同步器设计
异步信号同步方法
异步信号同步器设计(2)时间：2011-09-19 14:59 作者：赵信来源：网站投稿三、异步电路中同步的三种方法如果使用GALS设计电路，那么就需要将异步信号进行同步处理，那么同步处理最大的问题就是如何消除亚稳态，本章将主要介绍四种同步方法。
3.1 电平同步器只要在采到异步信号等待足够长的时间，处在亚稳态的触发器就会恢复到一个有效地电平上，这个延时通常通过在采到异步信号的触发器后面再加入一级触发器来实现，也就是说异步信号只有在经过目的时钟域的两级触发器采样后才会对目的时钟域的后续电路起作用。
这样的双触发器构成的异步信号采样逻辑被称为电平同步器。
这些策略不能够消除亚稳态，只是减小亚稳态。
同步使用的两个触发器，这两个触发器之间只要满足hold的要求即可。
注意，如果两个以上的关联信号，需要使用特别的方法，不能使用该方法。
该方法电路如下所示：图4 电平同步器值得注意的是如果第一级触发器进入亚稳态状态，而恢复到稳定电平需要的时间很大，那么第二级触发器很可能采到的数据也是亚稳态状态。
但是事实上实际电路的极小噪声和环境的变化都会是触发器脱离亚稳态状态，所以经过两级触发器同步的后，信号出现亚稳态的可能性就会减小到可以忽略的地步。
如果对性能要求比较高的系统，可以增加同步触发器的级数，来获取更好的稳定性，但是代价是付出更多的同步延时。
这种方法要求两个触发器足够近，时钟的偏斜比较小，且两个触发器之间要满足hold要求。
3.2 脉冲同步器脉冲同步器如下图所示：图5 脉冲同步器波形如下：图6 脉冲同步器波形这种方法的功能是将一个时钟域的单时钟周期信号转换为另一个时钟域的单周期信号，这种方法的局限是两个脉冲之间必须有最小的时间间隔，如果两个脉冲离的太近，那么在同步时钟域的两个脉冲就可能相邻，导致在同步时钟域的信号可能大于一个时钟时钟周期。
如果两个脉冲信号非常近，那么同步器将检测不到任何一个脉冲，一般要求两个脉冲的时间间隔大于两个接受时钟周期。
同步器设计手册教学教材
对于中间轴，是齿轮A、B随第一轴即离合器而转动。由于这一段的转动惯量小，离合器分离后，会在很短时间t′x 内停止转动，Vp3和VP2很快随第一轴的停止而趋于零。
当中间轴与第二轴以不同的速度降低的过程中，齿轮P3和S3圆周线速度相等，驾驶员就要巧妙地抓住这段时间，把齿轮P3和齿轮S3接合上。所以在低档换高档的过程中，全靠驾驶员的熟练操作和丰富经验，同时注意力也要特别集中。
图7
6.同步器齿环。同步器齿环是同步器中的一个重要零件。内孔是锥面，与接合齿的外锥面配合。整个内锥面上是螺距等于0.6左右的螺纹，用来破坏外锥面上的油膜，提高它们之间的摩擦系数。内锥面沿轴向开有一些槽，便于流出被两锥面之间挤出的油。轮齿靠近齿套端有倒角。倒角有两个作用，一是在没有同步前起锁止作用，二是同步后便于齿套进入。倒角角度的大小与齿套相同。齿环的外圆处，有三个均布的方槽（或三个凸台），是滑块推动同步环的位置，方槽（或凸台）中心应与所在齿槽中心重合，方槽（或凸台）宽度与滑块（或齿毂上的槽）宽度的差等于二分之一齿距。
早期开发的同步器为常压式同步器，有锥形和片式两种。由于它不能保证被啮合齿轮在同步状态（即角速度相等）下实现换档，不能从根本上解决换档时啮合冲击问题，所以这种同步器目前已被淘汰。
基于轴角转换器的绝对式感应同步器测角系统设计
第37卷，增刊红外与激光工程2008年4月V ol.37SupplementInfrared and Laser EngineeringApr.2008收稿日期：2008-02-29作者简介：尚超（1981-），男，河南汝州人，博士研究生，主要从事精密角度测量技术研究。
Email:newstars c@ 。
导师简介：陈桂林（1941-），男，福建南安人，中国科学院院士，研究员，博士生导师，主要从事空间红外遥感技术研究。
基于轴角转换器的绝对式感应同步器测角系统设计尚超，王淦泉，陈桂林(上海技术物理研究所,上海200083)摘要:为了实现高精度高速电机扫描控制，设计了基于追踪型轴角转换器(Tracking resolver-to-digital converter)的绝对式感应同步器测角系统。
