汽車(chē)同步器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、<p><b>　　同步器說(shuō)明書(shū)</b></p><p><b>　　同步器說(shuō)明書(shū)</b></p><p>　　同步器分為常壓式，慣性式和慣性增力式。但是在現(xiàn)在的汽車(chē)領(lǐng)域中，得到廣泛使用的是慣性式同步器。</p><p>　　慣性式同步器有鎖銷(xiāo)式，滑塊式，鎖環(huán)式，多片式和多維式幾種。今天我們?cè)O(shè)計(jì)的是以款鎖環(huán)式同步

2、器。</p><p>　　一，同步器工作原理：</p><p>　　同步器換擋過(guò)程由三個(gè)階段組成。</p><p>　　第一階段：同步器離開(kāi)中間位置，做軸向移動(dòng)并靠在摩擦面上。摩擦面相互接觸瞬間，由于齒輪的角速度和滑動(dòng)齒套的角速度不同，在摩擦力矩作用下鎖銷(xiāo)相對(duì)滑動(dòng)齒套轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)不大的角度，并占據(jù)鎖止位置。此時(shí)鎖止面接觸，阻止了滑動(dòng)齒套向換擋方向移動(dòng)。</p>

3、;<p>　　第二階段：來(lái)自手柄傳至換擋撥叉并作用在滑動(dòng)齒套上的力F，經(jīng)過(guò)鎖止元件又作用在摩擦面上。由于齒輪的角速度和滑動(dòng)齒套的角速度不相同，在上述表面產(chǎn)生摩擦力?；瑒?dòng)齒套和齒輪分別與整車(chē)和變速器輸入轉(zhuǎn)動(dòng)零件相連接。于是，在摩擦力矩作用下，滑動(dòng)齒套和齒輪的轉(zhuǎn)速逐漸接近，其角速度差減小了。在角速度差等于零的瞬間同步過(guò)程結(jié)束。</p><p>　　第三階段：角速度差等于零，摩擦力矩消失，而軸向力F仍作用

4、在鎖止元件上，使之解除鎖止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)滑動(dòng)鎖套和鎖銷(xiāo)上的斜面相對(duì)移動(dòng)，從而使滑動(dòng)齒套占據(jù)了換擋位置。</p><p><b>　　二，主要參數(shù)的確定</b></p><p><b>　　摩擦系數(shù)f</b></p><p>　　汽車(chē)在行駛過(guò)程中換擋，特別是在高檔區(qū)換擋次數(shù)較多，意味著同步器工作頻繁。同步器是在同步環(huán)與連接齒輪之

5、間存在角速度差的條件下工作，要求同步環(huán)有足夠的使用壽命，應(yīng)當(dāng)選用耐磨性能良好的材料。為了獲得較大的摩擦力矩，又要求用摩擦因素大而且性能穩(wěn)定的材料制作同步環(huán)。另一方面，同步器在油中工作，使摩擦因數(shù)減小，這就為設(shè)計(jì)工作帶來(lái)困難。</p><p>　　摩擦因數(shù)除與選用的材料有關(guān)以外，還與工作面得表面粗糙度，潤(rùn)滑油種類(lèi)和溫度等因素有關(guān)。作為與同步環(huán)錐面接觸的齒輪部分與齒輪做成一體，用低碳合金鋼制成。對(duì)錐面的表面粗糙度要求

6、比較高，用來(lái)保證在使用過(guò)程中摩擦因數(shù)變化小。若錐面的表面粗糙度差，在使用過(guò)程初期容易損害同步環(huán)錐面。</p><p>　　同步環(huán)常選用能保證具有足夠高的強(qiáng)度和硬度,耐磨性能良好的黃銅合金制造，如錳黃銅，鋁黃銅和錫黃銅等。早期用青銅合金制造的同步環(huán)因使用壽命短，已經(jīng)遭淘汰。</p><p>　　由黃銅合金與鋼材料構(gòu)成的摩擦副，在油中工作的摩擦因數(shù)f取為0.1.</p><

7、p>　　摩擦因數(shù)f對(duì)換擋齒輪和軸的角速度能迅速達(dá)到相同有重要作用。摩擦因數(shù)大，換擋省力或縮短同步時(shí)間；摩擦因數(shù)小則反之，甚至失去同步作用。為此，在同步環(huán)錐面處制有破壞油膜的細(xì)牙螺紋槽及與螺紋槽垂直的泄油槽，用來(lái)保證摩擦面之間有足夠的摩擦因數(shù)。</p><p>　　2.同步環(huán)主要尺寸的確定</p><p>　?。?）同步環(huán)錐面上的螺紋槽</p><p>　　如果

