同步器常用概念及其在设计中的应用
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中 图分 类 号 ：Ｕ４ ３ ２ ２ ． １ ６ ． １ ４ 文献 标 识 码 ：Ｂ
１ 同步 器设计 中的若 干基本 概 念
１ １ 同步 时间 ． 同步 时 问是指 同步器 输 入端 和输 出端 因摩 擦作 用 而使 转速 差开 始逐 步减 小并 最终 达 到转 速差 为零 的这 段 时间 。
１ ２ 换 档 时 间 ．
驾驶 员从 开始 操纵换 档 手柄 ，经 过 同步器 的摩 擦 同步 过程 ，并 最终 将换档 手 柄推 到指 定 档位 的整个 过 程所 用 的时 间即为 换档 时 问 。 １ ３ 同步容 量 ． 为换 入某 档位 ，同步器 在指 定 的时 间 内完 成 同步 过程 所必 须提 供 的最小摩 擦 扭矩 ，称 之 为换档 所需 的 同步 容量 。在 同步 器 的设 计 中 ，应使 同步 时间尽 量减 小 ，计算 同步 容量 时 的同步 时 间原则 上应 不 大 于１Ｓ 。
同步 器 常用 概 念及 其 在 设 计 中的应 用
张发 勇
（ 陕西 法 士特 齿 轮 有 限 责 任 公 司 ， 陕 西 西 安 ７０ ７ ） １ ０ ７
摘 要 ： 变速 器 的 换 档 规 律 、同步 器 的设 计原 理 等 方 面 阐述 了 同步 器 设 计 开 发 中常 用 到 的几 个 基 本 概 念 ， 将 从 并
１ ４ 磨 损 后 备 量 ．
动 惯 量 见 表 ２（ 合 器 从 动 盘 的 转 动 惯 量 以 离 ０ １ ｇ・ ． ３ｋ ｍ 计算 ） 由表 中可 以看 到该 变 速器 的速 比 。 级 差较 小 ，各 个 档位 的等 效转 动惯 量也 较小 ，这 将有 利 于 同步 器 的设计 。 与该 变速 器 匹配使 用 的发 动机 在最 大功 率 时的转 速为 ２４ ０ｒｍｉ ，最 大扭 矩 时 的转 速 为 １５ ０ｒｒｉ。 ０ ／ ｎ ０ ／ ｎ ａ 根 据 变速 器换 档 时 的发动 机特 性 ，可 以在 同步器 设计 时采 用 以上两 个 转速 进行 同步 器参 数 的初 步确定 。低 档 升 高档 时 ，采 用最 大功 率 时的转 速 ；而高 档 降低档 时 ，采用 最 大扭 矩 时的转 速 。
Ｍ Ｊ × Ａｏ ｔ 。 … … … … … … … … … … … （ ） 一 ｃ／ １
其 中 ： 为 第 ｉ 的 同步容 量 ， ・ 档 Ｎ ｍ； Ｊ 为第 ｉ 的 档 等效惯 量 ，Ｋｇ・ ；△ 为第 ｉ 的角 速 度 变 化 量 ， ｍ。 档 ｒｄ ｓ 为 同步 时 间 ，Ｓ ａ ／ ；ｔ 。 当同步 时 间为 １Ｓ时 ， 档 升 ２ 所需 的同步 容量 １ 档 为Ｍ２ ｙ ×△ ／ 一２ ． ２Ｎ ・ － ＿ ２ ６ ３ ｍ；２ 降 １ 时 ，２档 档 档 齿 轮 的 转 速 即 为 输 出 端 转 速 ” 一 １ ｏ ／１ ９ — ５ｏ ．９ ７ ４ｒｒｉ ，此 时 １档 齿 轮 的转 速 为 ， 一 １ ｏ ／ ． — ５ ／ ｎ ａ ２ ５ｏ ２８ ５ ６ｒｒｉ 当 同步时 间 为１Ｓ ， ３ ／ ｎ。 ａ 时 ２档 降 １ 所需 的 同 档
一
等 效 转 动 惯 量
ｋ
ｇ ・ ｍ
１
．
４ １
以 １档 、２档 同步 器 的设计 为 例 ，当 １档 升 ２档 时 ，二 轴 １档 齿 轮 的转 速 即为输 出 端 转 速 一２ ０ ／ ４ ０ ２ ８ ８ ７ｒｍｉ ，此 时 二 轴 ２档 齿 轮 的 转 速 为 一 ． — ５ ／ ｎ ２ ０ ／ ． ９ ０ ／ ｎ ４ ０ １ ９ —１２ ６ｒ ｍｉ 。根据 理 论 力 学 理论 可 以得 到 同步 容量 的计 算公 式 ：
表 １ 变 速 器 主 箱 各 档 速 比
表 ２ 变 速 器 各 档 的 等 效 转 动 惯 量
档 位 ｌ ２
Ｏ ７ ． ２
３
０ ４ ． １
４
Ｏ １ ． ７
Fra Baidu bibliotek
