204-209变速器篇(同步器计算)
汽车变速器同步器
14
转一个角度
3.具体的工作过程 3.具体的工作过程
1）换档杆通过拨叉拨动同步器齿套，同步器齿套通过滑 块槽带动由弹簧压紧的滑块一起推动同步环压向齿轮的同 步锥面。
每天进步一点点
2）由于换档力P的作用和转速差Δω的存在，两同步 由于换档力P的作用和转速差Δω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 锥面一经接触即会产生摩擦力矩Mf，并使同步环相对 同步器齿套转动一个角度。
每天进步一点点
１.锁环式同步器
工作可靠、耐用，摩擦锥面 半径受限，转矩容量不大； 适于轻型以下汽车，广泛用 于轿车及轻型客、货汽车。
每天进步一点点
摩擦元件 2.锁销式惯性同步器 2.锁销式惯性同步器
与锁环式类似,但锁止元件是三个 锁销及相配的锁销孔倒角,另有三 个以弹簧及钢球定位的定位销。摩 擦元件是铆在锁销两端的同步锥环。 摩擦锥面径向尺寸大,转矩容量大, 广泛用于中、重型汽车上。
同步器基础知识
每天进步一点点
第1页
目录
1.同步器的分类 2.惯性同步器的特点和应用 3.惯性式同步器的工作原理
4.双锥同步器的结构和特点
每天进步一点点
第2页
同步器是改善汽车机械式变速器换挡性能的主要零 部件，对减轻驾驶员的劳动强度，致使操纵轻便，提高 齿轮及传动系统的平均使用寿命，提高汽车形式安全性 和舒适性，并对改善汽车起步时的加速性和经济性起着 极其重要的作用。
每天进步一点点
第3页
一、同步器的分类
同步器
常压式
惯性式
自行增力式
锁环式惯性同步器
锁销式惯性同步器
锁环式多锥惯性 同步器
每天进步一点点
1）常压式同步器：是一种早期开发的同步器。特点是结 构简单，但其不能保证被啮合件在同步状态（即角速度相 等）下实现换档。也就是常压式同步器不能从根本上解决 换档时的啮合冲击问题，所以这种同步器目前已被淘汰。 2）惯性式同步器：惯性式同步器是依靠摩擦作用实现同 步的，在其上面设有专设机构保证接合套与待接合的花键 齿圈在达到同步之前不可能接触，从而避免了齿间冲击。 由于惯性式同步器能够确保同步啮合换档，目前得到广泛 应用。 3）惯性增力式同步器：又称“波尔舍”（Porsehe）同 步器。由于这种同步器对材料、热处理及制造精度均要求 较高，目前在国内采用较少。
变速器和同步器图解
两轴五当变速器传动简图此变速器有五个前进档和一个倒档，由壳体、第一轴（输入轴）、中间轴、第二轴（输出轴）、倒档轴、各轴上齿轮、操纵机构等几部分组成。
1-输入轴 2-轴承 3-接合齿圈 4-同步环5-输出轴 6-中间轴 7-接合套 8-中间轴常啮合齿轮三轴五挡变速器传动简图两轴五当变速器传动与传统的三轴变速器相比，由于省去了中间轴，所以一般档位传动效率要高一些；但是任何一档的传动效率又都不如三轴变速器直接档的传动效率高。
1-输入轴 2-接合套 3-里程表齿轮 4-同步环 5-半轴 6-主减速器被动齿轮 7-差速器壳8-半轴齿轮 9-行星齿轮 10、11-输出轴 12-主减速器主动齿轮 13-花键毂两轴五当变速器传动简图关于换挡动作的控制形式上图为推杆连接的换挡方式的4速手动挡变速箱模型一般的手动变速箱，都是通过推杆连接或者是拉线来控制换挡的。
推杆连接的换挡控制方式，更为直接但是传递的振动会很大；而拉线式的虽然没有振动，但是挡位显得不是很清晰，可谓是各有优劣。
除了这两种纯机械式的换挡控制，此外，还有使用电控装置换挡的手动变速箱，它可以很好的结合推杆和拉线换挡之间的优点。
这种变速箱在换挡的时候，挡拨动变速杆到相应的挡位，在变速器里就会有电机驱动相应的拨叉控制套筒与齿轮咬合，因此不存在挡位不清晰的问题，而且换挡的行程也可以控制在很理想的围。
