淺談同步器對(duì)手動(dòng)變速器換擋打齒的影響

高道呈，馬石祥，賴強(qiáng)，藍(lán)健，甘好林

（格特拉克江西傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司，江西 南昌 330000）

前言

現(xiàn)如今，隨著人們生活水平的提高，消費(fèi)者對(duì)手動(dòng)換擋汽車的駕駛體驗(yàn)也越來(lái)越嚴(yán)苛。變速箱作為汽車核心零部件之一，承擔(dān)著將換擋性能直接展現(xiàn)給客戶的職責(zé)，可如果在行駛過(guò)程中出現(xiàn)打齒現(xiàn)象，消費(fèi)者的駕駛體驗(yàn)及購(gòu)車意愿將會(huì)受到極大的影響。文章從一款實(shí)際應(yīng)用的手動(dòng)變速器出發(fā)，主要分析同步器對(duì)手動(dòng)變速箱打齒現(xiàn)象的影響。

1 變速箱打齒概述

在變速器換擋過(guò)程中，由于變速器內(nèi)需要被同步的齒輪沒(méi)有達(dá)到同步，即齒套和結(jié)合齒這兩零件的轉(zhuǎn)速差未達(dá)到零，齒套在與結(jié)合齒接合的過(guò)程中發(fā)生碰撞，從而發(fā)出“咔”的一聲異響，俗稱打齒。打齒會(huì)對(duì)結(jié)合齒及齒套產(chǎn)生極大的損傷，嚴(yán)重影響變速器的壽命及安全。

2 同步器結(jié)構(gòu)及原理

（1）同步器結(jié)構(gòu)

以博格華納單錐同步器為例，如圖示結(jié)構(gòu)。

圖1 博格華納單錐同步器結(jié)構(gòu)圖

（2）換擋同步過(guò)程原理

在換擋過(guò)程中，同步器可以細(xì)化到五個(gè)階段，具體如下：

2.1 預(yù)同步階段

換檔力F作用在齒套4，齒套帶著同步器鋼球5向5檔方向移動(dòng)，同步器鋼球5接觸到同步環(huán)3后，鋼球?qū)ν江h(huán)3施加壓力，這時(shí)同步環(huán)錐面與五檔接合齒2錐面產(chǎn)生摩擦力矩，同步環(huán)3則隨著五檔接合齒2轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度。轉(zhuǎn)過(guò)的角度使得同步器齒套4與同步環(huán)3的鎖止面正好貼合，進(jìn)入到階段2。

2.2 同步階段

同步器齒套在換檔力F的作用下，齒套鎖止面緊緊貼合同步環(huán)的鎖止面，同步環(huán)的摩擦錐面與五檔接合齒的摩擦錐面產(chǎn)生摩擦力矩，從而使轉(zhuǎn)速差△w=0，進(jìn)入到階段3。

2.3 撥環(huán)階段

在轉(zhuǎn)速差△w=0的下，齒套將同步環(huán)反向撥回一個(gè)角度。

2.4 接合階段

齒套穿過(guò)同步環(huán)，與五檔接合齒接觸。

2.5 進(jìn)檔階段

齒套繼續(xù)移動(dòng)，直到完全與接合齒接合。

圖2 換擋同步過(guò)程

3 打齒故障分析

原理上已知，在轉(zhuǎn)速差△w≠0才會(huì)發(fā)生打齒，細(xì)化到同步器工作的5個(gè)階段中，只有預(yù)同步階段，或同步階段出了問(wèn)題，才會(huì)造成△w≠0。

即：

（1）沒(méi)有預(yù)同步：預(yù)同步間隙太大或預(yù)同步力太小。

（2）沒(méi)有同步：同步容量不足或鎖止比不足導(dǎo)致齒套直接穿過(guò)同步環(huán)。

4 鎖止比對(duì)換擋打齒的影響

在大多數(shù)機(jī)械式同步器中鎖止力取決于相同原則。摩擦力矩TR的作用鎖止同步器，與斜面上的分力引開(kāi)的脫開(kāi)力矩TZ（通常被稱作撥正力矩T1）方向相反。只要存在轉(zhuǎn)速差，鎖止力矩就大于脫開(kāi)力矩。

由同步器散熱設(shè)計(jì)法可得，鎖止力矩計(jì)算式為：

摩擦力矩計(jì)算式為：

綜合公式一、公式二可得：

可以得到鎖止角β的設(shè)計(jì)方程如下：

式中，105°＜β＜125°。

理論上鎖止比＞1，同步器齒套與同步環(huán)可以鎖住，傳遞換擋力。如果未鎖住，則齒套在未同步情況下，直接穿過(guò)同步環(huán)，從而打齒。因而加大鎖止比，即加大鎖止角β，相當(dāng)于加大了安全系數(shù)。

5 換擋打齒改善措施

理論上，鎖止角的范圍是105°＜β＜125°。如果鎖止角β小于下限值，會(huì)發(fā)生打齒；所以適當(dāng)增加鎖止角，能有效減小打齒的風(fēng)險(xiǎn)。但這并不意味著可以無(wú)限加大鎖止角，因?yàn)槿绻i止角β超過(guò)上限（即125°），換擋力會(huì)增加，從而影響換擋舒適性。所以在同步器的設(shè)計(jì)中，鎖止比要綜合各方面因素，才能做出最優(yōu)設(shè)計(jì)。

6 結(jié)論

在現(xiàn)代汽車的大環(huán)境下，手動(dòng)變速器面臨的沖擊越來(lái)越大。手動(dòng)車要贏得消費(fèi)者滿意，必須在自身質(zhì)量上下功夫，而像打齒這種影響駕駛體驗(yàn)的故障，需要盡可能降低。在設(shè)計(jì)之初，需要綜合考慮各方面的因素，確保產(chǎn)品達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)，從而提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。