同步器基礎(chǔ)知識

變速器在換擋過程中，必須使所選擋位的一對待嚙合齒輪齒的圓周速度相等(即同步)，才能使之平順的進入接合而掛上擋。使齒端部磨損加劇，甚至使輪齒折斷。為使換擋平順，駕駛員應(yīng)采取合理的換擋操作步驟現(xiàn)以圖15-9所示無同步器的五擋變速器中四五擋(四擋為直接擋,五擋為超速擋)互相轉(zhuǎn)換的過程為例，說明其原理。第一軸1及其齒輪2直接與離合器連接，五擋齒輪4則通過齒輪6中接合套3屆花鍵固與第二軸5相連，而第二軸又依次通過萬象傳動裝置驅(qū)動橋和行使系與整個汽車保持傳動關(guān)系。所以齒輪2和4的轉(zhuǎn)速，從而其輪齒及其端部的花鍵齒的圓周速度同理，接合套3的轉(zhuǎn)速，從而其花鍵齒的圓周速度都與汽車速度成(1)從低速擋(四擋)換入高速擋(五擋)變速器在四擋工作時，接合套3與齒輪2上的接合套齒圈接合，二者的圓周速度v3和v2顯然相等。欲從四擋換入五擋，駕駛員應(yīng)先踩下離合器踏板，使離合器分離，隨即通過變速桿等將接合套3右移，推入空擋位置。在接合套3剛與齒輪2脫離接合的瞬間，仍然是v3=v2。由于從齒輪6到齒輪4的升速比大于齒輪2到齒輪7的升速比，五擋齒輪4的轉(zhuǎn)速永遠高于齒輪2的轉(zhuǎn)速，從而齒輪4的花鍵齒圓周速套3與齒輪4的轉(zhuǎn)速及其花鍵齒的圓周速度v3和v4都在逐步降低。但是，變速器上處于空擋，接合套3和齒輪4間沒有聯(lián)系，v3和v4下降的快慢有所不同，接合套3因與整個汽車聯(lián)系在一起，慣性而齒輪4只與中間軸及其齒輪、第一軸和離合器從動盤相聯(lián)系，慣性很小，故v4下降較快。這樣，雖然v4原先大于v3，但由于下降的比v3快，故在變速器推入空擋以后的某個時刻，必然會有v3=v4（同步）的情況出現(xiàn)，而過此時刻，又將出現(xiàn)v4<v3的情況。所以，最好是恰在v3=v4的時刻時接合套右移而掛入五擋。若與齒輪4相聯(lián)系的一系列零件的慣性越小，則v4下降的越快，而同步情況出現(xiàn)的越早，并且在同樣速度差的情況下，齒的沖擊這就是第十四章中提出的，要求離合器從動部分轉(zhuǎn)動慣量盡可能及剛從五擋推入空擋時，接合套3與齒輪4的花鍵齒圓周速度相同，即v3=v4，同時v4>v2，故v3>v2。但是退入空擋后，由于v2下降的比v3快，根本不可能出現(xiàn)v3=v2相反，停留在空擋的時間越久，二者的差值將越大。和第一軸一同加速到第一軸即齒輪2的轉(zhuǎn)速，該轉(zhuǎn)速高于接合套轉(zhuǎn)速，即v2>v3，然后在分離離合器，等待片刻，到v2=v3時，即上述相鄰擋位相互轉(zhuǎn)換時所應(yīng)采取的不同操縱步驟，雖然只舉接合套換擋為例，但同樣是用于移動齒輪換擋的情況，因為所依據(jù)由此可見，欲使一般變速器換擋時不產(chǎn)生輪齒或花鍵齒間的沖擊，需要進行較復(fù)雜的操作，并應(yīng)在短時間內(nèi)迅速而準確地完成。因此，要求在變速器結(jié)構(gòu)上采取措施，既保證掛擋平順又使操作簡化，減輕駕駛員勞動強度。同步其實在結(jié)合討還當機構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其中處有錢藝術(shù)機的接合套花鍵轂對應(yīng)齒輪上的接合齒圈外，還增設(shè)了使接合套與對應(yīng)接合齒圈的圓周速度迅速達到并保持一致（同步）的機構(gòu)，以及阻止兩者在達到同步之前接合以防止沖擊的結(jié)構(gòu)。