8、螺紋槽螺線的頂部設(shè)計(jì)的窄些，則刮去存在于摩擦錐面之間的油膜效果好。但頂部寬度過(guò)窄會(huì)影響接觸面壓強(qiáng)，使摩擦加快。試驗(yàn)還證明：螺紋的齒頂寬對(duì)f的影響很大，f隨齒頂?shù)哪p而降低，換擋費(fèi)力，故齒頂寬不易過(guò)大。螺紋槽設(shè)計(jì)得大些，可使被刮下來(lái)的油存在于螺紋之間的間隙中，但螺距增大又會(huì)使接觸面減少，增加磨損速度。通常軸向泄油槽為6~12個(gè)，槽寬3~4nm。</p><p><b>　?。?）錐面半錐角α</b&

9、gt;</p><p>　　摩擦錐面半錐角α越小，摩擦力矩越大。但α過(guò)小則摩擦錐面將產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象，避免自鎖的條件是tanα≥f。一般取α=6°~8°。Α=6°時(shí)，摩擦力矩較大，但在錐面的表面粗糙度控制不嚴(yán)時(shí)，則有粘著和咬住的傾向；在α=7°時(shí)很少出現(xiàn)咬住現(xiàn)象。</p><p>　　(3)摩擦錐面平均半徑R</p><p>　　

10、R設(shè)計(jì)得越大，則摩擦力矩越大。R往往受結(jié)構(gòu)限制，包括變速器中心距及相關(guān)零件的尺寸和布置的限制，以及R取大以后還會(huì)影響到同步環(huán)徑向厚度尺寸要取小的約束，故不能取大。原則上是在可能的條件下，盡可能將R取大些。</p><p>　　(4)錐面工作長(zhǎng)度b</p><p>　　縮短錐面工作長(zhǎng)度b，便使變速器的軸向長(zhǎng)度縮短，但同時(shí)也減小了錐面的工作面積，增加了單位壓力并使磨損加速。設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)下式計(jì)算

11、確定b b=Mm/2πpfR²</p><p>　　（5）同步環(huán)徑向厚度與摩擦錐面平均半徑一樣，同步環(huán)的徑向厚度要受機(jī)構(gòu)布置上的限制，包括變速器中心距及相關(guān)零件，特別是事錐面平均半徑和布置上的限制，不宜取很厚，但是同步環(huán)的徑向厚度必須保證同步環(huán)有足夠的強(qiáng)度。</p><p>　　轎車(chē)同步環(huán)厚度比貨車(chē)小些，應(yīng)選用鍛件或精密鍛造工藝加工制成，可提高材料的屈服強(qiáng)度和疲勞壽命。貨車(chē)同

12、步環(huán)可用壓鑄加工。鍛造時(shí)選用錳黃銅等材料。有的變速器用高強(qiáng)度，高耐磨性的鋼配合的摩擦副，即在鋼質(zhì)或球墨鑄鐵同步環(huán)的錐面上噴鍍一層鉬（厚度約0.3~0.5mm）,使其摩擦因數(shù)在鋼與銅合金摩擦副范圍內(nèi)，而耐磨性和強(qiáng)度有顯著提高。也有的同步環(huán)是在銅環(huán)基體的錐空表面噴上厚0.07~0.12mm的鉬制成。噴鉬環(huán)的壽命是銅環(huán)的2~3倍。以鋼質(zhì)為基體的同步環(huán)不僅可以節(jié)約銅，還可以提高同步環(huán)的強(qiáng)度。</p><p><b&

13、gt;　　3.鎖止角β</b></p><p>　　鎖止角β選取的正確，可以保證只有在換擋的兩個(gè)部分之間角速度差達(dá)到零值才能進(jìn)行換擋。影響鎖止角β選取的因素主要有摩擦因數(shù)f、摩擦錐面的平均半徑R、鎖止面平均半徑和錐面半錐角α。已有結(jié)構(gòu)的鎖止角在26°~46°范圍內(nèi)變化。</p><p><b>　　4.同步時(shí)間t</b></p&g

