手動(dòng)變速器雙錐面同步機(jī)構(gòu)的分析與研究

王顯會(huì)

【摘要】本文通過(guò)分析和研究變速器組成和工作原理，得出結(jié)論：采用雙錐同步器，換擋吸入效果明顯較單錐有良好改善，有明顯二次吸入效果。分析研究得出提升換擋性能需要優(yōu)化關(guān)鍵零部件。

【關(guān)鍵詞】變速器 雙錐面同步器 換擋吸入感

引言

汽車(chē)已經(jīng)越來(lái)越多的進(jìn)入到普通百姓家中，同時(shí)使得大家也越來(lái)越了解和熟悉發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器等汽車(chē)行業(yè)專(zhuān)業(yè)內(nèi)容。汽車(chē)作為一個(gè)運(yùn)輸工作，在實(shí)際道路上行駛的時(shí)候，根據(jù)路況的不同，車(chē)速往往有大有小，且需要倒擋和停止。這些功能恰恰是變速器所能夠?qū)崿F(xiàn)。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用和理論分析，我們可以知道汽車(chē)變速器的功用主要是在各種路況條件下，通過(guò)變速器不同的速比改變發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，可以滿足汽車(chē)適應(yīng)各種牽引力和車(chē)速的需求。因?yàn)槠?chē)的駕駛性好壞直接由駕駛員人為的感知，為了保證變速器能夠有良好工作性能，對(duì)變速器基本要求就有：應(yīng)正確選擇合適的變速器擋位數(shù)和傳動(dòng)比，保證汽車(chē)具有良好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。

1.變速器組成及其工作原理

手動(dòng)變速器主要由離合器及其控制機(jī)構(gòu)、輸入輸出軸及各擋齒輪副、主減速器、差速器、選換擋操縱機(jī)構(gòu)、同步機(jī)構(gòu)、離合器殼體、變速器殼體、橡膠件、螺栓類(lèi)零件等組成。變速器結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，加工精度要求非常高，否則會(huì)很難控制變速器的工作噪聲。

變速器工作原理： 普通齒輪式變速器是利用不同齒數(shù)的齒輪嚙合傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的改變。由齒輪傳動(dòng)原理可知，一對(duì)齒數(shù)不同的齒輪嚙合傳動(dòng)時(shí)可以變速，而且兩齒輪的轉(zhuǎn)速與齒輪的齒數(shù)成反比。當(dāng)小齒輪為主動(dòng)齒輪，帶動(dòng)大的從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則輸出軸（從動(dòng)齒輪）的轉(zhuǎn)速就降低，即稱(chēng)為減速傳動(dòng)。當(dāng)以大齒輪為主動(dòng)齒輪，帶動(dòng)小的從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則輸出軸（從動(dòng)齒輪）的轉(zhuǎn)速就升高了，稱(chēng)為加速傳動(dòng)。這就是齒輪變速的基本原理。一對(duì)齒輪傳動(dòng)只能得到一個(gè)固定的傳動(dòng)比，從而得到一種輸出轉(zhuǎn)速，并構(gòu)成一個(gè)擋位。為了擴(kuò)大變速器輸出轉(zhuǎn)速的變化范圍，普通齒輪式變速器通常都采用多組大小不同的齒輪嚙合傳動(dòng)，這樣就構(gòu)成了多個(gè)不同的擋位，對(duì)應(yīng)不同的擋位，均有不同的傳動(dòng)比值，從而得到各種不同的輸出轉(zhuǎn)速。變速器傳動(dòng)比小的擋位稱(chēng)為高擋；傳動(dòng)比大的擋位稱(chēng)為低擋。變速器每次只能以一個(gè)擋位工作。擋位的改變稱(chēng)為換擋，由低擋向高擋變換稱(chēng)為加擋；由高擋變換成低擋稱(chēng)為減擋。根據(jù)齒輪傳動(dòng)的原理，齒輪傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩與其轉(zhuǎn)速成反比。由此可見(jiàn)，齒輪式變速器在改變轉(zhuǎn)速的同時(shí)，也改變了輸出轉(zhuǎn)矩。 擋位越低，傳動(dòng)比越大，輸出轉(zhuǎn)速越低，則輸出轉(zhuǎn)矩越大；反之，擋位越高，傳動(dòng)比越小，輸出轉(zhuǎn)速越高，則輸出轉(zhuǎn)矩越小。汽車(chē)變速器就是通過(guò)變換各擋的傳動(dòng)比來(lái)改變輸出轉(zhuǎn)矩，以適應(yīng)汽車(chē)行駛阻力的變化。

2.同步器結(jié)構(gòu)分類(lèi)

