接合器中接合齒的設(shè)計分析

蔡 慶

（中國重汽集團大同齒輪有限公司技術(shù)中心，山西 大同 037305）

引言

同步器在工作過程中由于相嚙合的兩齒輪存在轉(zhuǎn)速差異，導(dǎo)致接合齒齒端部承受強大沖擊，造成端部金屬表層剝落或磨損。這是接合齒損壞的兩種主要形式，而剝落和磨損程度是依接合齒表面及心部硬度而定。在使用過程中很少因單純受擠壓而損壞，但通常是計算擠壓應(yīng)力，計算公式與花鍵計算公式相同，計算載荷按發(fā)動機最大扭矩［1］。

1 接合齒設(shè)計要點

1）接合齒參數(shù)選擇。

通常將接合齒設(shè)計成漸開線齒形，齒形參數(shù)按標準漸開線花鍵選取；嚙合套直徑根據(jù)結(jié)構(gòu)布置選定；花鍵模數(shù)是通過對比同類型汽車，參考使用條件以及傳遞的最大扭矩而確定。近似公式如下：

式中：m為接合齒模數(shù)，mm；Z為接合齒圈齒數(shù)；M為接合齒圈傳遞最大扭矩，N·mm。

當嚙合套工作寬度B＝11～16mm時，系數(shù)c取0.19～0.34；B＝4～7mm 時，c取0.13～0.194。計算出模數(shù)后查手冊按標準選取相近值。一般推薦輕、中型貨車模數(shù)為2～3.54，重型載貨車為3.5～5.04。

從工藝加工角度出發(fā)，各擋接合器中齒的模數(shù)最好保持一致。設(shè)計齒面工作寬度時可將其初步定為模數(shù)的2～5倍。

2）換檔方便措施。

為換擋方便，接合齒齒端必須倒角，倒角大小可與同步器齒環(huán)倒角相同，也可不同。多數(shù)倒角為錐角90°。接合齒長度可制成間齒縮短形式，如圖1所示。

圖1 間齒縮短的接合齒的換擋過程

3）防止自動脫擋的措施。

自動脫擋是變速器常見故障之一［2］，可以從工藝角度考慮采取一些措施，例如提高齒輪和軸的加工精度、變速器裝配精度等。在設(shè)計上可以通過改變結(jié)構(gòu)，使沖擊而產(chǎn)生的軸向力不作用在撥叉上。但在設(shè)計接合齒時，設(shè)法使接合器內(nèi)部不產(chǎn)生脫擋的軸向力也是很重要的。目前常用的措施如下：

第一，相互接合的兩齒中可以將其中一齒在接合齒端部設(shè)計的長于另一齒約2～3mm，在接合時可超過被接合的齒端部。經(jīng)過反復(fù)的掛擋與摘擋便可使兩齒相接合的部分產(chǎn)生磨損，形成臺肩，這個齒側(cè)面的臺肩便可阻止接合件自動脫開，如圖2。

圖2 防止自動脫擋的結(jié)構(gòu)措施1（mm）

第二，將同步器中與嚙合套相連接的齒座部分齒段（接合或非接合齒面）在齒厚方向上減薄0.3～0.6mm，可使接合齒套在自動脫開接合位置時被加工形成的臺肩擋住，如圖3所示。

圖3 防止自動脫擋的結(jié)構(gòu)措施2（mm）

第三，將接合齒的齒向設(shè)計成錐面，形成側(cè)錐，即齒側(cè)有一定的斜度。這樣相互咬合的兩齒面便可產(chǎn)生阻止同步器嚙合套自行脫擋的軸向力，如圖4所示。該結(jié)構(gòu)可靠、效果較佳，是目前采用較多的方法。倒錐錐度一般為3～5°。與接合齒倒錐相一致的齒套上的齒也制成相一致的倒錐，如圖4。

圖4 防止自動脫擋的結(jié)構(gòu)措施3

2 結(jié)語

接合器的設(shè)計需要通過實踐去檢驗，驗證設(shè)計效果，有差異時需進行設(shè)計修改，是一個相互印證，反復(fù)實踐的過程，這樣才是科學(xué)的設(shè)計方法。按上述設(shè)計計算方法確定的方案，只是一種原始設(shè)計，按照這個設(shè)計試制出來的試件，還需要在同步器運轉(zhuǎn)中反復(fù)經(jīng)歷幾十萬甚至是上百萬次檢驗，才能評價設(shè)計效果，審視出現(xiàn)的各種問題，為下一步的調(diào)整設(shè)計作好鋪墊，以期到達最理想的設(shè)計目標。

［1］ 羅新聞.汽車傳動系統(tǒng)原理與檢修［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2010.

［2］ 王雅.汽車變速器維修精選.［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.