1、同步過(guò)程分析本文將同步過(guò)程分解成三個(gè)階段進(jìn)行詳細(xì)解釋，分析了帶滑塊的慣性式同步器的相關(guān)功能幾何參數(shù)，論述了同步器設(shè)計(jì)時(shí)所必須滿足的條件一、同步之前 齒轂與軸同轉(zhuǎn)速：軸段上的外花鍵與齒轂上的內(nèi)花鍵連接，可以說(shuō)，軸與齒轂永遠(yuǎn)都同轉(zhuǎn)速的運(yùn)動(dòng)； 齒套與齒轂同轉(zhuǎn)速：齒轂上的外花鍵與齒套上的內(nèi)花鍵連接，從而保證兩者在圓周方向的運(yùn)動(dòng)狀況一致。齒套與齒轂相比，就運(yùn)動(dòng)狀況而言，不同之處在于：在同步過(guò)程中，齒套可以作軸向移動(dòng)，但在圓周方向，兩者的轉(zhuǎn)速一致； 同步環(huán)與齒轂同轉(zhuǎn)速：這一同轉(zhuǎn)速是這樣實(shí)現(xiàn)的齒轂上有供滑塊用的滑塊槽，同步環(huán)上也有供滑塊嵌入的凹槽。也就是說(shuō)，通過(guò)滑塊的“過(guò)渡”作用，而使齒轂與同步環(huán)轉(zhuǎn)速一致，

2、且是始終一致的。但是，這些槽與滑塊之間存在大約0.2mm的間隙。在齒轂與同步環(huán)傳力的滑塊是通過(guò)它的“側(cè)面”傳遞，這涉及到滑塊在同步過(guò)程中的功能，具體將在后文描述； 預(yù)同步的檔位齒也在轉(zhuǎn)：不管這個(gè)齒是在主動(dòng)軸上還是在從動(dòng)軸上，在同步之前（即該檔位空）是被另一個(gè)與之常嚙合的檔位齒驅(qū)動(dòng)的，具體的轉(zhuǎn)速與該檔位傳動(dòng)比及與之常嚙合的那個(gè)齒輪轉(zhuǎn)速有關(guān)。綜上：齒轂所在的軸、齒轂、齒套、同步環(huán)四者是同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，而待嚙合的檔位齒與它們之間存在有轉(zhuǎn)速差。二、同步過(guò)程分析同步過(guò)程三階段分解：在分解幾個(gè)階段之前，先作以下幾點(diǎn)說(shuō)明：.齒套的軸向移動(dòng)是怎么引起的？：操縱機(jī)構(gòu)換檔方向作用，通過(guò)一系列杠桿牽連運(yùn)動(dòng)、撥叉軸的軸向

3、移動(dòng)、撥叉作跟隨運(yùn)動(dòng)、撥叉腳驅(qū)動(dòng)齒套。.假設(shè)：某一檔位的同步器單向間隙為a，預(yù)同步檔的齒輪間隙為b，這兩個(gè)值的獲得可以通過(guò)關(guān)聯(lián)尺寸鏈的計(jì)算：例如桑車齒輪間隙一檔0.2；二檔0.32；三檔0.2；四檔0.2；五檔0.15。齒套的移動(dòng)分以下幾個(gè)階段：1 預(yù)同步階段 ）齒套起步齒套軸向位移x達(dá)到ab之前（其實(shí)應(yīng)該是axab），因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候由滑塊軸向推移齒環(huán)。這個(gè)排除該齒輪間隙的力的大小，理論上與該檔斜齒輪受的軸向力的具體方向是關(guān)聯(lián)的：若方向相反，則滑塊產(chǎn)生的軸向推移力去克服；若方向相同，則齒輪間隙在齒輪軸向分力的作用下自行排除。說(shuō)明：滑塊產(chǎn)生有限小的力，可以認(rèn)為由此產(chǎn)生的摩擦力幾乎為0，滑塊之所以跟