同步器從原理上可以分為常壓式和慣性式兩類(lèi)。由于常壓式同步器不能保證被連接的兩個(gè)零件在完全同步狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)換擋，易造成同步機(jī)構(gòu)的早期損壞和換擋沖擊。常壓式同步器除了一些低端車(chē)型外已經(jīng)基本被淘汰，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的同步器是慣性式同步器。慣性式同步器根據(jù)同步器的結(jié)構(gòu)型式不同可分為：鎖塊式同步器、鎖銷(xiāo)式同步器和鎖環(huán)式同步器。其中鎖環(huán)式同步器有兩種：齒環(huán)式同步器和增力環(huán)式同步器。而齒環(huán)式同步器根據(jù)同步錐面的數(shù)量可分為單錐面同步器、雙錐面同步器和多錐面同步器。

3.同步機(jī)構(gòu)工作原理研究

同步器的構(gòu)成主要有接合齒輪、同步環(huán)、同步器齒轂、同步器滑套、同步器彈簧等。換擋時(shí)，駕駛員先踩下離合器的踏板，同時(shí)將變速器換擋桿從原有擋位摘下，放置在空擋的位置，變速器的輸出軸和輸入軸之間存在著轉(zhuǎn)速的差異，同步器的作用就是使同步環(huán)和結(jié)合齒輪的錐面上產(chǎn)生摩擦力矩，以加速或減速被結(jié)合的零件，使二者在最短的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)速達(dá)到一致，在同步轉(zhuǎn)速下進(jìn)行換擋。變速器在空擋的時(shí)候，軸和齒輪的回轉(zhuǎn)速度不同。換擋開(kāi)始的時(shí)候同步環(huán)初期擠壓力產(chǎn)生?；紫蛴乙苿?dòng)，滑塊也移動(dòng)，把同步環(huán)擠向齒輪的錐面。同步環(huán)和齒輪的錐面產(chǎn)生摩擦力，產(chǎn)生同步力矩。在錐面同步力矩作用下，滑塊在同步環(huán)滑塊槽中擠壓同步環(huán)旋轉(zhuǎn) 1/2 齒距距離，使滑塊的倒角與同步環(huán)的倒角頂住。換擋遇到阻礙，然后、滑套向下擠壓滑塊，再向右移動(dòng)。因?yàn)榛椎牡菇侵苯訑D壓同步環(huán)的倒角、有更大力將同步環(huán)擠向齒輪的錐面、產(chǎn)生大的同步力矩，這是真正的同步力矩。在同步環(huán)的倒角面上同時(shí)作用著拔環(huán)扭矩 Ti，它與同步力矩 Tc 的關(guān)系是 Ti

雙錐面同步器的工作原理和結(jié)構(gòu)布置上與單錐面同步器類(lèi)似，所不同的是采用了兩對(duì)摩擦副，而單錐面僅有一對(duì)摩擦副。雙錐面同步器的特點(diǎn)是把原來(lái)一對(duì)摩擦副、兩個(gè)錐面的兩個(gè)零件做成兩對(duì)摩擦副有四個(gè)錐面三個(gè)零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在具體設(shè)計(jì)上，原來(lái)與 2 擋從動(dòng)齒輪一體的同步錐轂被做成單獨(dú)的一個(gè)零件，其大端上具有圓周均布的 4 個(gè)凸爪，相應(yīng)的 2 擋從動(dòng)齒輪上有4 個(gè)圓周均布的凹槽，凸爪伸入到凹槽中，這樣在 2 擋從動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)就帶動(dòng)中間鋼環(huán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)。原來(lái)的一個(gè)同步環(huán)改成 2 個(gè)環(huán)，內(nèi)環(huán)上小端制有 6 個(gè)圓周均布凸塊，外環(huán)上具有 6 個(gè)圓周均布的缺口，凸塊嵌入到缺口中，這樣外環(huán)和內(nèi)環(huán)就可以在一起轉(zhuǎn)動(dòng)。在掛上 2 擋時(shí)，當(dāng) 2 擋從動(dòng)齒輪和輸出軸之間有相對(duì)轉(zhuǎn)速差時(shí)，整個(gè)同步機(jī)構(gòu)中就存在兩對(duì)滑動(dòng)摩擦副。所以在總體尺寸不變的情況下，經(jīng)換擋機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變到同步器齒套上的一定換擋力所產(chǎn)生的同步力矩等于作用在兩對(duì)摩擦錐面上的摩擦力矩的和。對(duì)于加到換擋桿上相同的換擋力來(lái)說(shuō)，就能產(chǎn)生幾乎 2 倍于單錐的同步力矩，從而縮短同步時(shí)間，提高同步器的換擋性能，有利于換擋操作。

4.總結(jié)

本章通過(guò)分析和研究變速器組成和工作原理，得出以下結(jié)論：采用雙錐同步器，換擋吸入效果明顯較單錐有良好改善，有明顯二次吸入效果。研究得出提升換擋性能需要優(yōu)化關(guān)鍵零部件，并分析開(kāi)發(fā)目標(biāo)。