同步器有常压式，惯性式和自行增力式等种类。
这里仅介绍目前广泛采用的惯性式同步器。
惯性式同步器是依靠摩擦作用实现同步的，在其上面设有专设机构保证接合套与待接合的花键齿圈在达到同步之前不可能接触，从而避免了齿间冲击。
惯性同步器按结构又分为锁环式和锁销式两种。
其工作原理可以BJ212型汽车三档变速器中的二、三档同步器为例说明。
花键毂7与第二轴用花键连接，并用垫片和卡环作轴向定位。
在花键毂两端与齿轮1和4之间，各有一个青铜制成的锁环（也称同步环）9和5。
锁环上有短花键齿圈，花键齿的断面轮廓尺寸与齿轮 1，4及花键毂 7上的外花键齿均相同。
《汽车变速器同步器》课件
定期更换同步器油
根据汽车制造商的推荐， 定期更换变速器油，以保 证同步器的正常润滑。
正确驾驶习惯
避免急加速、急减速和频 繁换挡等行为，以减少同 步器的磨损。
05
总结与展望
同步器技术的发展与展望
1 2 3
用于手动变速器，以提高换挡的平顺性和舒适性 。
动力传递的实现
当输入轴和输出轴达到同 步状态时，同步器的驱动 部分将动力传递给输出轴 ，完成换挡操作。
03
同步器的类型与特点
惯性式同步器
总结词
基于惯性原理实现转速同步
优点
结构简单，工作可靠，成本低。
详细描述
利用主动件和从动件之间的相对运动 产生摩擦力，通过摩擦力矩的作用实 现转速的同步。
缺点
同步速度较慢，对于大功率或高转速 的变速器不太适用。
传递动力
当输入轴和输出轴达到同步状 态时，同步器将动力传递给输
出轴，完成换挡操作。
同步器的工作原理详解
01
02
03
摩擦力矩的作用
同步器中的摩擦片在锁止 和解锁过程中产生摩擦力 矩，通过摩擦力矩的作用 实现转速差的减小。
转速差的消除
当输入轴和输出轴之间的 转速差较小时，摩擦力矩 的作用使转速差逐渐减小 ，最终消除转速差。
同步器的应用场景
03
手动挡和自动挡汽车变速器中均有应用。
同步器在变速器中的故障诊断与排除
同步器常见故障
换挡困难、换挡冲击、变速器异 响等。
故障诊断方法
听诊、触诊、仪器检测等。
故障排除步骤
检查同步器是否松动、检查同步 器弹簧是否损坏、更换损坏的同 步器等。
同步器的维护与保养
定期检查同步器
同步器性能计算
=
R1 ⋅ (tan α '− µ1 ) ⋅P 1 + µ1 ⋅ tan α '+ µ2 (tan α '− µ1 )
其中 R 的求法 D ：同步环锥孔大端直径； B：同步环宽； D ：小端直径
f
o
i
Do = Di − 2 ⋅ B ⋅ tan θ Rf = Do3 − Di3 3( Do2 − Di2 )
= FN ⋅ sin θ ⋅
[1 + µ1 ⋅ tan α '+ µ2 (tan α '− µ1 )]
1 + µ1 ⋅ tan α '
如发现问题，请大家批评指正。 赵航 EMAIL： 334788422@
第 5 页 共 10 页
1.3 1
求摩擦转矩及同步解除扭矩 ）摩擦转矩
µ3 ⋅ R f ⋅ (1 + µ1 ⋅ tan α ') ⋅P sin θ ⋅ [1 + µ1 ⋅ tan α '+ µ 2 (tan α '− µ1 )]
Pi ⋅ t = If ⋅ ∆ω ± Td ⋅ t = Ti / Pi I f ⋅ ∆ω ⋅ R1 ± Td ⋅ R1 ⋅ t R1 ⋅ (tan α '− µ1 ) ⋅ R1 1 + µ1 ⋅ tan α '+ µ 2 (tan α '− µ1 )
即
=
1 + µ1 ⋅ tan α '+ µ 2 (tan α '− µ1 ) I f ⋅ θ1 ± Td ⋅ R1 ⋅ t ⋅ R1 ⋅ (tan α ' − µ1 ) R1
2、同步器耐久性
