汽车同步器设计.doc

1、汽车同步器设计摘要现代人对于汽车舒适性的追求，要求换挡平稳迅速，省力无冲击。而这反映到变速器上就是换挡时同步器冲击反馈到变速杆上。同步器是汽车变速器的重要部件，它使同步器输入、输出部分同步后再结合，从而减小了换挡时的冲击和噪声，减轻换挡力，使得换挡平顺，轻便，减轻驾驶员的疲劳。关键词：变速器；齿轮；同步器；设计Automobile synchronizer designedAbstractThe pursuit of modern people for car comfort, require smooth shift rapidly, no impact on the effort. And

2、 this is reflected in the transmission when shifting synchronizer impact feedback on the stick shift. Synchronizer is one of the important parts, auto transmission it synchronize the synchronizer input and output part after recombination, thus reduced the shift of shock and noise, reduce the shift f

3、orce, makes the shifting smooth and light, reduce the drivers fatigue.Keywords:transmission;gear;synchrotron;design 目 录绪 论11.汽车同步器简介11.1同步器的发展状况11.2同步器的分类11.3同步器的作用42、同步器工作原理62.1同步器换挡过程由三个阶段组成62.2机械式变速器的特点62.3 同步器设计的基本要求72.4 换档结构型式73.变速器主要参数的选择与主要零部件的设计73.1变速器主要参数的选择73.1.1档数和传动比73.1.2 中心距93.1.3轴向尺寸1

4、03.1.4齿轮参数103.2 各档传动比及其齿轮齿数的确定113.2.1 确定一档齿轮的齿数123.2.2 确定其他档位的齿数124.变速器齿轮的强度计算134.1 变速器齿轮的几何尺寸计算134.2齿轮的强度计算与校核145.变速器的轴165.1 变速器轴的结构尺寸165.2轴的校核176.汽车同步器的设计186.1同步器的结构类型186.2锁环式同步器的工作原理196.3惯性锁环式同步器的主要结构参数206.4.结构参数对同步器性能的影响27结 论29参考文献30致 谢31III 绪 论手动变速器的结构内部有一个非常重要的设备，那就是“同步器”。同步器的作用是很显而易见的，那就是换挡时候

5、时候由于动力输出端齿轮转速要快于马上要换入这个挡位的齿轮，解决汽车在换挡操作中发动机转速与变速箱转速不一致的机械装置，他可以有效地避免挂不上档、消除换挡时的齿轮响声等如果没有同步器，把一个慢速旋转的齿轮强行塞入一个高速旋转的齿轮中，肯定会发生打齿的现象。同步器就是在结合套和齿轮组上布置的摩擦片，与一般摩擦片不同的是，它的摩擦面是锥形的。这组摩擦片的作用是在直齿和圆盘的立齿相接触以前，提前进行摩擦，来将转速较大的一方的能量传递给转速较小的一方，使得转速较小的一方提升转速，达到与转速较大的一方转速同步。这样不仅可以保证正常换挡，还能起到缓冲的作用，而锥面摩擦片组的数目与材质则直接影响到了同步器性能

6、的优劣。1.汽车同步器简介1.1同步器的发展状况目前，同步器已广泛应用在机械式齿轮传动的汽车变速器中。由于它的使用，使得机械式手动变速器的性能大大改善，不但使换档轻便，避免冲击，同时使得变速器以及整个传动系的平均寿命也得到提高，也有利于提高汽车的动力性和燃料经济性。并且改变了用两脚离合器换档的操作方法，减少了驾驶员的疲劳，增加了驾驶员的安全感和舒适感。为此国内现生产的汽车变速器全部采用了同步器结构。1.2同步器的分类同步器有常压式、惯性式和惯性增力式三种。常压式同步器结构虽然简单，但有不能保证啮合件在同步状态下(即角速度相等)换挡的缺点，现已不用。得到广泛应用的是惯性式同步器。目前全部同步式变

