型式、结构及性能计算
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１ ＋ ｋ ｉ ｋ ｉ ３．同步器摩擦副的材料 同步锥环多用铜基合金制造，轿车同步锥环较薄，宜用锻、精锻成冷挤压工艺加工；货 车的同步锥环较厚，亦可采用压铸工艺。选用材料时既要考虑其摩擦系数又要考虑其耐磨性 以及强度、加工性能等。铝青铜（含铝 ８．５％￣１１．０％）多用于压铸的同步锥环，亦可锻造，其 强度高、耐磨性好、摩擦系数较大而锥面自锁的倾向较小。锰青铜（含锰≤３ 环）锻造的同步 ３ 锥环较多，其强度高、加工性好。硅锰青铜（含硅 ０．％￣１．５％，锰 ２％￣４％）的性能与锰青铜 类似，这种合金结构中的硅化锰使之具有极好的耐磨性。锻造同步锥环也常采用铅黄铜、黄 铜的耐磨性常常优于青铜。近年来出现了高强度、高耐磨性的钢－钼配合的摩擦副，即在钢 或球墨铸铁同步锥环的锥面上喷镀厚约 ０．６￣０．８ｍｍ 的钼，其摩擦系数亦在钢－铜合金摩擦副 的摩擦系数范围内，特别适用于大型汽车的同步器。与同步锥环组成摩擦副的锥表面多与被 同步的传动齿轮及其接合齿做成一体，由低碳合金钢制造，渗碳淬火后表面硬度约为 ＨＲＣ６０。其表面应光洁，粗糙度要求达到２５μｍ。 ４
第二节 变速器操纵系统型式、结构及性能计算 ２．１ 变速器的操纵机构 变速器操纵机构由变速杆、拨叉轴、拨叉、自锁与互锁装置、倒档安全装置等组合于变 速器盖上。应结构简单，操纵轻便，档位清晰，变速杆的换档位置（合理，挂档准确、迅速， 安全可靠（每次只能挂入一个档，不误挂倒档，不自动脱档）。 设计变速器操纵机构应先确定与操纵机构的结构与布置密切相关的换档位置图，它给出 了换档时变速杆的移动路线。确定时主要从换档方便考虑，应按档位次序排列并将常用档尽 量放在中间位置，其他档位放到两边，倒档常与１档组成一排放到最靠边的位置，严防误挂 倒档。 直接操纵是最简单的操纵方案，在各种类型的汽车上得到了广泛的应用。其传统的市置 方法是将变速杆安装在变速器盖上并由驾驶座椅旁的地板伸出，以便司机可直接用手操纵变 速杆进行换档。只有当变速２ｅ布置在驾驶座位附近时直接操纵才能实现。 远距离操纵用于当变速器布置得离驾驶座椅较远时，例如平头的客车和货车等。这时需 通过杆系等换档传动机构操纵变速器。这种杆系传动机构应有足够的刚性，且各连接件间的 间隙应尽量减小，否则换档手感不明显。变速杆支座也应固定在与变速器壳体刚性地连成一 体的机件（如发动机、离合器）上而使操纵不受车架变形和汽车振动的影响。 变速杆力传动比：当变速杆由地板伸出直接操纵时一般为５￣７，当装在转向管柱上时多 用６￣８。 当变速器布置得远离驾驶座椅时，可采用气动、电动或液压等操纵， 自锁装置为档位定位装置，通过弹簧、钢球及拨叉轴上的凹槽定位止自动脱档并保证按 舌齿的全长啮合。 互锁装置防止两档同挂，保证当移动某一拨叉轴时，其他拨叉轴互被锁住。销、球式简 单可靠，另有摆动锁块式、转动锁环式及三向锁销式等。三向锁销式的左右两块锁板各与两 个档的换档拨叉连接，每块锁板可绕其轴转动，而下面的倒档换档摇臂则与倒档拨叉相连。 在这三者中只要有一个转动即挂档，另两个即被锁住不能转动，从而实现互锁。 倒档安全装置又称倒档锁或选档阻力装置。当变速杆头接触倒档锁销开始挂倒档时，要 克服钢球和弹簧的较大阻力，从而产生明显手感而引起注意。 重型汽车有时采用换档助力器，副变速器常用预选－气动式换档机构，利用装在变速杆 上的扳钮或电开关，预选副变速器档位，待踩下离合器踏板或将主变速器换于空档时，由压