4、隨齒套移動(dòng)，是由于滑塊上的斜坡面受齒套上滑塊槽的內(nèi)斜面作用，產(chǎn)生水平分力。所以，理論上，這一階段滑塊與齒套沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而是作整體平移。 圖1 空檔位置 圖2 預(yù)同步過(guò)程 圖3 預(yù)同步結(jié)束時(shí)在空檔時(shí)，滑塊在中立位置，滑塊端面與齒環(huán)上滑塊槽上的端面凸起部位之間是有間隙的，這一間隙就是平時(shí)所說(shuō)的“排除齒輪間隙時(shí)的同步器單向間隙”。 滑塊下沉第階段結(jié)束時(shí)，滑塊被頂住，不能繼續(xù)移動(dòng)而齒套仍要作軸向移動(dòng)，怎么辦？滑塊斜坡上的力增加，產(chǎn)生的徑向分力克服同步器彈簧作用在滑塊上的徑向預(yù)緊力，使滑塊“沉入”齒轂的槽內(nèi)，而齒套越過(guò)這一斜坡繼續(xù)前行，如上圖。在空檔時(shí)，要求滑塊處于圖示中立位置，待在齒套的槽內(nèi)，而不自

5、行軸向滑出齒套槽，這就要求彈簧有一定的預(yù)緊力F、滑塊有一定的斜面度和斜面坡長(zhǎng)。 而在第階段，外力T預(yù)使滑塊下沉使齒套越過(guò)滑塊繼續(xù)前進(jìn)，必須滿足關(guān)系式：TF.tg所以：彈簧、滑塊斜坡、坡段長(zhǎng)度在設(shè)計(jì)時(shí)，該綜合考慮。把上述兩個(gè)階段合稱為預(yù)同步階段。齒套在外力的作用下強(qiáng)行通過(guò)滑塊坡面。預(yù)同步階段結(jié)束時(shí)滑塊端面頂在了齒環(huán)滑塊槽上的端面凸起，齒輪外錐面與齒環(huán)內(nèi)錐面接觸了，但是由于沒(méi)有可計(jì)的壓力，在錐面之間并未產(chǎn)生摩擦力。排除了齒輪錐面與齒環(huán)錐面之間的間隙，為同步摩擦作準(zhǔn)備。 同步過(guò)程的完成齒套在完成同步之前，暫時(shí)不能繼續(xù)作軸向移動(dòng)。只有同步了，才能繼續(xù)前移。當(dāng)然，要實(shí)現(xiàn)這一“不同步就不能繼續(xù)前移”是有條

6、件的：后文將具體描述。a） 何為同步？實(shí)現(xiàn)預(yù)同步的檔位齒輪與同步環(huán)達(dá)到同轉(zhuǎn)速，也就是與同步器總成、與齒轂所在軸的同轉(zhuǎn)速，有以下情況：1）同步器在主動(dòng)軸上，升檔（例如從一檔換二檔）是通過(guò)齒環(huán)降速實(shí)現(xiàn)；降檔（例如從五檔降四檔）是通過(guò)同步環(huán)升速實(shí)現(xiàn)；2）同步器在從動(dòng)軸上，升檔是通過(guò)檔位齒升速實(shí)現(xiàn)，降檔是通過(guò)檔位齒降速實(shí)現(xiàn)。在1）狀況下，是檔位齒的轉(zhuǎn)速在變化在2）狀況下，則是同步環(huán)的轉(zhuǎn)速在變化b） 同步機(jī)理何在？靠同步環(huán)與檔位齒之間的錐面摩擦力矩實(shí)現(xiàn)。摩擦的產(chǎn)生有兩個(gè)條件：）錐面之間有正壓力的存在；）預(yù)同步的檔位齒與同步環(huán)之間要有轉(zhuǎn)速差；這兩個(gè)條件缺一不可！在空檔時(shí)，有轉(zhuǎn)速差，但是沒(méi)有正壓力；在上文所