同步器有常壓式慣性式自行增壓式等種類。1、常壓式同步器圖15-10所示為裝有常壓式同步器的變速器。第一軸齒輪與空套在第二軸5上的齒輪4之間裝有花鍵轂1?；ㄦI轂以其內(nèi)外花鍵分別與第二軸和接合套3作滑動連接。向左或向右撥動接合套，其內(nèi)花鍵齒圈可與齒輪2或齒輪4的接合齒圈接合,即掛上直接擋或第二擋。在齒輪2與4接合齒圈相對的一側(cè)均有一個外錐面，相應(yīng)的在花鍵在花鍵轂的徑向孔內(nèi)，裝有定位銷6，它借彈簧的壓力嵌入在接合圖15-10a—c所視為掛直接擋過程中同步器的工作示意圖。圖15-10a所視為接合套在空擋位置。掛直接擋時，向左撥動接合套，通過定位銷帶動花鍵轂1一同左移。由于接合套與花鍵轂之間有彈簧頂住的定位銷6，若駕駛員作用在接合套上的力不大，則定位銷便阻止接合套在花鍵轂停止不動的情況下繼續(xù)向左移動，此時的位置如圖15-10b所示。兩錐面在駕駛員通過操縱機構(gòu)加于接合套和花鍵轂上的力的作用齒輪2與花鍵轂存在轉(zhuǎn)速差，因而兩錐面一經(jīng)接觸，便產(chǎn)生摩擦作這種摩擦作用促使第一軸齒輪的轉(zhuǎn)速降低到與花鍵轂的轉(zhuǎn)速（亦即接合套的轉(zhuǎn)速）相等，因而二者花鍵齒的圓周轉(zhuǎn)速相等（同此時，駕駛員繼續(xù)增大加于接合套上的推力，使接合套克服彈簧力壓下定位銷6而相對花鍵轂繼續(xù)左移，其內(nèi)花鍵齒圈便于齒輪2的接合齒圈接合，即掛入直接擋，如圖15-10c所示。過程上的區(qū)別，主要在于前者的摩擦作用能使需接合的兩花鍵齒圈迅速達到并保持同步，并且由于帶彈簧的定位銷6對接合套的阻力，使兩齒圈在達到同步之前暫不接合。但在這種同步器中對接合套的軸向阻力是由彈簧壓力造成的，故其大小有限（“常壓式”的名稱即由此而得）。如過駕駛員用力過猛，則可能在未達到同步前，接合套便克服彈2、慣性同步器慣性同步器與常壓式同步器一樣，都是依靠摩擦作用實現(xiàn)同步的。但它可以從結(jié)構(gòu)上保證接合套與待接合的花鍵齒圈在達到同步之前不可能接觸，以避免齒間沖擊和發(fā)生噪聲。轎車和輕中型貨車廣泛采用鎖環(huán)式慣性同步器，其結(jié)構(gòu)和工作原理可以解放CA1091中型載貨汽車六擋變速器中的五六擋同步器該同步器構(gòu)造如圖15-11所示。同步器花鍵轂15的內(nèi)花鍵與軸上的外花鍵配合，用卡環(huán)18軸向同步器接合套7的內(nèi)花鍵齒與花鍵轂15的外花鍵齒滑動配合，接在花鍵轂兩端與齒圈3和9之間，各有一個青銅制成的鎖環(huán)（同步器）4和8，鎖環(huán)上有斷續(xù)的短花鍵齒圈圖15-11b，花鍵齒的斷面齒廓尺寸即齒數(shù)與齒圈3、9及花鍵轂的外花鍵齒均相同。兩個鎖環(huán)上的花鍵齒，在對著接合套的一端都有倒角（稱鎖止角），且與接合套齒端的倒角相同。鎖環(huán)具有與齒圈上的錐形面錐度相同的內(nèi)錐面，錐面上制出細牙三個滑塊5分別嵌合在花鍵轂的三個軸向槽b內(nèi)，并可沿軸向滑動。定位銷壓向接合套，使定位銷端部的球面正好嵌在接合套中部的滑塊5的兩端深入鎖環(huán)的三個缺口c中，鎖環(huán)的三個凸起部d分別伸入花鍵轂的三個通槽e中，只有當凸起部d位于通槽e的中央時，圖15-12所使為變速器由五擋掛入六擋時，該同步器的工作過程。當接合套剛從五擋退到空擋時（圖15-12a），齒圈3和接合套7（連同鎖環(huán)）都在其本身及其所聯(lián)系的一系列運動件的慣性作用設(shè)它們的轉(zhuǎn)速分別為n3、n7和n4，則此時n4=n7,n3>n7，即鎖環(huán)4在軸向是自由的，故其內(nèi)錐面與齒圈3的外錐面并不接觸。