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＇ Ｒ ——锁止面的平均半径。 通常在２６°￣４０°范围内。 （５）同步时间ｔ Ｔ 与轴向椎力Ｆ ａ 为换档方便，轴向推力一般在１００￣３５０Ｎ 范围内，轿车和轻型客车、货车取下限，重型 货车取上限。 同步时间按下式计算： ） １ １ （ ｓｉｎ ３０ １ ｋ ｋ ａ ｒ ｅ Ｔ ｉ ｉ ｆＲ Ｆ Ｊ ｎ ｔ ？ ？ ＝ ＋ α π 式中 ——发动机转速，低档换高档取最大功率下的转速，否则取最大转矩下的转速； ｅ ｎ ——同步器输入端零件的转动惯量； ｒ Ｊ ， ——变速器ｋ＋１和ｋ档的传动比。
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Ｒ 和 Ｗ 都受到变速器齿轮中心距及有关零件的尺寸和布置上的限制。当结构布置允许 时，Ｒ 和ｗ 应尽量取大些。 （３）摩擦锥面的工作面宽ｂ 同步锥环的工作面宽ｂ（ｍｍ），受到变速器总长的尺寸限制，也要为散热和耐磨损提供 足够大的磨擦面积。可根据摩擦表面的许用压力［σ ］来确定： ２ ］ ［ ２ Ｒ ｐ Ｔ ｂ ｆ ＝ π 式中 ——摩擦力矩，Ｎ·ｍｍ； ｆ Ｔ ｆ ——摩擦系数； Ｒ—一摩擦面的平均半径，ｍｍ； ［σ ］ ——摩擦表面的许用压力，对钢—青铜摩擦副取１￣１．５Ｍ Ｐａ。 也可参考下列经验公式选择ｂ： 对锁环式同步器 Ｒ ｂ ） ４ ． ０ ￣ ２５ ． ０ （ ≈ 对锁销式同步器 Ｒ ｂ ） ２ ． ０ ￣ １４ ． ０ （ ≈ （４）锁止角 α β ｓｉｎ ＇ ｔａｎ Ｒ ｆＲ ＜
file:///E|/上传工具/docinbao/download/设计/变速器设计(第二节）.txt[20换档。常见的有“机械－气动”和“电控－气动”两种方式。 由微型电子计算机控制的自动、半自动电子同步换档机构，使换档适时、平稳、方便 和迅速，并能显著地提高汽车的功率利用和加速性能。它是利用传感器将车速及发动机负荷 等汽车运行信号输入电子计算机，计算出理想同步的发动机转速，由电磁执行机构通过调整 油门开度或排气制动等机构调整发动机转速，并控制离合器进行换档。 ２．２ 同步器设计 １．惯性同步器的结构类型 惯性同步器能确保同步啮合换档，性能稳定、可靠，因此在现代汽车变速器中得到了最 广泛的应用。它又分为惯性锁止式和惯性增力式。用得最广的是锁环式、锁销式等惯性锁止 式同步器，它们虽结构有别，但工作原理无异，都有摩擦元件、锁止元件和弹性元件。挂档 时，在轴向力作用下摩擦元件相靠，在惯性转矩作用下产生摩擦力矩，使被接合的两部分逐 渐同步；锁止元件用于阻止同步前强行挂档；弹性元件使啮合套等在空档时保持中间位置， １ 又不妨碍整个接合和分离过程。 （１）锁环式同步器 又称锁齿式、齿环式或滑块式，其工作可靠、耐用，因摩擦锥面半径受限，转矩容量不 大，适于轻型以下汽车，广泛用于轿车及轻型客、货汽车。在其啮合套座外花键上的三个轴 向槽中放着可沿槽移动的滑块，它们由两个弹簧圈压向啮合套并以其中部的凸起定位于啮合 套中间的内环槽中。滑块两端伸入锁环（同步锥环）缺口，缺口比滑块宽一个接合齿宽。挂档 时，啮合套带动滑块推动锁环与被接合齿轮的锥面相靠，转速差产生的摩擦力矩使锁环相对 于啮合套及滑块转过一个角度井由滑块定位，恰使啮合套齿端与锁环齿端以锁止斜面相抵， 此时换档力经锁止斜面将锁环进一步压紧，锥面间的摩擦力矩进一步增大，产生滑磨。