指的是经过长时间的使用，磨损之后，仍然能保持在同步之前不挂上档，即不出现齿轮换 档噪声等。
变速器同步器概述
目前汽车上广泛采用摩擦惯性式同步器，是依靠摩擦作用实现同步的。 由锁环式惯性同步器和锁销式惯性同步器两种类型。
一、锁环式惯性同步器 1、锁环式惯性同步器构造
1-第一轴 2、13-滚针轴承 3-六挡接合齿圈 4、8-锁环 5-滑块 6-定位销 7-接合套 9-五挡接合齿圈 10-第 二轴五挡齿轮 11-衬套 12、18、19-卡环14-第二轴 15-花键毂 16-弹簧 17-中间轴五挡齿轮 20-挡圈
与锁环式同步器一样， 在锁止倒角上的切向分力F2 也形成一个拔环力矩，而力 图使锁销及锥环倒转，但在 锥环与锥盘未达到同步前， 由摩擦锥盘所形成的摩擦力 矩总大于拔环力矩，因而可 以阻止接合套与齿圈在同步 之前进入啮合。
（4） 同步啮合 ） 只有达到同步后惯性力 矩消失，拔环力矩才可拔 动锁销及摩擦锥环、锥盘 和齿轮等一起相对于接合 套转过一个角度，使锁销 重新与接合套的销孔对中， 接合套便在轴向推力的作 用下，压入定位钢球而沿 定位销和锁销向左移动， 与五挡接合齿圈进入啮合。
强制同步：在变速器退到空挡 后，立即抬起离合器踏板，同 时踩一下加速踏板，使发动机 连同离合器从动盘和第一轴都 开始升速，使V2>V3 。
无同步器的普通变速器的操纵复杂，换挡过程中容易产生冲击，对驾驶 员的熟练程度要求高，容易造成驾驶员的疲劳。 为克服上述缺点，在普通变速器上采用同步器，使换挡时即将啮合齿 轮的接合部位与接合套的速度相等，即实现同步。 常压同步器 锁环式同步器 同步器 种类 惯性式同步器 自行增力式同步器 锁销式同步器
花键毂15套装在第二轴上，并用卡环18 轴向固定； 在花键毂两端与齿圈3和9之间，各有一个 锁环（同步环）4和8； 青铜制成的锁环 锁环 锁环上有断续的短花键齿圈，花键齿圈的 断面轮廓尺寸与齿圈3、9及花键毂15上的外 花键齿均相同。 锁环上的花键齿，在对着接合套的一端， 都有倒角，且与接合套齿端的倒角相同； 锁环有与齿圈3、9上的锥形摩擦面锥 度相同的内锥面，锥面上制出细牙的螺 旋槽，以便两锥面接触后，破坏油膜， 增加锥面间的摩擦。
变速器标准值计算公式
变速器标准值计算公式变速器是汽车传动系统中的重要组成部分，它能够根据车速和发动机转速的变化，使车辆在不同工况下保持合适的转速和扭矩输出，从而保证车辆的动力性能和燃油经济性。
在变速器设计和优化过程中，需要对其性能进行评估和计算，以确定合适的参数和工作范围。
在这个过程中，变速器标准值计算公式是一个重要的工具，它可以帮助工程师们快速准确地计算出变速器的各项性能指标，为变速器的设计和优化提供参考。
变速器的性能指标包括传动效率、传动比、换挡时间等多个方面，其中传动效率是变速器性能的关键指标之一。
传动效率是指变速器在传递动力时的能量损失，它直接影响着车辆的燃油经济性和动力性能。
传动效率的计算公式可以表示为：η = (Pout / Pin) 100%。
其中，η表示传动效率，Pout表示输出功率，Pin表示输入功率。
通过这个公式，可以快速计算出变速器的传动效率，从而评估其性能和优化设计。
除了传动效率，传动比也是变速器设计中的一个重要参数。
传动比是指变速器输入轴和输出轴的转速比，它直接影响着车辆的加速性能和燃油经济性。
传动比的计算公式可以表示为：i = Nout / Nin。
其中，i表示传动比，Nout表示输出轴转速，Nin表示输入轴转速。
通过这个公式，可以快速计算出变速器的传动比，从而评估其对车辆动力性能的影响。
此外，换挡时间也是变速器设计中需要考虑的重要参数。
换挡时间是指变速器在进行换挡操作时所需的时间，它直接影响着车辆的驾驶舒适性和动力输出。