7、速器上采用的是惯性同步器，它主要由接合套、同步锁环等组成，它的特点是依靠摩擦作用实现同步。接合套、同步锁环和待接合齿轮的齿圈上均有倒角（锁止角），同步锁环的内锥面与待接合齿轮齿圈外锥面接触产生摩擦。锁止角与锥面在设计时已作了适当选择，锥面摩擦使得待啮合的齿套与齿圈迅速同步，同时又会产生一种锁止作用，防止齿轮在同步前进行啮合。当同步锁环内锥面与待接合齿轮齿圈外锥面接触后，在摩擦力矩的作用下齿轮转速迅速降低（或升高）到与同步锁环转速相等，两者同步旋转，齿轮相对于同步锁环的转速为零，因而惯性力矩也同时消失，这时在作用力的推动下，接合套不受阻碍地与同步锁环齿圈接合，并进一步与待接合齿轮的齿圈接合而完成

8、换档过程。 惯性式同步器能做到换挡时两换挡元件之间的角速度达到完全相等之前，不允许换挡，因而能完善地完成同步器的功能和实现对同步器的基本要求。按结构分，惯性式同步器有锁销式、滑块式、锁环式、多片式和多锥式几种。虽然它们的结构不同，但都有摩擦元件、锁止元件和弹性元件。图1-1a所示锁销式同步器的摩擦件是同步环2和齿轮3上的凸肩部分，分别在它们的内圈和外圈设计有相互接触的锥形摩擦面。锁止元件位于滑动齿套1的圆盘部分孔中做出的锥形肩角和装在上述孔中、在中部位置处有相同角度的斜面锁销4。锁销与同步环2刚性连接。弹性元件是位于滑动齿套1圆盘部分径向孔中的弹簧7。在空挡位置，钢球5在弹簧压力作用下处在销6

9、的凹槽中，使之保持滑动齿套与同步环之间没有相对移动。滑动齿套与同步环之间为弹性连接。图1-1b所示锁环式同步器摩擦元件，是通过滑动齿套8及锁环9上的锥面来实现的。作为锁止元件是锁环9的内齿和做在齿轮10上的接合齿端部。齿轮10和锁环9之间是弹性连接。图1-1 惯性式同步器结构方案a)锁销式 b)锁环式1、8-滑动齿套 2-同步环 3、10-齿轮 4-锁销 5-钢球 6-销 7-弹簧 9-锁环在惯性式同步器中，弹性元件的重要性仅次于摩擦元件和锁止元件，它用来使有关部分保持在中立位置的同时，又不妨碍锁止、解除锁止和完成换挡的进行。锁销式同步器的优点是零件数量少，摩擦锥面平均半径较大，使转矩容量增加

10、。这种同步器轴向尺寸长是它的缺点。锁销式同步器多用于中、重型货车的变速器中。滑块式同步器本质上是锁环式同步器，它工作可靠、零件耐用；但因结构布置上的限制，转矩容量不大，而且由于锁止面在同步锥环的接合齿上，会因齿端磨损而失效，因而主要用于轿车和轻型货车变速器中。多锥式同步器的锁止面仍在同步环的接合齿上，只是在原有的两个锥面之间再插入两个辅助同步锥，如图1-2所示。由于锥表面的有效摩擦面积成倍地增加，同步转矩(在同步器摩擦锥面上产生的摩擦力矩)也相应增加，因而具有较大的转矩容量和低热负荷。这不但改善了同步效能，增加了可靠性，而且使换挡力大为减小。若保持换挡力不变，则可缩短同步时间。多锥式同步器多用

11、于重型货车的主、副变速器以及分动器中。双锥同步器，解决了现有技术中单环同步器容量小、结构庞大、可靠性差的问题。双锥同步器从外到内由外环、中间环、内环构成，中间环与外环、内环的配合面皆为锥面，中间环上沿圆周方向均布有六个凸爪，安装在齿轮端面的六个凹槽中，本技术方案中同步环的摩擦介质材料可为树脂、钼及粉末冶金，适应不同的工况使用。双锥同步器与现有技术的单环同步器相比结构紧凑、容量大，使用可使变速箱整体结构变小、重量减轻、经济性提高。惯性增力式同步器又称为波舍(Porsehe)式同步器，见图1-3。它能可靠地保证只在同步状态下实现换挡。只要啮合套和换挡齿轮之间存在转速差，弹簧片的支承力就阻止同步环缩