磨损后 备 量是 指 同步器 中构 成摩 擦 副 的零 件 间在 摩擦 层磨 损后 在轴 向能 够移 动 的最 大距 离 。一 般情 况 下 ， 磨损 后备 量全 部消 失后 ， 在 摩擦 层 虽然 有磨 损 ， 但 仍应 该存 在 。 由此 可 以看 出 ，磨 损后 备 量不 是指摩 擦 层 的厚度 ，而 是摩 擦副 零件伺 的最 大轴 向移 动位 移 。 由于 关 于汽车 设计 的 书籍 中 尚未 阐述过这 几 个概 念 ，因此 人们 容易 混淆 以上 几个 概 念 。从这几 个 概念 的定 义可 知 ：同步 时 间不 同于换 档 时 间 ，而 小 于换 档 时 间 ，是换 档 时间 的一 个重 要组 成 部分 ；同步容 量是 个扭 矩 值 ，也不 同于磨 损 后备 量 。这 几个概 念 在 同 步器 的设计 中有着 重要 的意 义 。 ２ 同步 器概念 在 设计 中的 应用 本 文 以某 变速 器为 例来 进行 阐述 。该变 速器 的额 定 输 入 功 率 为 ２ ０ｋ ， 最 大 输 入 扭 矩 为 ４ Ｗ １２ ０Ｎ ・ ０ ｍ～１４ ０Ｎ ・ ０ ｍ， 用 主副箱 结 构 ， 主箱 采 其 ４ 档位 的速 比见 表 １ 而转 化 到各档 同步齿 轮上 的转 个 ，
第 ３期 （ 第 １ ０期 ） 总 ６
２１ ０ ０年 ６ 月
机 械 工 程 与 自 动 化
Ｍ ＥＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴ０Ｍ ＡＴＩ ＯＮ
Ｎｏ．３
Ｊ ｎ ｕ ．
文章 编 号 ：６ ２ ６ １ （ ０ ０ ０ — ２ ３ ０ １ ７— ４ ３ ２ １ ）３０ ０ —２
概 念 具体 化 为设 计 条 件 ， 同步 器 的开 发 中 予 以 应用 。 利 用 这 些 概 念 进 行 同 步 器 设 计 的 同 时 ， 其 程 序 化 为 在 在 将 同步 器 辅 助 开 发 软 件 的 组 成 部 分 。 关 键 词 ： 同 步器 ；换 档 规 律 ；同 步 容 量 ；Ｃ ＡＤ
１ 同步 器设计 中的若 干基本 概 念
１ １ 同步 时间 ． 同步 时 问是指 同步器 输 入端 和输 出端 因摩 擦作 用 而使 转速 差开 始逐 步减 小并 最终 达 到转 速差 为零 的这 段 时间 。
１ ２ 换 档 时 间 ．
驾驶 员从 开始 操纵换 档 手柄 ，经 过 同步器 的摩 擦 同步 过程 ，并 最终 将换档 手 柄推 到指 定 档位 的整个 过 程所 用 的时 间即为 换档 时 问 。 １ ３ 同步容 量 ． 为换 入某 档位 ，同步器 在指 定 的时 间 内完 成 同步 过程 所必 须提 供 的最小摩 擦 扭矩 ，称 之 为换档 所需 的 同步 容量 。在 同步 器 的设 计 中 ，应使 同步 时间尽 量减 小 ，计算 同步 容量 时 的同步 时 间原则 上应 不 大 于１Ｓ 。
同步 器 常用 概 念及 其 在 设 计 中的应 用
张发 勇
（ 陕西 法 士特 齿 轮 有 限 责 任 公 司 ， 陕 西 西 安 ７０ ７ ） １ ０ ７
摘 要 ： 变速 器 的 换 档 规 律 、同步 器 的设 计原 理 等 方 面 阐述 了 同步 器 设 计 开 发 中常 用 到 的几 个 基 本 概 念 ， 将 从 并
１ ４ 磨 损 后 备 量 ．
动 惯 量 见 表 ２（ 合 器 从 动 盘 的 转 动 惯 量 以 离 ０ １ ｇ・ ． ３ｋ ｍ 计算 ） 由表 中可 以看 到该 变 速器 的速 比 。 级 差较 小 ，各 个 档位 的等 效转 动惯 量也 较小 ，这 将有 利 于 同步 器 的设计 。 与该 变速 器 匹配使 用 的发 动机 在最 大功 率 时的转 速为 ２４ ０ｒｍｉ ，最 大扭 矩 时 的转 速 为 １５ ０ｒｒｉ。 ０ ／ ｎ ０ ／ ｎ ａ 根 据 变速 器换 档 时 的发动 机特 性 ，可 以在 同步器 设计 时采 用 以上两 个 转速 进行 同步 器参 数 的初 步确定 。低 档 升 高档 时 ，采 用最 大功 率 时的转 速 ；而高 档 降低档 时 ，采用 最 大扭 矩 时的转 速 。