换挡时间的计算公式可以表示为：t = (θ 60) / (2 π N)。
其中，t表示换挡时间，θ表示换挡角度，N表示发动机转速。
通过这个公式，可以快速计算出变速器的换挡时间，从而评估其对车辆驾驶舒适性的影响。
在变速器设计和优化过程中，变速器标准值计算公式是一个重要的工具，它可以帮助工程师们快速准确地评估变速器的性能指标，为变速器的设计和优化提供参考。
通过对传动效率、传动比、换挡时间等多个方面的计算，可以全面了解变速器的性能特点，从而为其优化设计提供有力支持。
变速器各部件阶次计算
众所周知，变速器是机械设备的重要部件，且在器械是使用过程中利用率极高。
由于变速器的长期高强度使用，其容易出现各类故障。
而变速箱的每个部件(轴，齿轮，轴承)的故障特征阶次可以精确地计算出来，在出现失效的情况时，可借助部件故障阶次推断出故障源的位置。
下面给大家以某三轴变速器为例说明变速器各部件阶次的计算。
一、变速箱齿轮及轴的阶次计算方法
表3.3为变速器3档时各齿轮齿数，图3. 15为该变速器动力传递时示意图，挂上3档后，动力经输入轴3rd齿轮、中间轴3rd齿轮、中间轴6th齿轮、输出轴6th齿轮，经输出轴传出，由各元件之间相互运动关系得到其各元件的阶次，下面将详细介绍各转轴以及齿轮啮合的阶次，最后结果如表3. 4所示，监测得到的阶次与计算得到的各阶次相比较即可大致判断故障位置。
以上就是由四川志方科技有限公司为大家提供整理的变速器各部件阶次计算，变速器容易产生故障失效，因此，在使用过程中需要经常对其进行检测，但是变速器的测试过程比较繁琐，如果专门派人做变速器检测，将耗费大量人力，不如购置一台专业的变速器测试系统，将专业的工作交给专业的人去做，既节约人力又提升效率。
四川志方科技有限公司研发的减速器测试系统采用模块化设计，依据国内外最新测试标准，结合用户测试需求，可完成各种精密减速器的生产出厂、性能测试及科研、教学演示。
【汽车设计过学迅】变速器设计.解读
假定μB=0，则可得:
(3-26)
待同步的齿轮是靠同步环与之接触的锥面之间的摩擦力矩来升速 或降速的,根据动量矩定理可列出同步器工作的基本方程式:
(3-27)
式中: Ｊｒ—同步器输入端零件的转动惯量。ωｒ—同步器输入端零 件的角速度。ｔ—同步时间。
3.6.2 同步器的结构型式及其特点
同步器可分为常压式、惯性式和惯性增力式三种类型。
3.3.2 变速器的轴向尺寸
货车变速器壳体的轴向尺寸与挡数有关，可参照下列数据选用: 四挡:(2.2 ~2.7)Ａ。 五挡:(2.7 ~3.0)Ａ。 六挡:(3.2 ~3.5)Ａ。 轿车四挡变速器壳体轴向尺寸为(3.0 ~3.4)Ａ。
3.3.3 挡数及各挡传动比
１.根据最大爬坡度确定一挡传动比
汽车在最大上坡路面上行驶时，最大驱动力应能克服轮胎与 路面间滚动阻力及上坡阻力，由于汽车上坡行驶时，车速不高， 故忽略空气阻力，由汽车行驶方程得:
(3-3)
式中: φ—道路附着系数。 Ｎ—驱动轮垂直反力。
式中：x、S 的值，当后轮驱动时，ｘ=Ｌ1，Ｓ=+１；前轮驱动时， ｘ=Ｌ2，Ｓ=-1；全轮驱动时ｘ=Ｌ，Ｓ=0。α为路面坡度角，Ｌ１、 Ｌ２ 分别为汽车质心距前后轴的距离，Ｌ为汽车轴距，ｈｇ为汽车
同步器设计实例
已知条件：离合器从动片结构尺寸。
变速器档位数、档位排列及各档速比。
变速器各档位齿轮的结构尺寸。
变速器中心距。
匹配发动机最大功率时转速。
1．同步器理论设计计算：1）转动惯量的计算：换档过程中依靠同步器改变转速的零部件包括：离合器从动片、一轴、中间轴、与中间轴齿轮相啮合的主轴上的常啮齿轮。
统称为同步过程的输入端。
