同步器锁止条件与实例浅析

同步器锁止条件与实例浅析

一汽长齿 作者：张继宁 审核：刘力

[摘要] 本文介绍了同步器锁止条件的推导，并结合具体实例作简要分析。

关键词： 阻力比 摩擦力矩 拨环力矩 锁止角

同步器的设计中，锁止条件的确立需适当选取，定量描述锁止条件的参数为阻力比：

γ=Ti

Tc ≥1 ① Tc:同步器锥面的摩擦力矩

Ti:同步环分度圆上的拨环力矩

必须满足条件γ≥1，对于锁环式同步器选择较大的锁止角i θ，可以获得较大的γ值，可保证在同步器未同步前，同步器齿套绝不会拨开同步环与锥体接合，但会使同步解除力与时间的乘积增大、同步器的啮合力与时间的乘积增大、使同步器的操纵性能变坏。相反γ选取过小（接近1）会使同步器锁止条件变差，产生挂档冲击。

为方便理解，请参考附图I ，锥面摩擦力矩:

T c =

c c c r u θsin **F ②

拨环力矩:

T i =r i *F*)2

tan 2tan *1(

i i i i u u θθ+- ③ F :同步齿套上的操纵力

r c :同步锥体的有效半径，r c =31[（D 3

w -D 3i ）/(D 2w -D 2i ) ④ (D w 同步环大径，D i 同步环小径)

i u ：齿套锁止角斜面与同步环锁止角斜面的摩擦系数，实际设计时，应尽量减小i u 值。 c u ：锥体与同步环之间的摩擦系数，铜基材料的同步环与钢质锥体在齿轮油润滑下取

c u =0.08–0.11

c θ：锥体锥面角，为防止同步环自锁在锥体上，选取时应使 tan c θ≥c u ,当c u =0.11时c θ≥

6.28°实际应用时常取

c θ =6.5°、7°、8°等。

i θ: 同步环锁止角，在满足锁止条件下尽量取下限值，有助于改善同步器的操纵性能和增加

同步环的寿命。

i r : 同步环节圆半径 由以上①②③可得锥体锥面角c θ与同步环锁止角i θ之间的关系式为： tan 2

i θ≥c i i c c i c c c i u r r u u r u r θθsin sin +- ⑤ 由上式可得当i u ↗时，式⑤右端分母↗，分子↘所以

c i i c c i c c c i u r r u u r u r θθsin sin +-↘由此可见取i u =0会使同步环锁止角i θ的取值趋于安全，⑤式简化为： tan 2

i θ≥c c c i r u r θsin ⑥ 由上式可得当 c u ↘时，i θ↗。 因此c θ取下限值时确定的锁止角i θ更为安全。 举例说明:

某锁环式同步器铜基同步环节圆半径:i r =50.3625

锥面大端直径D W =91, 小端直径 D i =88.5代入式④得：

r c =44.8779

锥体锥面角c θ=7°

锥体与同步环之间的摩擦系数c u =0.08

将以上参数代入式⑥ 可得：

i θ ≥119.3488°

此同步环实际锁止角取114°由此可见要保证锁止条件的成立，有以下几项措施：

⑴要尽量控制摩擦系数c u 靠近上限值；

⑵将锥体锥面角c θ改为6.5°； ⑶再来看一下式⑥可看出比值c

i r r ↘，同步环锁止角i θ↘由此可得还可以在保证同步环刚度的条件下适当降低c

i r r 的值来满足此同步器的锁止条件。 又由⑶可知相对于锁环式同步器，锁销式同步器可使

c i r r 的值更小，这就是锁销式同步器

可采用更小的锁止角的原因。

举例说明:

某锁销式同步器锥面大端直径D W =197, 小端直径 D i =193.3, 代入式④得：r c =97.5779

拨环力作用节圆半径为i r =76.5

锥体锥面角c θ=7°

锥体与同步环之间的摩擦系数c u =0.08

将以上参数代入式⑥ 可得：

i θ ≥100.1205°

此同步器实际的锁止角取i θ=90°由此可见要保证锁止条件的成立，以上三种措施同样适用于锁销式同步器。

通过以上两例分析锁止角i θ理论计算值要较实际采用值要大一些，这主要是由于以下两种原因造成的：

⒈ 取锥体与同步环之间的摩擦系数c u =0.08，一般计算时取c u =0.1，这时计算值与实际取值会满足锁条件。

⒉ 忽略了齿套锁止角斜面与同步环锁止角斜面的摩擦系数i u 的影响，实际上不可能做到i u =0。

再举一多锥同步进行分析：

对于连接式双锥同步器，其锥面摩擦力矩来源于两个锥面（内锥面、外锥面）：

T c =（c c c r u θsin *+c

c c r u θsin ''*）*F ⑦ 设B=c i c c r r u θsin *+c

i c c r r u θsin ''* ⑧ 由①③⑦⑧式得: tan 2

i θ≥i i u B B u +-1 ⑨ 由式⑨仍可看出当i u ↗时，i θ↘，由此可见取i u =0会使同步环锁止角i θ的取值趋于安全。 因此式⑨简化为： tan 2i θ≥B

1 ⑩ 举例说明:

某连接式双锥同步器,

同步环分度圆半径

i

r=60

锥体锥面角

c

θ=8°

外锥面大端直径D

W =105，小端直径 D

i

=103代入式④得：

r

c

=52.0016

内锥面大端直径D

W =97，小端直径 D

i

=95.15代入式④得：

r'

C

=48.03898

将r

c 、r'

C

、

i

r、

c

θ代入式⑧得：B=1.198035

将B代入式⑩得：

i

θ≥79.70352°

此双锥同步器锁止角的取值为110°，由计算上可知双锥同步器可取用更小的锁止角，适当地减小同步器的锁止角在同步后可减少同步解除力与时间的乘积，减少同步啮合力与时间的乘积，从而改善同步器的操纵性能。

参考文献

⑴汽车设计哈尔滨工业大学出版社

⑵汽车工程手册（基础篇）人民交通出版社

⑶附图I