若要掛入六擋，可通過五六擋撥叉撥動接合套7，并通過定位銷6當滑塊左端面與鎖環(huán)4的缺口c（圖15-11b）端面接觸時，便推動鎖環(huán)移向齒圈3，使具有轉(zhuǎn)速差（n3>n4）的兩錐面一經(jīng)接觸便產(chǎn)生摩擦作用（圖15-12b）。齒圈3通過摩擦作用帶動鎖環(huán)相對于接合套超前轉(zhuǎn)過一個角度，直到鎖環(huán)的凸起部d與花鍵轂15通槽e的另一側(cè)面接觸時，鎖環(huán)便此時，接合套的齒與鎖環(huán)的齒，較鎖環(huán)的凸起部d位于花鍵轂的通槽中央時錯開了約半個齒厚，從而使接合套的齒端倒角與鎖環(huán)相應(yīng)的齒端倒角正好互相抵觸而不能進入嚙合。圈與鎖環(huán)的齒圈接合上，必須使鎖環(huán)相對于接合套后退一個角度。由于駕駛員始終對于接合套施加一個軸向力，使接合套齒端倒角加緊鎖環(huán)齒端倒角，于是在鎖環(huán)的鎖止角斜面上作用有法向壓力力FN可分解為軸向力F1和切向力F2。切向力F2所形成的力矩試圖使鎖環(huán)相對于接合套向后退轉(zhuǎn)，稱為軸向力F1則使鎖環(huán)4與齒圈3的錐面產(chǎn)生摩擦力矩，使二者轉(zhuǎn)速n3和n4迅速接近，并且實際上可認為n4不變，只是n3趨近于n4。動慣量很小，速度降低較前者快得多。因為齒圈3是減速旋轉(zhuǎn)，根據(jù)慣性原理，所產(chǎn)生慣性力矩的方向與此慣性力矩通過摩擦錐面作用到鎖環(huán)上，阻止鎖環(huán)相對于接合套亦即在鎖環(huán)上作用這兩個方向相反的力矩：其一為切向力F2形成的力圖使鎖環(huán)相對于接合套向后推轉(zhuǎn)的撥環(huán)力矩M2；另一個為摩擦錐面上阻止鎖環(huán)向后退轉(zhuǎn)的慣性力矩。在n3尚未等于n4之前，兩個錐面間磨擦力矩的數(shù)值與齒圈3的慣便二者進入接合；若M2<M1，則二者不可能進入接合。摩擦力矩M1與軸向力F1的垂直與摩擦錐面的分力成正比，而M2F1和F2都是切向力FN的分力，二者的比值取決于花鍵齒鎖止角因此，在設(shè)計同步器時，適當?shù)剡x擇鎖止角和摩擦錐面的錐角，便能保證在達到同步（n3=n4）之前，齒圈3施加在鎖換4上的慣性力矩M1總是大于切向力F2形成的撥環(huán)力矩M2，因而不論駕駛員通過操縱機構(gòu)加在接合套上的軸向推力有多大，結(jié)合套齒端與鎖環(huán)齒端總互向抵觸而不能接合。這說明鎖環(huán)4對接合套的鎖止作用是齒圈3的慣性力矩造成的，而不像常壓式同步器那樣由定位銷的彈力造成，此即“慣性式”名只要駕駛員繼續(xù)加力于接合套上，摩擦作用就迅速使齒圈3的轉(zhuǎn)速降到與鎖環(huán)4的轉(zhuǎn)速相同，保持同步旋轉(zhuǎn)，即齒圈3相對于鎖環(huán)的轉(zhuǎn)速和角減速度均為零，于是其慣性力矩變消失。但由于軸向力F1的作用，兩個摩擦錐面還是緊密結(jié)合著的，因而此時切向力F2形成的撥環(huán)力矩變使鎖環(huán)連同齒圈3及與之相連的所有零件一起相對于接合套向后退轉(zhuǎn)一個角度，使鎖環(huán)凸起部由一道花鍵轂的通槽中央，兩個花鍵齒端不再抵觸。