1、同步過程分析本文將同步過程分解成三個階段進行詳細解釋，分析了帶滑塊的慣性式同步器的相關功能幾何參數，論述了同步器設計時所必須滿足的條件一、同步之前 齒轂與軸同轉速：軸段上的外花鍵與齒轂上的內花鍵連接，可以說，軸與齒轂永遠都同轉速的運動； 齒套與齒轂同轉速：齒轂上的外花鍵與齒套上的內花鍵連接，從而保證兩者在圓周方向的運動狀況一致。齒套與齒轂相比，就運動狀況而言，不同之處在于：在同步過程中，齒套可以作軸向移動，但在圓周方向，兩者的轉速一致； 同步環與齒轂同轉速：這一同轉速是這樣實現的齒轂上有供滑塊用的滑塊槽，同步環上也有供滑塊嵌入的凹槽。也就是說，通過滑塊的“過渡”作用，而使齒轂與同步環轉速一致，

2、且是始終一致的。但是，這些槽與滑塊之間存在大約0.2mm的間隙。在齒轂與同步環傳力的滑塊是通過它的“側面”傳遞，這涉及到滑塊在同步過程中的功能，具體將在后文描述； 預同步的檔位齒也在轉：不管這個齒是在主動軸上還是在從動軸上，在同步之前（即該檔位空）是被另一個與之常嚙合的檔位齒驅動的，具體的轉速與該檔位傳動比及與之常嚙合的那個齒輪轉速有關。綜上：齒轂所在的軸、齒轂、齒套、同步環四者是同轉速旋轉，而待嚙合的檔位齒與它們之間存在有轉速差。二、同步過程分析同步過程三階段分解：在分解幾個階段之前，先作以下幾點說明：.齒套的軸向移動是怎么引起的？：操縱機構換檔方向作用，通過一系列杠桿牽連運動、撥叉軸的軸向

3、移動、撥叉作跟隨運動、撥叉腳驅動齒套。.假設：某一檔位的同步器單向間隙為a，預同步檔的齒輪間隙為b，這兩個值的獲得可以通過關聯尺寸鏈的計算：例如桑車齒輪間隙一檔0.2；二檔0.32；三檔0.2；四檔0.2；五檔0.15。齒套的移動分以下幾個階段：1 預同步階段 ）齒套起步齒套軸向位移x達到ab之前（其實應該是axab），因為這個時候由滑塊軸向推移齒環。這個排除該齒輪間隙的力的大小，理論上與該檔斜齒輪受的軸向力的具體方向是關聯的：若方向相反，則滑塊產生的軸向推移力去克服；若方向相同，則齒輪間隙在齒輪軸向分力的作用下自行排除。說明：滑塊產生有限小的力，可以認為由此產生的摩擦力幾乎為0，滑塊之所以跟

4、隨齒套移動，是由于滑塊上的斜坡面受齒套上滑塊槽的內斜面作用，產生水平分力。所以，理論上，這一階段滑塊與齒套沒有相對運動，而是作整體平移。 圖1 空檔位置 圖2 預同步過程 圖3 預同步結束時在空檔時，滑塊在中立位置，滑塊端面與齒環上滑塊槽上的端面凸起部位之間是有間隙的，這一間隙就是平時所說的“排除齒輪間隙時的同步器單向間隙”。 滑塊下沉第階段結束時，滑塊被頂住，不能繼續移動而齒套仍要作軸向移動，怎么辦？滑塊斜坡上的力增加，產生的徑向分力克服同步器彈簧作用在滑塊上的徑向預緊力，使滑塊“沉入”齒轂的槽內，而齒套越過這一斜坡繼續前行，如上圖。在空檔時，要求滑塊處于圖示中立位置，待在齒套的槽內，而不自

5、行軸向滑出齒套槽，這就要求彈簧有一定的預緊力F、滑塊有一定的斜面度和斜面坡長。 而在第階段，外力T預使滑塊下沉使齒套越過滑塊繼續前進，必須滿足關系式：TF.tg所以：彈簧、滑塊斜坡、坡段長度在設計時，該綜合考慮。把上述兩個階段合稱為預同步階段。齒套在外力的作用下強行通過滑塊坡面。預同步階段結束時滑塊端面頂在了齒環滑塊槽上的端面凸起，齒輪外錐面與齒環內錐面接觸了，但是由于沒有可計的壓力，在錐面之間并未產生摩擦力。排除了齒輪錐面與齒環錐面之間的間隙，為同步摩擦作準備。 同步過程的完成齒套在完成同步之前，暫時不能繼續作軸向移動。只有同步了，才能繼續前移。當然，要實現這一“不同步就不能繼續前移”是有條

6、件的：后文將具體描述。a） 何為同步？實現預同步的檔位齒輪與同步環達到同轉速，也就是與同步器總成、與齒轂所在軸的同轉速，有以下情況：1）同步器在主動軸上，升檔（例如從一檔換二檔）是通過齒環降速實現；降檔（例如從五檔降四檔）是通過同步環升速實現；2）同步器在從動軸上，升檔是通過檔位齒升速實現，降檔是通過檔位齒降速實現。在1）狀況下，是檔位齒的轉速在變化在2）狀況下，則是同步環的轉速在變化b） 同步機理何在？靠同步環與檔位齒之間的錐面摩擦力矩實現。摩擦的產生有兩個條件：）錐面之間有正壓力的存在；）預同步的檔位齒與同步環之間要有轉速差；這兩個條件缺一不可！在空檔時，有轉速差，但是沒有正壓力；在上文所