该系统包括感应同步器磁电路、信号调理电路、轴角转换器电路、数字逻辑电路及PC 数据采集软件等部分。
使用工业标准高精度经纬仪对测角精度进行了检测，实验结果表明精度为±2.0"，重复精度优于0.5"。
关键词:绝对角度；感应同步器；追踪型轴角转换器；测角中图分类号：TP212.1文献标识码：A文章编号：1007-2276(2008)增(几何量)-0090-04Absolute rotary inductosyn angle measurement system designbased on tracking RDCSHANG Chao,WANG Gan-quan,CHEN Gui-lin(Shanghai Ins ti tute of Techni cal P hysics,Shanghai 200083,Chi na)Abstr act:In order to implement a high-speed and high-accuracy scanning motor control system,a n angle measuring system was developed based on absolute rotary inductosyn and tracking resolver-to-digital converter.It was composed of exciter circuits,signal conditioning circuits,digital process circuits and PC client software etc.The measuring accuracy was examined with industrial standard high-accuracy theodolite.Experim ent results show that the accuracy is ±2.0"with repeatability better than 0.5".Key wor ds:Absolute angle;Inductosyn;Tracking RDC;Angle measurem ent0引言绝对式感应同步器（Inductosyn ）是一种精密的绝对角度传感器，具有精度高、寿命长、速度快、耐恶劣环境、稳定可靠等一系列优点，因而被广泛应用于航空航天、机械加工、精密仪器等领域。
同步器设计手册
同步器设计手册前言汽车变速器中采用同步器，可以保证换档操作迅速、轻便无冲击，延长齿轮和传动系统的使用寿命，提高汽车在换档和加速起步时的动力性和经济性，改善驾驶舒适性的有效措施。
同步器技术目前被广泛应用于各种车型上。
同步器的应用是机械变速器发展过程中一次质的飞跃，在我国汽车行业标准QC/T29063中明确规定轻型汽车变速器前进档必需装有同步器结构，中型汽车除一档、倒档外，其余各档也必需装有同步器结构。
随着同步器技术不断发展，对于提高变速器传动性能，具有十分重要的经济技术意义。
本手册是在综合同步器理论和实践研究的基础上编写而成。
本书结构新颖，文字简洁，图文并茂，通俗易懂。
内容包括：同步器结构形式，工作原理，设计参数，结构参数，以及影响同步器性能的因素。
本手册可供从事汽车变速器的设计、生产、维修人员参考。
本手册经等人员审阅并提出修改意见，在此表示感谢。
由于作者水平有限，难免有不足之处，请广大员工提出宝贵意见。
作者2007/11/16目录绪论第一章同步器的结构形式及其特点第一节锁销式同步器第二节锁环式同步器第三节锁环式多锥同步器第二章同步器工作原理第三章同步器设计参数及其计算第一节转动惯量及其转换第二节同步力矩 Tc及同步时间第三节拨环力矩T B第四节计算实例第四章结构参数设计第一节结构参数设计第二节结构参数设计对换档性能的影响第三节同步器摩擦材料第五章影响同步器性能的因素第一节润滑油对同步器性能的影响第二节其他对同步器性能的影响第六章同步器试验绪 论汽车变速器是汽车传动系中的一个重要部件，它的功能是在不同的使用条件下，改变由发动机传到驱动轮上的转矩和转速，使得汽车得到不同的牵引力和车速，以适应不同的使用条件。