选择 适当的参数，使在换档力作用下锁止面上产生的迫使锁环回正的脱锁力矩小于锥面间的摩擦 力矩，可阻止同步前挂档。当锥面摩擦力矩克服了被接合部分的惯性力矩后，转速差及摩擦 力矩消失，脱锁力矩迫使锁环回正，锁止斜面脱开，啮合套克服滑块的弹簧力而越过锁环与 齿轮的接合齿同步啮合，保证无冲击挂档。 （２）锁销式同步器 同步过程与锁环式类似，但锁止元件是三个锁销及相配的锁销孔倒角，另有三个以弹簧 及钢球定位的定位销。作为弹性元件的三个弹簧及相应的定位钢球是装在啮合套的钻孔中，
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使啮合套等在空档时保持中间。摩擦元件是铆在锁销两端的同步锥环及与之相配并固定在齿 轮上的内锥面。其摩擦锥面径向尺寸大，转矩容量大，广泛用于中、重型汽车上。 （３）多锥式同步器与多片式同步器 多锥式及多片式同步器，分属上述两种，只是为了增大转矩容量而增多了摩擦面数，多 用于重型汽车的主、副变速器及分动器。 （４）惯性增力式同步器 如Ｐｏｒｓｃｈｅ式，换档时啮合套内齿圈锥形端面与带开口的弹性同步环的外锥面接触，因 同步环外径在未压缩状态下稍大于啮合套的内径，同步环被推，其另一侧锥面与齿轮接合齿 的内锥面压紧。摩擦力矩使同步环转过一个角度，使其开口的一端抵住环内弹簧带的推力块， 该弹簧带的另一靖又以嵌在齿轮轴径槽中的支承块支承。这样，同步环产生的摩擦力矩不仅 本身有增力作用，且受环内弹簧带的随动增力作用而得到增长，摩擦力随之自动加大并迅速 达到同步。同步后摩擦力矩消失，同步环不再向外张开，啮合套便压缩并越过同步环而实现 挂档。其结构简单、轴向尺寸紧凑，换档迅速省力，工作可靠，能防止脱档，适于工作条件 繁重的变速器采用。 通常，同步器多装在变速器第二轴上。为提高同步效率、延长寿命，也有将同步器装到 中间轴上的，以减轻锥环的摩擦力矩及减小磨损。 ２．惯性锁止式同步器的主要结构参数 （１）摩擦锥面的半锥角α 和摩擦系数ｆ α 愈小则摩擦力矩愈大，故为增大同步器容量α 值应取小一些，但为了避免摩擦面的 自锁应使α 大于摩擦角ρ ，后者与摩擦系数ｆ 有关，即ｔａｎρ ＝ｆ。推荐α ＝７°￣８°，上限允许 到１２° 。摩擦系数随摩擦副材料、摩擦表面粗糙度、润滑油种类及温度等因素的不同而异。 一般，在油中工作的青铜－钢同步器摩擦副，可按 ｆ＝０．１ 计算。通常，在内锥面上制有破坏 油膜的细牙螺纹槽及与之相交的轴向泄油槽，以提高摩擦系数ｆ 的值。螺纹槽的齿顶宽要窄 一些以利刮油，可取为 ０．１ｍｍ 左右或更小些，齿顶越尖则接触面上的压强和摩擦就越大。 螺距可取０．６￣０．７５ｍｍ，螺纹角一般取５０°￣６０°。再者，齿顶所在的锥表面的加工精度及粗糙 度要求高，不允许有切削刀痕，最好进行研磨。轴向泄油槽一般为 ６ 个，槽宽约 ３ｍｍ，槽 ２ 深要刚好达到螺纹槽深。 （２）摩擦锥面的平均半径Ｒ 和同步锥环的径向厚度Ｗ
