同步器零件尖角角度研究

同步器尖角角度研究

摘要：同步器总成是变速箱总成比较关键的部分。变速箱在实际工作中，换档准确、不掉档，挂档省力、不乱档都需要相关同步器零件在换挡机构的操纵下精确配合。这其中，滑动齿套、同步环及同步锥上的尖角角度就是实现顺利挂档过程中功能比较重要的一项尺寸。本文以齿套类零件尖角角度为例作简单的研究分析。

1 尖角在挂档过程中的作用

以下分析以6T123变速箱三、四速同步器挂档为例。

在挂档过程中，拨叉推动滑动齿套移动，同步器齿套通过滑块槽带动由弹簧压紧的3个滑块一起推动同步环压向齿轮的

同步锥面。由于换档力P的作用和转速差Δ

ω的存在，两同步锥面一经接触即会产生摩擦

力矩Mf，并使同步环相对同步器齿套偏移半

个花键齿厚。

在换挡力P的继续作用下，同步器齿套

克服弹簧力脱开滑块继续前移，使得同步器齿

套齿端锁止角的斜面紧压在同步环齿端锁止角斜面上。在换挡力的作用下，同步环齿端锁止角斜面承受一正压力N，其可分解为一轴向分力P = N×cosβ和切向分力T = N×sinβ。力P在同步锥面上可形成一正压力。由于两锥面存在有转速差，所以可在这正压力作用下锥面上产生摩

擦力矩。力T则形成一拨环力矩，此拨环力

矩使同步环反转而脱离齿套齿端锁止斜面，但

同步环锥面上的摩擦力矩却阻止同步环反转。

只要在结构设计上保证摩擦力矩大于拨环力

矩，使两个锁止斜面始终靠紧，从而可阻止齿

套移动。这一作用称之为“锁止作用”，可以保

证只有在实现同步以后才可完成换档操作。

保证实现锁止作用的条件：同步环和同步锥在锁止锥面之间产生的同步力矩＞同步力传递到锁止斜面上产生的拨正力矩。随着换挡力P的不断增大，同步锥面上的摩擦力矩Mf也不断增加。当摩擦力矩Mf增加到等于输入端的惯性矩时，被连接的两啮合件的角速度相等，摩擦力矩为零。在换挡力P的继续作用下，所产生的拨环力矩将使同步环转动一角度，从而使两锁止斜面脱开，此时同步器齿套即可自由地通过同步环而与齿轮上的结合齿啮合。完成了换档操作。

由以上分析，尖角角度在设计之初就需要根据同步锥及同步环间的摩擦系数选定尖角角度。使同步器在工作时，产生的拨环力矩能够克服同步锥及同步环之间的摩擦力矩，同步锥与同步环在摩擦力矩作用下角速度逐步达到相等，实现同步，继续推动齿套实现挂档。所以，尖角角度大，则会出现未同步就挂档，产生打齿；尖角角度偏小，则无法实现同步，产生怠速。理论上，滑动齿套、同步环及同步锥尖角角度应该设计一致，但实际生产中都把滑动齿套的尖角角度稍稍加大。主要是避免在实际加工过程中存在的加工误差造成实际角度偏小，形成怠速状态。同时，随着挂档次数增加，尖角角度磨合之后，挂档就会变得十分顺畅。

2 产品图纸尖角角度标注方式

尖角夹角角度应为面夹角，即每齿两倒角面形成的夹角。而实际图纸标注多作投影标注，如下图（1701361-11）所示，标注倒角面在平面投影上形成的投影线。那么这种标注方式有什么问题呢。

首先，图上标示的夹角并不是两倒角面的夹角。继续以1701361-11为例，右图表示的是倒尖角侧面投影，即两倒角面形成的交线与垂线方向成5.5°夹角，我们称这个角度为棱倾角。图纸标识的线夹角比实际的面夹角略小，通过实际计算得出，棱倾角5.5°，投影的线夹角比面夹角小0.5°左右。

其次，通过三维作图，对齿进行投影，我们会发现，按照国内现有的加工方

式，尖角齿底的投影线并不是一条直线，而是一段弧线，并无法标示出准确的角度值如下图所示。也即是说，图纸的标识方法有误。

3 实际加工时现场测量方式

目前我厂采用的测量方式有两种。

1）轮廓仪测量

该种方法测量是利用测头沿垂直于齿中心线方向移动，记录齿面轮廓。然后在软件上整合成直线，直接得出夹角。

这种测量方法得出的角度值应与图纸标识的齿顶线夹角所表示的角度是一致的。但是这种方法存在较大的操作误差。零件不容易摆正，测头路径与齿中线成一个角度偏离，所得的角度误差较大。

2）三坐标测量

该种方法是利用测头在尖角两齿面采点形成两个倒角平面，再利用软件测量两个倒角平面形成的面夹角得出结果。

这种测量方法比较准确。我单位现主要采用的也是这种测量方法。

4 结论

综合上述分析，我们会发现，从图纸到实际加工生产中间产生了脱节。图纸标示的是线夹角，而实际生产过程中，由于测量方式的改变，测量结果变成了面夹角。造成了实际角度比图纸要求的数值略大（具体差值看棱倾角，棱倾角越大，差值越大）。

从产品图纸方面来说，尖角实际在工作中起作用的是倒角平面。如果，图纸上的标示（包括标示的齿底尖角线夹角）实际上指的是面夹角，那么，现有的测量方法就是正确的了。

当然，这一问题也有特例。美国伊顿公司的FS10209变速箱所设计的同步锥夹角是90°，投影的线夹角与面夹角是一致的。