Ｍ Ｊ × Ａｏ ｔ 。 … … … … … … … … … … … （ ） 一 ｃ／ １
其 中 ： 为 第 ｉ 的 同步容 量 ， ・ 档 Ｎ ｍ； Ｊ 为第 ｉ 的 档 等效惯 量 ，Ｋｇ・ ；△ 为第 ｉ 的角 速 度 变 化 量 ， ｍ。 档 ｒｄ ｓ 为 同步 时 间 ，Ｓ ａ ／ ；ｔ 。 当同步 时 间为 １Ｓ时 ， 档 升 ２ 所需 的同步 容量 １ 档 为Ｍ２ ｙ ×△ ／ 一２ ． ２Ｎ ・ － ＿ ２ ６ ３ ｍ；２ 降 １ 时 ，２档 档 档 齿 轮 的 转 速 即 为 输 出 端 转 速 ” 一 １ ｏ ／１ ９ — ５ｏ ．９ ７ ４ｒｒｉ ，此 时 １档 齿 轮 的转 速 为 ， 一 １ ｏ ／ ． — ５ ／ ｎ ａ ２ ５ｏ ２８ ５ ６ｒｒｉ 当 同步时 间 为１Ｓ ， ３ ／ ｎ。 ａ 时 ２档 降 １ 所需 的 同 档
一
等 效 转 动 惯 量
ｋ
ｇ ・ ｍ
１
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４ １
以 １档 、２档 同步 器 的设计 为 例 ，当 １档 升 ２档 时 ，二 轴 １档 齿 轮 的转 速 即为输 出 端 转 速 一２ ０ ／ ４ ０ ２ ８ ８ ７ｒｍｉ ，此 时 二 轴 ２档 齿 轮 的 转 速 为 一 ． — ５ ／ ｎ ２ ０ ／ ． ９ ０ ／ ｎ ４ ０ １ ９ —１２ ６ｒ ｍｉ 。根据 理 论 力 学 理论 可 以得 到 同步 容量 的计 算公 式 ：
表 １ 变 速 器 主 箱 各 档 速 比
表 ２ 变 速 器 各 档 的 等 效 转 动 惯 量
档 位 ｌ ２
Ｏ ７ ． ２
３
０ ４ ． １
４
Ｏ １ ． ７
Fra Baidu bibliotek
磨损后 备 量是 指 同步器 中构 成摩 擦 副 的零 件 间在 摩擦 层磨 损后 在轴 向能 够移 动 的最 大距 离 。一 般情 况 下 ， 磨损 后备 量全 部消 失后 ， 在 摩擦 层 虽然 有磨 损 ， 但 仍应 该存 在 。 由此 可 以看 出 ，磨 损后 备 量不 是指摩 擦 层 的厚度 ，而 是摩 擦副 零件伺 的最 大轴 向移 动位 移 。 由于 关 于汽车 设计 的 书籍 中 尚未 阐述过这 几 个概 念 ，因此 人们 容易 混淆 以上 几个 概 念 。从这几 个 概念 的定 义可 知 ：同步 时 间不 同于换 档 时 间 ，而 小 于换 档 时 间 ，是换 档 时间 的一 个重 要组 成 部分 ；同步容 量是 个扭 矩 值 ，也不 同于磨 损 后备 量 。这 几个概 念 在 同 步器 的设计 中有着 重要 的意 义 。 ２ 同步 器概念 在 设计 中的 应用 本 文 以某 变速 器为 例来 进行 阐述 。该变 速器 的额 定 输 入 功 率 为 ２ ０ｋ ， 最 大 输 入 扭 矩 为 ４ Ｗ １２ ０Ｎ ・ ０ ｍ～１４ ０Ｎ ・ ０ ｍ， 用 主副箱 结 构 ， 主箱 采 其 ４ 档位 的速 比见 表 １ 而转 化 到各档 同步齿 轮上 的转 个 ，
第 ３期 （ 第 １ ０期 ） 总 ６
２１ ０ ０年 ６ 月
机 械 工 程 与 自 动 化
Ｍ ＥＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴ０Ｍ ＡＴＩ ＯＮ
Ｎｏ．３
Ｊ ｎ ｕ ．
文章 编 号 ：６ ２ ６ １ （ ０ ０ ０ — ２ ３ ０ １ ７— ４ ３ ２ １ ）３０ ０ —２
概 念 具体 化 为设 计 条 件 ， 同步 器 的开 发 中 予 以 应用 。 利 用 这 些 概 念 进 行 同 步 器 设 计 的 同 时 ， 其 程 序 化 为 在 在 将 同步 器 辅 助 开 发 软 件 的 组 成 部 分 。 关 键 词 ： 同 步器 ；换 档 规 律 ；同 步 容 量 ；Ｃ ＡＤ