１ ＋ ｋ ｉ ｋ ｉ ３．同步器摩擦副的材料 同步锥环多用铜基合金制造，轿车同步锥环较薄，宜用锻、精锻成冷挤压工艺加工；货 车的同步锥环较厚，亦可采用压铸工艺。选用材料时既要考虑其摩擦系数又要考虑其耐磨性 以及强度、加工性能等。铝青铜（含铝 ８．５％￣１１．０％）多用于压铸的同步锥环，亦可锻造，其 强度高、耐磨性好、摩擦系数较大而锥面自锁的倾向较小。锰青铜（含锰≤３ 环）锻造的同步 ３ 锥环较多，其强度高、加工性好。硅锰青铜（含硅 ０．％￣１．５％，锰 ２％￣４％）的性能与锰青铜 类似，这种合金结构中的硅化锰使之具有极好的耐磨性。锻造同步锥环也常采用铅黄铜、黄 铜的耐磨性常常优于青铜。近年来出现了高强度、高耐磨性的钢－钼配合的摩擦副，即在钢 或球墨铸铁同步锥环的锥面上喷镀厚约 ０．６￣０．８ｍｍ 的钼，其摩擦系数亦在钢－铜合金摩擦副 的摩擦系数范围内，特别适用于大型汽车的同步器。与同步锥环组成摩擦副的锥表面多与被 同步的传动齿轮及其接合齿做成一体，由低碳合金钢制造，渗碳淬火后表面硬度约为 ＨＲＣ６０。其表面应光洁，粗糙度要求达到２５μｍ。 ４
第二节 变速器操纵系统型式、结构及性能计算 ２．１ 变速器的操纵机构 变速器操纵机构由变速杆、拨叉轴、拨叉、自锁与互锁装置、倒档安全装置等组合于变 速器盖上。应结构简单，操纵轻便，档位清晰，变速杆的换档位置（合理，挂档准确、迅速， 安全可靠（每次只能挂入一个档，不误挂倒档，不自动脱档）。 设计变速器操纵机构应先确定与操纵机构的结构与布置密切相关的换档位置图，它给出 了换档时变速杆的移动路线。确定时主要从换档方便考虑，应按档位次序排列并将常用档尽 量放在中间位置，其他档位放到两边，倒档常与１档组成一排放到最靠边的位置，严防误挂 倒档。 直接操纵是最简单的操纵方案，在各种类型的汽车上得到了广泛的应用。其传统的市置 方法是将变速杆安装在变速器盖上并由驾驶座椅旁的地板伸出，以便司机可直接用手操纵变 速杆进行换档。只有当变速２ｅ布置在驾驶座位附近时直接操纵才能实现。 远距离操纵用于当变速器布置得离驾驶座椅较远时，例如平头的客车和货车等。这时需 通过杆系等换档传动机构操纵变速器。这种杆系传动机构应有足够的刚性，且各连接件间的 间隙应尽量减小，否则换档手感不明显。变速杆支座也应固定在与变速器壳体刚性地连成一 体的机件（如发动机、离合器）上而使操纵不受车架变形和汽车振动的影响。 变速杆力传动比：当变速杆由地板伸出直接操纵时一般为５￣７，当装在转向管柱上时多 用６￣８。 当变速器布置得远离驾驶座椅时，可采用气动、电动或液压等操纵， 自锁装置为档位定位装置，通过弹簧、钢球及拨叉轴上的凹槽定位止自动脱档并保证按 舌齿的全长啮合。 互锁装置防止两档同挂，保证当移动某一拨叉轴时，其他拨叉轴互被锁住。销、球式简 单可靠，另有摆动锁块式、转动锁环式及三向锁销式等。三向锁销式的左右两块锁板各与两 个档的换档拨叉连接，每块锁板可绕其轴转动，而下面的倒档换档摇臂则与倒档拨叉相连。 在这三者中只要有一个转动即挂档，另两个即被锁住不能转动，从而实现互锁。 倒档安全装置又称倒档锁或选档阻力装置。当变速杆头接触倒档锁销开始挂倒档时，要 克服钢球和弹簧的较大阻力，从而产生明显手感而引起注意。 重型汽车有时采用换档助力器，副变速器常用预选－气动式换档机构，利用装在变速杆 上的扳钮或电开关，预选副变速器档位，待踩下离合器踏板或将主变速器换于空档时，由压
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＇ Ｒ ——锁止面的平均半径。 通常在２６°￣４０°范围内。 （５）同步时间ｔ Ｔ 与轴向椎力Ｆ ａ 为换档方便，轴向推力一般在１００￣３５０Ｎ 范围内，轿车和轻型客车、货车取下限，重型 货车取上限。 同步时间按下式计算： ） １ １ （ ｓｉｎ ３０ １ ｋ ｋ ａ ｒ ｅ Ｔ ｉ ｉ ｆＲ Ｆ Ｊ ｎ ｔ ？ ？ ＝ ＋ α π 式中 ——发动机转速，低档换高档取最大功率下的转速，否则取最大转矩下的转速； ｅ ｎ ——同步器输入端零件的转动惯量； ｒ Ｊ ， ——变速器ｋ＋１和ｋ档的传动比。