12、小，从而也就阻止了啮合套移动。只有在转速差为零时，弹簧片才卸除载荷，于是对同步环直径的缩小失去阻力，这样才可能实现换挡。波舍式同步器的摩擦力矩大、结构简单、工作可靠、轴向尺寸短，适用于货车变速器。图1-2 多锥式同步器图1-3 波舍式同步器1.3同步器的作用同步器的作用是：使离合器与待啮合齿圈迅速同步，缩短换挡时间，同时防止啮合时齿间的冲击。过去的旧式变速器的换档要采用两脚离合的方式，升档在空档位置停留片刻，减档要在空档位置加油门，以减少齿轮的转速差。但这个操作比较复杂，难以掌握精确。无同步器时变速器的换档过程： 一般采用移动齿轮或接合套换档，为使换档平顺，应使待啮合的轮齿的圆周速度必须相等（

13、同步）。下面以无同步器的五档变速器中四、五档的互换过程为例加以说明：1第一轴 ；2第一轴常啮齿轮；3接合套 ；4第二轴五档齿轮5第二轴 ；6中间轴五档齿轮（1）从低速变高速四档变五档 1）四档时，V3= V2；欲挂五档，离合器分离接合套3右移，先进入空挡。2）3与2脱离瞬间， V3= V2而V4 V2， V4 V3，会产生冲击，应停留。3）因汽车传动系惯性质量大V3下降较慢，而V4下降较快，必有 V3= V2时，此时挂档应平顺 （2） 从高速变低速五档变四档 1）五档时，V3= V4；欲挂五档，离合器分离，接合套3左移，先进入空挡。2）3与2脱离瞬间， V3= V4而V4 V2， V3 V2，

14、会产生冲击，应停留。3）因 V2 比V 3下降 快，必无 V3= V2时，此时应使离合器接合，并踩一下加速踏板使V2 V3，而后再分离离合器待V3= V2时平顺挂档因此设计师创造出同步器，通过同步器使将要啮合的齿轮达到一致的转速而顺利啮合。2、同步器工作原理惯性齿环式同步器主要零件1、同步器滑动齿套 2、同步环3、同步锥环 4、固定齿座5、同步器弹簧 6、同步器推块同步器推块穿过弹簧镶嵌在固定齿座中（每套同步器中有三组），同步器推块头部卡在滑动齿套的环形槽内，驾驶员换档时拨动滑动齿套轴向运动，首先要克服同步器推块和槽的阻力，然后克服在行进过程中同步器推块通过弹簧施以的顶力，带动同步环和同步锥环

15、摩擦同步，以达到换档柔和、清晰的效果。避免了猛挂上档的齿面磕碰的噪音。2.1同步器换挡过程由三个阶段组成第一阶段：同步器离开中间位置，做轴向移动并靠在摩擦面上。摩擦面相互接触瞬间，如图1-1a所示，由于齿轮3的角速度和滑动齿套1的角速度不同，在摩擦力矩作用下锁销4相对滑动齿套1转动一个不大的角度，并占据图上所示的锁止位置。此时锁止面接触，阻止了滑动齿套向换挡方向移动。第二阶段：来自手柄传至换挡拨叉并作用在滑动齿套上的力F，经过锁止元件又作用到摩擦面上。由于和不等，在上述表面产生摩擦力。滑动齿套1和齿轮3分别与整车和变速器输入轴转动零件相连接。于是，在摩擦力矩作用下，滑动齿套1和齿轮3的转速逐渐接近，其角速度差=|一 |减小了。在=O瞬间同步过程结束。第三阶段：=O，摩擦力矩消失，而轴向力F仍作用在锁止元件上，使之解除锁止状态，此时滑动齿套和锁销上的斜