同时也可以使发动机在最有利的工况范围内工作。
为保证变速器具有良好的工作性能，对变速器提出以下基本要求：1. 应有合适的变速档位数和传动比，保证汽车具有良好的动力性和经济性指标。
2. 较高的传动效率。
手动变速器同步器精讲
即 N×sinα＞μs×N×cosα
tgα＞μs
11
图十四 图十五
由于摩擦系数μ在设计计算时推荐采用0.10; arctg0.1=5.71°&而μs比μ要大故锥面角α一般可取 6°～7°30′&
2同步环径向厚度w& 径向厚度w和锥面平均半径R一样受结构限制不能取太大&
但w的大小须能承受锥环所受的切向拉应力&在结构和成本允 许范围内尽可能将w取大些&
在两锥面达到同步以后;这时换档力 P 还 在作用着图十四;则：
P = N×sinα+μs×N×cosα 式中：μs — 两锥面间的静摩擦系数
当完成同步换档同步环内锥面应脱离同步锥体外
锥面;此时摩擦力μs×N的方向就反过来了图十五
&它又阻止同步环脱开&只有在保证下列条件时;
才能避免两锥面间发生抱死分不开的现象&
图十
从系统简图中：ωv 不变;同步摩 擦力矩 Mf 需克服输入端零件的惯性力矩 Jc×dωc/dt;从而改变ωc;直到输 入端与输出端同步&根据动量矩 定理可列出下列方程式： Jc×dωc/d t – Mf = 0 1 即：Mf = Jc×dωc / d t 2 设输入端与输出端的角速度差为 Δω;同步时间为t; 则此时的平均角加减速度为Δω/ t; 2式可写成：
2. 锁环式同步器的结构参数、尺寸设计计算：
根据同步器计算基本方程式5 ：
P×μ×R锥/Sinα= Jc×Δω/ t
按已知条件：同步器输入端转动惯量 Jc、角速度 Δω均可计
算出; 而同步时间t一般在同步器设计时可取 t = 0.5S &
根据式3 ;即可计算出所需的同步摩擦力矩 Mf值&
同步器设计
第五节同步器设计同步器有常压式、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。
一、惯性式同步器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3—17a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3—17b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3—17 惯性式同步器结构方菜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。
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。
同步器(终)
图十
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况，按发动机最大功
2、同步摩擦力矩Mf 计算：
Mf = P×μ×R 锥/Sinα (4)
式中： P—作用在同步锥面轴向力 μ—同步锥面间摩擦系数 R 锥—锥面平均半径 α—同步锥角 由（3）式可得： P×μ×R 锥/Sinα= Jc×Δω/ t 图十一 (5)
上式称为：同步器计算基本方程式。
3、拨环力
前已述，要是同步器能达 到完全同步，摩擦力矩Mf 必须大于拨环力矩。 保证实现锁止作用的条件： Mf≥N×sinβ×r 锁 （6）
现代变速器中所用的同步器都是惯性 式同步器（也叫惯性锁止式同步器）。他 们的结构虽然有所不同，但是他们的理论 依据都是一样的。惯性锁止式同步器能确 保同步换挡。
按照结构，惯性锁止式同步器可分大 致分为锁环式和锁销式两类。
1）、锁环式惯性同步器
锁环式惯性同步器是最常用的一种同步器。
1-第一轴常啮合齿轮 3、7-齿圈 4、6-锁止齿 5-滑块 8、10-第二轴二档齿轮 9-第二轴 11、17-同步环 13-弹簧 14-齿毂 16-啮合套 18-锥体