7、述預(yù)同步階段也是有轉(zhuǎn)速差，但是沒(méi)有可計(jì)的正壓力；在同步過(guò)程結(jié)束后，雖然是存在正壓力的過(guò)程，但是沒(méi)有了轉(zhuǎn)速差；所以，只有在同步過(guò)程這一階段，都具備上述的兩個(gè)條件。c） 同步過(guò)程的力學(xué)解析先設(shè)定如下幾個(gè)參數(shù)：齒環(huán)結(jié)合梅角，大約在110°齒環(huán)摩擦錐面角度，大約7°齒環(huán)結(jié)合梅角至齒環(huán)軸心線的鎖止半徑r齒環(huán)處在同步階段受力如下：圖4 圖5 受力圖作用在梅角處的力F分解成如圖F1、F2；各齒分力f1的合F1依然是沿軸線方向，對(duì)錐面產(chǎn)生正壓力N=F1/sin；進(jìn)一步分析可知，F(xiàn)1的大小影響由撥叉作用在齒套上的軸向換檔力。N.R就是同步摩擦力矩，記為Mf.R.F1/sin；其中R是錐面上的

8、名義作用半徑；所有結(jié)合齒上F2的合力是沿圓周方向的，使得齒環(huán)產(chǎn)成一個(gè)回?fù)芰兀篗rF2.r 其中r 是齒環(huán)梅角至齒環(huán)軸心線的鎖止半徑 ； F1與F2的關(guān)系：F2=F1/tg（/2）；特別：預(yù)使同步，必須符合：MfMr .R .tg（/2）r.sin，其中是錐面摩擦系數(shù)；這是同步器設(shè)計(jì)中必須要滿足的。從這個(gè)意義上講，越大對(duì)滿足這一條件是有利的，所以在齒環(huán)上的鎖止角往往較大，達(dá)到110°甚至120°；為什么是MfMr的條件呢？Mf是指作用在齒環(huán)上的，Mr也是作用在齒環(huán)上的，此兩力矩的施力者分別是預(yù)同步的檔位齒和齒套，此兩力矩必然方向相反，下面論述在“未達(dá)到同步之前Mf和Mr必然

9、反方向”：由檔位齒升高轉(zhuǎn)速而完成同步，即上文所述的“同步器在從動(dòng)軸上時(shí)，由高檔換低檔的過(guò)程”。同步初時(shí)齒環(huán)轉(zhuǎn)速比檔位齒高，假設(shè)轉(zhuǎn)速差為，與Mf、Mr，之間的方向關(guān)系如圖： 則：齒環(huán)受Mf與轉(zhuǎn)速差必然相反，因?yàn)榇藭r(shí)齒環(huán)對(duì)檔位齒而言是主動(dòng)，靠摩擦力矩去提升檔位齒的轉(zhuǎn)速；而Mr與始終是同方向的，所以Mf與Mr反方向。由檔位齒降低速度而完成同步，即上文所述的“同步器在從動(dòng)軸上時(shí)，由低檔換高檔的過(guò)程”。這種情況下，齒環(huán)相對(duì)檔位齒而言是被動(dòng)，靠摩擦力矩去降低檔位齒的轉(zhuǎn)速，齒環(huán)受Mf與齒環(huán)轉(zhuǎn)速差相反；而Mr與始終是同方向，所以Mf與Mr也是反方向的類似的對(duì)以下兩種工礦的分析也能得出Mf與Mr反方向的結(jié)論：同