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Ｒ 和 Ｗ 都受到变速器齿轮中心距及有关零件的尺寸和布置上的限制。当结构布置允许 时，Ｒ 和ｗ 应尽量取大些。 （３）摩擦锥面的工作面宽ｂ 同步锥环的工作面宽ｂ（ｍｍ），受到变速器总长的尺寸限制，也要为散热和耐磨损提供 足够大的磨擦面积。可根据摩擦表面的许用压力［σ ］来确定： ２ ］ ［ ２ Ｒ ｐ Ｔ ｂ ｆ ＝ π 式中 ——摩擦力矩，Ｎ·ｍｍ； ｆ Ｔ ｆ ——摩擦系数； Ｒ—一摩擦面的平均半径，ｍｍ； ［σ ］ ——摩擦表面的许用压力，对钢—青铜摩擦副取１￣１．５Ｍ Ｐａ。 也可参考下列经验公式选择ｂ： 对锁环式同步器 Ｒ ｂ ） ４ ． ０ ￣ ２５ ． ０ （ ≈ 对锁销式同步器 Ｒ ｂ ） ２ ． ０ ￣ １４ ． ０ （ ≈ （４）锁止角 α β ｓｉｎ ＇ ｔａｎ Ｒ ｆＲ ＜
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使啮合套等在空档时保持中间。摩擦元件是铆在锁销两端的同步锥环及与之相配并固定在齿 轮上的内锥面。其摩擦锥面径向尺寸大，转矩容量大，广泛用于中、重型汽车上。 （３）多锥式同步器与多片式同步器 多锥式及多片式同步器，分属上述两种，只是为了增大转矩容量而增多了摩擦面数，多 用于重型汽车的主、副变速器及分动器。 （４）惯性增力式同步器 如Ｐｏｒｓｃｈｅ式，换档时啮合套内齿圈锥形端面与带开口的弹性同步环的外锥面接触，因 同步环外径在未压缩状态下稍大于啮合套的内径，同步环被推，其另一侧锥面与齿轮接合齿 的内锥面压紧。摩擦力矩使同步环转过一个角度，使其开口的一端抵住环内弹簧带的推力块， 该弹簧带的另一靖又以嵌在齿轮轴径槽中的支承块支承。这样，同步环产生的摩擦力矩不仅 本身有增力作用，且受环内弹簧带的随动增力作用而得到增长，摩擦力随之自动加大并迅速 达到同步。同步后摩擦力矩消失，同步环不再向外张开，啮合套便压缩并越过同步环而实现 挂档。其结构简单、轴向尺寸紧凑，换档迅速省力，工作可靠，能防止脱档，适于工作条件 繁重的变速器采用。 通常，同步器多装在变速器第二轴上。为提高同步效率、延长寿命，也有将同步器装到 中间轴上的，以减轻锥环的摩擦力矩及减小磨损。 ２．惯性锁止式同步器的主要结构参数 （１）摩擦锥面的半锥角α 和摩擦系数ｆ α 愈小则摩擦力矩愈大，故为增大同步器容量α 值应取小一些，但为了避免摩擦面的 自锁应使α 大于摩擦角ρ ，后者与摩擦系数ｆ 有关，即ｔａｎρ ＝ｆ。推荐α ＝７°￣８°，上限允许 到１２° 。摩擦系数随摩擦副材料、摩擦表面粗糙度、润滑油种类及温度等因素的不同而异。 一般，在油中工作的青铜－钢同步器摩擦副，可按 ｆ＝０．１ 计算。通常，在内锥面上制有破坏 油膜的细牙螺纹槽及与之相交的轴向泄油槽，以提高摩擦系数ｆ 的值。螺纹槽的齿顶宽要窄 一些以利刮油，可取为 ０．１ｍｍ 左右或更小些，齿顶越尖则接触面上的压强和摩擦就越大。 螺距可取０．６￣０．７５ｍｍ，螺纹角一般取５０°￣６０°。再者，齿顶所在的锥表面的加工精度及粗糙 度要求高，不允许有切削刀痕，最好进行研磨。轴向泄油槽一般为 ６ 个，槽宽约 ３ｍｍ，槽 ２ 深要刚好达到螺纹槽深。 （２）摩擦锥面的平均半径Ｒ 和同步锥环的径向厚度Ｗ