常压式同步器的工作原理
换挡力----16结合套----钢球----14 齿毂----齿毂和齿圈的锥体接触 （产生摩擦力，在摩擦力矩的作用 下逐渐实现同步）----换挡力克服 弹簧弹力----钢球从16结合套的凹 槽中弹起----16结合套花键和3齿圈 啮合----完成换挡。 常压式同步器的问题在于，档换 挡力克服了弹簧的弹力，钢球从 结合套凹槽中弹起，此时不管两 锥面是否达到同步，结合套都将 和齿毂结合。所以他仍然不能实 现完全同步。
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。
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总体布置（几何尺寸、人机工程、运动干涉） 总体设计
总体性能设计（动力性、经济性、稳定性、通过性）
发动机选型 传Leabharlann 系汽 车 底盘设计 设行驶系 转向系
计
制动系
车身及外形设计
离合器 变速器 万向传动轴 驱动桥
电子电器系统设计
第三章 机械式变速器设计 解决方案
减小换挡冲击！
定义：滑块在锁环缺口内转动的距离。
取值：
c R1t 4R2
(R1为滑块轴向移动后的外半径； R2为接合齿分度圆半径。)
锁环式同步器主要尺寸的确定
(4)滑块端隙δ1
定义：滑块端面与锁环缺口端面的间隙。
取值： 1 0.5mm 2 1.2 ~ 2.0mm
（三）多锥式同步器
特点：两个辅助同步锥；较大的转矩容量、低热负荷。 应用：多用于总质量大的货车变速器中。
5.转动惯量的计算
三、同步器的计算
摩擦力矩
Mm
FfR
sin
同步时间
t
Jre sin
FfR
1 ik 1
1 ik
摩擦锥面和锁止面的角度
tan fR r sin
自动变速器的换挡原理
本节小结
1.由整车行驶平顺性引入同步器的作用； 2.介绍了同步器的分类； 3.回顾了同步器的工作原理； 4.进行了锁环式同步器各参数的选取； 5.从运动学的角度计算了同步器的性能； 6.分析了自动变速器的换挡冲击问题。
（３）摩擦锥面平均半径R
定义：摩擦锥面中心的半径。 矛盾：R越大，摩擦力矩越大；
受结构限制较明显。 取值：尽可能取大些。
（４）锥面工作长度b
b Mm
2pfR 2
二、同步器主要参数的确定
3.锁止角β
定义：接触齿面与端面的夹角。 影响：保证只有角速度差等于零时才能换挡。 取值：β ＝26°~42°
4.同步时间t
优点：零件数量少，摩擦锥面平均半径 较大，使转矩容量增加。
缺点：轴向尺寸长。 应用：多用于最大总质量大于6吨的货
车变速器中。
（二）锁环式同步器
1.结构
2.工作原理
(1)锁止 (2)同步 (3)换挡
优点：工作可靠、零件耐用。 缺点：转矩容量不大。
应用：多用于乘用车和总质 量 不大的货车变速器中。
锁环式同步器的工作原理
锁环式同步器主要尺寸的确定
(1)接近尺寸b
定义：初始位置时，啮合套接合 齿与锁环接合齿倒角之间 的轴向距离。
取值：b=0.2~0.3mm
锁环式同步器主要尺寸的确定
(2)分度尺寸a
定义：接触位置时，啮合套接合 齿与锁环接合齿中心线间 的距离。
取值：a=1/4接合齿齿距
锁环式同步器主要尺寸的确定
(3)滑块转动距离c
（四）惯性增力式同步器
特点：摩擦力矩大、结构简单、工作可靠、轴向尺寸短。 应用：货车变速器。
二、同步器主要参数的确定
1.摩擦因数f
锰黄铜 铝黄铜 锡黄铜
二、同步器主要参数的确定
2.同步环主要尺寸的确定
（１）同步环锥面上的螺纹槽
轻、中型车
货车
二、同步器主要参数的确定
（２）锥面半锥角α
定义：圆锥面母线与轴线间的夹角。 矛盾：角度越小，摩擦力矩越大；过小会产生自锁。 取值：α=6°~8°
无同步器的五档变速器四、五档齿轮示意图
锁环式同步器的工作原理
第五节 同步器设计
一、惯性式同步器
作用：在两换挡元件之间的角速度达到完全相等 之前不允许换挡。
分类：锁销式、滑块式、锁环式、多锥式 组成：摩擦元件、锁止元件、弹性元件
（一）锁销式同步器
1.结构
2.工作原理
(1)锁止 (2)同步 (3)换挡