10、步器在主動(dòng)軸上，通過(guò)齒環(huán)降速實(shí)現(xiàn)升檔（例如從一檔換二檔）；通過(guò)同步環(huán)升速實(shí)現(xiàn)降檔（例如從五檔降四檔）。正是MfMr以及Mf與Mr反方向這兩個(gè)條件保證了在檔位齒和齒環(huán)未達(dá)到同轉(zhuǎn)速之前，上圖中的偏角的存在。只有達(dá)到同步了，前文所述的條件ii)不滿足而Mf消失，而Mr繼續(xù)存在,正是這個(gè)撥正力矩的存在使得齒環(huán)迅速偏轉(zhuǎn)，迅速增大到半齒角而使齒套得以繼續(xù)作軸線移動(dòng)。如圖：同步過(guò)程 同步結(jié)束 同步齒套與檔位齒上結(jié)合齒的結(jié)合過(guò)程：在同步過(guò)程結(jié)束之后，檔位齒、齒環(huán)和齒套的轉(zhuǎn)速已經(jīng)達(dá)到一致，齒套繼續(xù)作軸向移動(dòng)而與檔位齒上的結(jié)合齒結(jié)合，完成整個(gè)的換檔過(guò)程： 當(dāng)齒套與結(jié)合齒剛接觸時(shí)，梅角前沿點(diǎn)（且稱之為“鼻子”）可能

11、出現(xiàn)以下工況;齒套上“鼻子”正對(duì)結(jié)合齒上的“鼻子”。因?yàn)榻Y(jié)合齒與同步器齒套在圓周方向是沒(méi)有任何關(guān)聯(lián)定位的，完全是隨機(jī)的，所以也就不可避免的會(huì)有上述“鼻子”對(duì)“鼻子”的工況發(fā)生.但是也考慮到實(shí)際，整個(gè)圓周上不可能所有齒都是“鼻子”對(duì)“鼻子”相碰，只要稍有錯(cuò)開(kāi)，就會(huì)有回?fù)芰ρ杆偌铀倨聯(lián)苷Ａ硗猓瑢?shí)際上梅角“鼻子”上有角度，大約6°，如圖b、c圖a工況是線線接觸，考慮到實(shí)際有一定的寬度，真正的是面面接觸，所以接觸沖擊大；圖b或c都是由點(diǎn)接觸逐漸過(guò)渡，嚙合平穩(wěn)。那么，為什么齒套在與齒環(huán)嚙合時(shí)沒(méi)有這種狀況的發(fā)生呢？因?yàn)榛瑝K、同步環(huán)上的滑塊槽、滑塊在齒套上的定位槽共同保證了齒套上的梅角齒與齒環(huán)

12、上的梅角齒在圓周方向有關(guān)聯(lián)，即大約錯(cuò)開(kāi)半個(gè)齒角度。只有當(dāng)齒套上的梅角正對(duì)結(jié)合齒槽時(shí)，才能完全“輕松自如”的進(jìn)入，但這在隨機(jī)狀況下總是得不到保證的。所以，其側(cè)面必然相接觸產(chǎn)生回?fù)芰κ蛊洚a(chǎn)生一個(gè)角度偏轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)正對(duì)，如前文所述。分解產(chǎn)生的軸向力F1此時(shí)是無(wú)用處的，而徑向力F2正是產(chǎn)生回?fù)芰氐摹2=F.cos(/2),從式中可見(jiàn)此角度應(yīng)該小一些，一般是約90°這就是往往看到的：齒環(huán)上的梅角較大（110°120°）；而檔位結(jié)合齒上的梅角較小（90°100°）。這兩個(gè)角度從同步過(guò)程中的功能上看是完全不一樣的：一個(gè)是降低回?fù)芰υ龃筝S向力而達(dá)到增大同步摩擦

13、力矩（齒環(huán)上的角）；另一個(gè)是減小軸向正壓力增大回?fù)芰兀ńY(jié)合齒上的角）。附表：幾種變速器上齒套、同步環(huán)、結(jié)合齒上梅角桑330齒套梅角齒環(huán)梅角結(jié)合齒梅角備注一/二檔60°±3055°±3090°(÷2)三/四檔60°±3060°±30110°±2°(÷2)五 檔60°±3060°±3090°(÷2)金杯齒套梅角齒環(huán)梅角結(jié)合齒梅角備注一/二檔115°±2°(÷2)115°±1°(÷2)90°(÷2)三/四檔115°±1°(÷2)115°±1°(÷2)90°(÷2)五 檔115°±1°(÷2)115°±1°