（见同步系统简图）而输入端的转动惯量Jc的计算步骤是：首先计算上述相关零部件的转动惯量，而后按不同的档位转换到被同步的档位齿轮上去。
园柱体盘式零件的转动惯量计算公式为;实心J=Q×D2/8g=（γ×π/32g）×D4×L空心J=Q×（D2-d2）/8g=（γ×π/32g）×（D2+d2）×（D2-d2）式中：Q—零件重量（克）D—零件外径（厘米）d—零件内径（厘米）g—重力加速度（980厘米/秒2）γ—材料比重（钢：7.85克/厘米3）L—零件厚度（厘米）转动惯量的转换：基本公式为J换=J×i=J×主动齿轮齿数/从动齿轮齿数各档的总转动惯量ΣJ，需要将各相应零件的转动惯量转到被同步的零件上。
ΣJ=J+J换2）角速度差Δω的计算：在理论设计计算中，一般是按角速度差的最大值计算。
所以只有假设在两个角速度中有一个是相当为发动机最大功率时的转速的值，才是同步过程中的最大角速度差。
a.低档换高档：此时汽车处于加速过程，可以假定与整车相连的输出端（二轴及同步器齿套）换档时转速不变，仍为换档前的低档转速。
而输入端（被同步齿轮）的转速则高于输出端转速。
输入端需要减速才能同步。
只有假定换档前输入端的转速是相应于发动机最大功率的转速n N，才能得到角速度差的最大值Δωmax。
所以：ω出=（2×π×n N/60）/i低ω入=（2×π×n N/60）/i高Δωmax=ω入-ω出= 2×π×n N/60×（1/i高-1/i低）b）高档换低档：此时汽车处于减速过程，亦可以假定与整车相连的输出端（二轴及同步器齿套）换档时转速不变，仍为换档前的高档转速。
变速器和同步器图解
两轴五当变速器传动简图此变速器有五个前进档和一个倒档，由壳体、第一轴（输入轴）、中间轴、第二轴（输出轴）、倒档轴、各轴上齿轮、操纵机构等几部分组成。
1-输入轴 2-轴承 3-接合齿圈 4-同步环5-输出轴 6-中间轴 7-接合套 8-中间轴常啮合齿轮三轴五挡变速器传动简图两轴五当变速器传动与传统的三轴变速器相比，由于省去了中间轴，所以一般档位传动效率要高一些；但是任何一档的传动效率又都不如三轴变速器直接档的传动效率高。
1-输入轴 2-接合套 3-里程表齿轮 4-同步环 5-半轴 6-主减速器被动齿轮 7-差速器壳8-半轴齿轮 9-行星齿轮 10、11-输出轴 12-主减速器主动齿轮 13-花键毂两轴五当变速器传动简图关于换挡动作的控制形式上图为推杆连接的换挡方式的4速手动挡变速箱模型一般的手动变速箱，都是通过推杆连接或者是拉线来控制换挡的。
推杆连接的换挡控制方式，更为直接但是传递的振动会很大；而拉线式的虽然没有振动，但是挡位显得不是很清晰，可谓是各有优劣。
除了这两种纯机械式的换挡控制，此外，还有使用电控装置换挡的手动变速箱，它可以很好的结合推杆和拉线换挡之间的优点。
这种变速箱在换挡的时候，挡拨动变速杆到相应的挡位，在变速器里就会有电机驱动相应的拨叉控制套筒与齿轮咬合，因此不存在挡位不清晰的问题，而且换挡的行程也可以控制在很理想的范围。
同步器有常压式，惯性式和自行增力式等种类。
这里仅介绍目前广泛采用的惯性式同步器。
惯性式同步器是依靠摩擦作用实现同步的，在其上面设有专设机构保证接合套与待接合的花键齿圈在达到同步之前不可能接触，从而避免了齿间冲击。
惯性同步器按结构又分为锁环式和锁销式两种。
其工作原理可以北京BJ212型汽车三档变速器中的二、三档同步器为例说明。
花键毂7与第二轴用花键连接，并用垫片和卡环作轴向定位。
在花键毂两端与齿轮1和4之间，各有一个青铜制成的锁环（也称同步环）9和5。
锁环上有短花键齿圈，花键齿的断面轮廓尺寸与齿轮1，4及花键毂 7上的外花键齿均相同。
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