7、述預同步階段也是有轉速差，但是沒有可計的正壓力；在同步過程結束后，雖然是存在正壓力的過程，但是沒有了轉速差；所以，只有在同步過程這一階段，都具備上述的兩個條件。c） 同步過程的力學解析先設定如下幾個參數：齒環結合梅角，大約在110°齒環摩擦錐面角度，大約7°齒環結合梅角至齒環軸心線的鎖止半徑r齒環處在同步階段受力如下：圖4 圖5 受力圖作用在梅角處的力F分解成如圖F1、F2；各齒分力f1的合F1依然是沿軸線方向，對錐面產生正壓力N=F1/sin；進一步分析可知，F1的大小影響由撥叉作用在齒套上的軸向換檔力。N.R就是同步摩擦力矩，記為Mf.R.F1/sin；其中R是錐面上的

8、名義作用半徑；所有結合齒上F2的合力是沿圓周方向的，使得齒環產成一個回撥力矩：MrF2.r 其中r 是齒環梅角至齒環軸心線的鎖止半徑 ； F1與F2的關系：F2=F1/tg（/2）；特別：預使同步，必須符合：MfMr .R .tg（/2）r.sin，其中是錐面摩擦系數；這是同步器設計中必須要滿足的。從這個意義上講，越大對滿足這一條件是有利的，所以在齒環上的鎖止角往往較大，達到110°甚至120°；為什么是MfMr的條件呢？Mf是指作用在齒環上的，Mr也是作用在齒環上的，此兩力矩的施力者分別是預同步的檔位齒和齒套，此兩力矩必然方向相反，下面論述在“未達到同步之前Mf和Mr必然

9、反方向”：由檔位齒升高轉速而完成同步，即上文所述的“同步器在從動軸上時，由高檔換低檔的過程”。同步初時齒環轉速比檔位齒高，假設轉速差為，與Mf、Mr，之間的方向關系如圖： 則：齒環受Mf與轉速差必然相反，因為此時齒環對檔位齒而言是主動，靠摩擦力矩去提升檔位齒的轉速；而Mr與始終是同方向的，所以Mf與Mr反方向。由檔位齒降低速度而完成同步，即上文所述的“同步器在從動軸上時，由低檔換高檔的過程”。這種情況下，齒環相對檔位齒而言是被動，靠摩擦力矩去降低檔位齒的轉速，齒環受Mf與齒環轉速差相反；而Mr與始終是同方向，所以Mf與Mr也是反方向的類似的對以下兩種工礦的分析也能得出Mf與Mr反方向的結論：同

10、步器在主動軸上，通過齒環降速實現升檔（例如從一檔換二檔）；通過同步環升速實現降檔（例如從五檔降四檔）。正是MfMr以及Mf與Mr反方向這兩個條件保證了在檔位齒和齒環未達到同轉速之前，上圖中的偏角的存在。只有達到同步了，前文所述的條件ii)不滿足而Mf消失，而Mr繼續存在,正是這個撥正力矩的存在使得齒環迅速偏轉，迅速增大到半齒角而使齒套得以繼續作軸線移動。如圖：同步過程 同步結束 同步齒套與檔位齒上結合齒的結合過程：在同步過程結束之后，檔位齒、齒環和齒套的轉速已經達到一致，齒套繼續作軸向移動而與檔位齒上的結合齒結合，完成整個的換檔過程： 當齒套與結合齒剛接觸時，梅角前沿點（且稱之為“鼻子”）可能

11、出現以下工況;齒套上“鼻子”正對結合齒上的“鼻子”。因為結合齒與同步器齒套在圓周方向是沒有任何關聯定位的，完全是隨機的，所以也就不可避免的會有上述“鼻子”對“鼻子”的工況發生.但是也考慮到實際，整個圓周上不可能所有齒都是“鼻子”對“鼻子”相碰，只要稍有錯開，就會有回撥力迅速加速偏致撥正。另外，實際上梅角“鼻子”上有角度，大約6°，如圖b、c圖a工況是線線接觸，考慮到實際有一定的寬度，真正的是面面接觸，所以接觸沖擊大；圖b或c都是由點接觸逐漸過渡，嚙合平穩。那么，為什么齒套在與齒環嚙合時沒有這種狀況的發生呢？因為滑塊、同步環上的滑塊槽、滑塊在齒套上的定位槽共同保證了齒套上的梅角齒與齒環

12、上的梅角齒在圓周方向有關聯，即大約錯開半個齒角度。只有當齒套上的梅角正對結合齒槽時，才能完全“輕松自如”的進入，但這在隨機狀況下總是得不到保證的。所以，其側面必然相接觸產生回撥力使其產生一個角度偏轉而實現正對，如前文所述。分解產生的軸向力F1此時是無用處的，而徑向力F2正是產生回撥力矩的。F2=F.cos(/2),從式中可見此角度應該小一些，一般是約90°這就是往往看到的：齒環上的梅角較大（110°120°）；而檔位結合齒上的梅角較?。?0°100°）。這兩個角度從同步過程中的功能上看是完全不一樣的：一個是降低回撥力增大軸向力而達到增大同步摩擦

13、力矩（齒環上的角）；另一個是減小軸向正壓力增大回撥力矩（結合齒上的角）。附表：幾種變速器上齒套、同步環、結合齒上梅角桑330齒套梅角齒環梅角結合齒梅角備注一/二檔60°±3055°±3090°(÷2)三/四檔60°±3060°±30110°±2°(÷2)五 檔60°±3060°±3090°(÷2)金杯齒套梅角齒環梅角結合齒梅角備注一/二檔115°±2°(÷2)115°±1°(÷2)90°(÷2)三/四檔115°±1°(÷2)115°±1°(÷2)90°(÷2)五 檔115°±1°(÷2)115°±1°