同步器锁止条件分析

同步器锁止问题分析
在这里分同步器设计和换挡操纵机构两方面分析一下：
(一)、同步器设计
同步器的容量对同步器同步时间起很大作用，容量增大，换挡力、换档时间均会缩小。

增加锥面尺寸、数量及锥面与同步器锁环间的磨擦系数等都会增大同步器锥面的磨擦扭矩。

对于批量定型生产的同步器锥面尺寸由于空间有限，不能改变。

但对于摩擦系数改变起来就相对容易。

改变同步环材料，及齿轮润滑油对改变锥面磨擦副的磨擦系数作用明显，摩擦系数在变速器的使用过程中的稳定性是影响变速器操作性能的另一重要因素，一般要求用于制作同步环的材料在粘度较小和粘度较大的润滑油中能够保证摩擦系数的稳定性。

制作同步环的材料有铜基合金材料锰黄铜和铝黄铜此种材料广泛应用于我厂S5系列变速箱中，经汽研试验证明铝黄铜的摩擦性能略优于锰黄铜，525Q7即采用铝黄铜。

另外采用钢环喷钼的方法制作的同步环在提高摩擦系数及增加同步环强度方面有较突出的优点，在中重型卡车的变速箱中应用广泛。

其它材料如树脂、碳纤维等摩擦性能优良的新材料相继得到应用。

在匹配南汽的变速箱中，我厂在不改变同步器尺寸的情况下，采用喷钼同步环，经整车试驾后，厂方对整车的换挡性能表示满意。

除同步器的容量和材料的摩擦性能外，同步器的锁止条件和同步器的设计形式是关键因素，下面以同步器的锁止条件为主线，分析例举到几种同步器形式，通过分析其性能特点给出各型同步器的设计特点。

同步器的设中锁止，锁止条件的确立须适当，定量描述锁止条件的参数为阻力比：
γ= Ti
Tc ① Tc:同步器锥面的摩擦力矩
Ti:同步环节圆上的拨环力矩
必须满足条件γ≥1，γ选取过大，虽然可保证在同步器未同步前，同步器齿套决不会推开同步环与锥体接合，但对于锁环式同步器势必要选择较大的锁止角β这会使同步解除力与时间的乘积增大、同步器的啮合力增大、使同步器的操纵性能变坏。

相反γ选取过小（接近1）会使同步器性能变差，易产生挂档冲击。

锥面摩擦力矩:
T c =c c c r u θsin **F ② 拨环力矩:
T i =R i *F*)2
tan 2tan *1(i
i i
i u u θθ+- ③ F : 同步齿套上的操纵力 r c :同步锥体的有效半径，r c =
31[（D 3w -D 3i ）/(D 2w -D 2i ) ④ i u :齿套锁止角斜面与同步环锁止角斜面的摩擦系数
c u :锥体与同步环之间的摩擦系数，铜基材料的同步环与钢质锥体在齿轮油润滑下取 c u =0.08–0.11
c θ：锥体锥面角，为防止同步环自锁在锥体上，选取时应使tan c θ≥c u ,当c u =0.11时c
θ≥6.28°实际应用时常取
c θ =6.5°、7°、8°等。

i θ:同步环锁止角
i r :同步环节圆半径
由以上①②③可得锥体锥面角c θ与同步环锁止角i θ之间的关系式为： tan 2i θ≥c
i i c c i c c c i u r r u u r u r θθsin sin +- ⑤ 由上式可得当
i u ↗时，式⑤右端分母↗，分子↘所以c i i c c i c c c i u r r u u r u r θθsin sin +-↘由此可见取i u =0会使同步环锁止角i θ的取值趋于安全，⑤式简化为：
tan 2i θ≥c
c c i r u r θsin ⑥ 由上式可得当 c u ↘时，i θ↗。

因此c θ取下限值时确定的锁止角i θ更为安全。

举例说明:
某锁环式同步器铜基同步环节圆半径:i r =50.3625
锥面大端直径D W =91, 小端直径 D i =88.5代入式④得：
r c =44.8779
锥体锥面角c θ=7°
锥体与同步环之间的摩擦系数c u =0.08
将以上参数代入式⑥ 可得：
i θ ≥119.3488° ，考虑ui=0.08 i θ≥110.2009°
此同步环实际锁止角取114°由此可见要保证锁止条件的成立，有以下几项措施： ⑪要尽量控制摩擦系数c u 靠近上限值；
⑫将锥体锥面角c θ改为6.5°； ⑬再来看一下式⑥可看出比值c
i r r ↘，同步环锁止角i θ↘由此可得还可以在保证同步环刚度的前题下适当降低c
i r r 的值来满足此同步器的锁止条件。

由⑬可知相对于锁环式同步器，锁销式同步器可使
c i r r 的值更小，这就是锁销式同步器可采用更小的锁止角的原因。

举例说明:
某锁销式同步器锥面大端直径D W =197, 小端直径 D i =193.3, 代入式④得：r c =97.5779
拨环力作用节圆半径为i r =76.5
锥体锥面角c θ=7°
锥体与同步环之间的摩擦系数c u =0.08
将以上参数代入式⑥ 可得：
i θ ≥100.1205°
此同步器实际的锁止角取i θ=90°由此可见要保证锁止条件的成立，以上三种措施同样适用于锁销式同步器。

通过以上两例分析锁止角i θ理论计算值要较实际采用值要大一些，这主要是由于以下两种原因造成的：
⒈ 取锥体与同步环之间的摩擦系数c u =0.08，一般计算时取c u =0.1，这时计算值与实际取值会满足锁条件。

⒉ 忽略了齿套锁止角斜面与同步环锁止角斜面的摩擦系数i u 的影响，实际上不可能做到i u =0。

再举一多锥同步进行分析：
对于连接式双锥同步器，其锥面摩擦力矩来源于两个锥面（内锥面、外锥面）：
T c =（c c c r u θsin *+c
c c r u θsin ''*）*F ⑦
设B=c i c c r r u θsin *+c
i c c r r u θsin ''* ⑧ 由①③⑦⑧式得:
tan
2i θ≥⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-i i u B B u 1 ⑨
由式⑨仍可看出当i u ↗时，i θ↘，由此可见取i u =0会使同步环锁止角i θ的取值趋于安全。

因此⑨简化为： tan
2i θ≥⎪⎭
⎫ ⎝⎛B 1 ⑩ 举例说明:
某连接式双锥同步器同步环节圆半径i r =60
锥体锥面角c θ=8°
外锥面大端直径D W =105，小端直径 D i =103代入式④得：
r c =52.0016
内锥面大端直径D W =97，小端直径 D i =95.15代入式④得：
r 'C =48.03898
将r c 、r 'C 、i r 、c θ代入式⑧得： B=1.198035
将B 代入式⑩得：
i θ ≥79.70352°
此双锥同步器锁止角的取值为110°，由计算上可知双锥同步器可取用更小的锁止角，适当地减小同步器的锁止角在同步后可减少同步解除力与时间的乘积，减少同步啮合力与时间的乘积，从而改善同步器的操纵性能。

由以上分析计算可知，采用多锥同步器即可提高同步器的容量，又节省空间，基本与单锥同步器所占用的空间相同。