此時接合套壓下定位銷繼續(xù)左移，而與鎖環(huán)的花鍵齒圈進入接合），接合套與鎖環(huán)接合后，軸向力F1不再存在，錐面間的摩擦力矩也齒圈3及其相連零件相對于鎖環(huán)及接合套轉(zhuǎn)過一與齒圈3進入接合（圖15-12d），從而最后完成換擋（由低速擋換考慮結(jié)構(gòu)布置上的合理性緊湊性及錐面間產(chǎn)生的摩擦力巨大等因素，鎖環(huán)式同步器多用于轎車和輕型貨車上；但近年來在中型貨車變速器的中高擋中也開始被采用（上述變速器即為此例）。銷式同步器不僅使齒輪的結(jié)構(gòu)行駛合理，而且還可在摩擦錐面間產(chǎn)生較大的摩擦力矩，縮短了同步時間。現(xiàn)以東風EQ1090E型汽車五擋變速器中所用的鎖銷式同步器的四五擋同步器為例，說明其結(jié)構(gòu)及工作原理（圖15-13）。兩個內(nèi)由錐面的摩擦錐盤2分別固定在帶有外花鍵齒輪的挾持齒輪與之相配合的兩個有外錐面的摩擦錐環(huán)3，通過三個定位銷4與接鎖銷8與定位銷4在同一圓周上相互間隔的均勻分布。與接合套凸緣上相應(yīng)的銷孔的內(nèi)徑相等，其中部直徑則小于孔徑。只有在鎖銷和接合套孔對中時，接合套方能沿鎖銷軸向移動。鎖銷8中部和接合套5上相應(yīng)的鎖孔兩端有角度相同的倒角------在接合套上的定位銷空中部鉆有斜孔，內(nèi)裝彈簧11，把鋼球10頂鎖銷式同步器的工作原理與上述鎖環(huán)式慣性同步器基本相同。在由四擋換入五擋時，接合套5受到撥叉的軸向推力作用，通過鋼球10和定位銷4帶動摩擦錐換3向左移動，使之與對應(yīng)的摩擦錐盤具有轉(zhuǎn)速差的摩擦錐環(huán)與摩擦錐盤一經(jīng)接觸，靠接觸面的摩擦使錐環(huán)連同鎖銷一起相對接合套轉(zhuǎn)過一個角度，因而鎖銷8的軸線相對接合套上銷孔的軸線偏移，于是鎖銷中部倒角與鎖孔端的倒角互相抵觸，以阻止接合套繼續(xù)前移。此時，鎖止面上法向壓緊力的軸向分力作用在錐盤上并使之與錐盤壓緊，因而接合套與帶接合的花鍵齒圈迅速達到同步。銷上的切向分力才能通過鎖銷使摩擦錐環(huán)3，摩擦錐盤2和齒輪一同相對接合套轉(zhuǎn)過一個角度，使鎖銷重新與銷孔對中。與齒輪1的花鍵齒圈接合，實現(xiàn)掛擋。3、自行增力式同步器這種同步器與常壓式和慣性式同步器一樣，也是利用摩擦原理實現(xiàn)同步，主要區(qū)別在于同步環(huán)產(chǎn)生的摩擦力矩由于同步環(huán)內(nèi)的彈圖15-14所示為波爾舍自行增力式同步器。接合套與轂一起轉(zhuǎn)動，并可相對于轂軸向移動。接合齒圈3與常嚙齒輪固定連接。彈性的開口同步環(huán)4滑塊5支承塊6及兩個彈簧片7均裝在接合齒滑塊5的凸起部插于同步環(huán)的開口出，處于空擋時兩側(cè)有間隙，同步環(huán)外表面沿軸向兩端制出外錐面，而接合齒圈和接合套的兩側(cè)齒端也制出與其配合的內(nèi)錐面。欲使變速器有高擋換入低擋，需首先將接合套自控擋位置（圖15-15a）向右移動，因為開口的同步環(huán)外徑稍大于接合套右側(cè)齒端環(huán)轉(zhuǎn)速，故二者一經(jīng)接觸便產(chǎn)生摩擦，同步過程開始（圖15-在摩擦力作用下，接合套帶動同步環(huán)順時針方向轉(zhuǎn)動一個角度，使同步環(huán)開口的左端頂住滑塊5凸起的左側(cè)，推動滑塊旋轉(zhuǎn)并將右彈簧片7壓在同步環(huán)的表面上。這時，支承塊6成為支點（圖15-14）。力矩便得到增強，繼而彈簧片的徑向力又進一步增大。這樣，增大了的摩擦力矩使接合齒圈的轉(zhuǎn)速上升直至達到同步。因此，這種同步器是借助于彈