14、t;<p>　　同步器工作時(shí)，要連接的兩個(gè)部分達(dá)到同步的時(shí)間越短越好。除去同步器的結(jié)構(gòu)尺寸，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)同步時(shí)間有影響以外，變速器輸入軸，輸出軸的角速度差及作用在同步器摩擦錐面上的軸向力，均對(duì)同步時(shí)間有影響。軸向力大，同步時(shí)間減少。而軸向力與作用在變速桿手柄上的力有關(guān)，不同車(chē)型要求作用到手柄上的力也不相同。為此，同步時(shí)間與車(chē)型有關(guān)，計(jì)算時(shí)可在下屬范圍內(nèi)選?。簩?duì)轎車(chē)變速器高檔取0.15~0.30s，低檔取0~0.80s；對(duì)貨車(chē)

15、變速器高檔取0.30~0.80s，低檔取1.00~1.50s。</p><p><b>　　5.轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算</b></p><p>　　換擋過(guò)程中依靠同步器改變轉(zhuǎn)速的零件統(tǒng)稱(chēng)為輸入端零件，它包括第一軸及離合器的從動(dòng)盤(pán)，中間軸及其上的齒輪，與中間軸上齒輪相嚙合的第二軸上的常嚙合齒輪。其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算：首先求得各零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，然后按不同檔位轉(zhuǎn)換到被同步的零件上。對(duì)已

16、有的零件，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量通常用扭擺法測(cè)出；若零件未制成，可將這些零件分解為標(biāo)準(zhǔn)的幾何體，并按照數(shù)學(xué)公式合成求出轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。</p><p><b>　　三．同步器的計(jì)算</b></p><p>　　同步器的計(jì)算目的是確定摩擦錐面和鎖止角的角度，這些角度是用來(lái)保證在滿(mǎn)足連接鍵角速度完全相等以前不能進(jìn)行換擋時(shí)所應(yīng)滿(mǎn)足的條件，以及計(jì)算摩擦力矩和同步時(shí)間。換擋第一階段，處于空擋瞬間

17、，考慮到潤(rùn)滑油阻力在常溫下對(duì)齒輪轉(zhuǎn)速的降低作用可忽略不計(jì)，并假設(shè)汽車(chē)在阻力不大的道路上行駛，同時(shí)時(shí)間不大于一秒則認(rèn)為在該瞬間汽車(chē)速度保持不變，即變速器輸出端轉(zhuǎn)換于換擋瞬間不變，而輸入端靠摩擦作用達(dá)到與輸出端同步。如上所述，換擋時(shí)為保證沒(méi)有沖擊的將齒輪和軸連接起來(lái)，必須使他們的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度相等。摩擦力矩Mm計(jì)算如下</p><p>　　式中，為離合器從動(dòng)盤(pán)、第一軸與第二軸常嚙合齒輪連接在一起轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；為發(fā)

18、動(dòng)機(jī)的角速度；為在第K檔工作的變速器輸出軸角速度；為第K+1檔的輸出軸上齒輪的角速度；</p><p>　　、為變速器第K和K+1檔的傳動(dòng)比。</p><p>　　另一方面，設(shè)換擋時(shí)作用在變速桿手柄上的法向力為，（對(duì)轎車(chē)和大客車(chē)，取=60N；對(duì)貨車(chē)，取=100N，變速桿手柄到嚙合套的傳動(dòng)比為，則作用在同步器摩擦錐面上的軸向力F應(yīng)為</p><p>　　式中，為換擋機(jī)

19、構(gòu)傳動(dòng)效率。</p><p>　　由此可算得工作表面上的摩擦力矩為</p><p>　　式中，為摩擦錐面半錐角；f為工作錐面的摩擦因數(shù)；R為摩擦錐面平均半徑。</p><p>　　同步時(shí)的摩擦力矩方程式為</p><p>　　同步器應(yīng)滿(mǎn)足的鎖止條件。</p><p>　　為防止連接件在轉(zhuǎn)動(dòng)角速度相等以前接合換擋，必須滿(mǎn)

20、足下述條件 </p><p>　　式中，為由摩擦力矩產(chǎn)生的，用來(lái)防止過(guò)早換擋的力</p><p>　　為因鎖止面傾斜而產(chǎn)生的力</p><p>　　式中，r為鎖止面平均半徑；為鎖止面鎖止角。</p><p>　　將和代入到中，得到 </p><p>　　因此，欲保證鎖止和滑動(dòng)齒套不能繼續(xù)移動(dòng)，必須滿(mǎn)足如