http://www.cqvip.cOm 第5期（总第138期） 机械工程与自动化 No.5 2006年10月 MECHANICAL ENGINEERING &AUTOMATION Oct. 文章编号：1672-6413(2006)05-0160-02 变速器锁销式同步器的设计计算 刘选 (山西大同齿轮集团，山西大同037000) 摘要：通过对变速器锁销式同步器的工作原理和工作过程以及保证实现同步的充分必要条件的分析，确立了锁 销式同步器零件主要参数的计算式，以及各零件之间在设计计算中的关系式，从而确定了锁销式同步器的设计 计算原则。 关键词：变速器；锁销式同步器；设计 中图分类号：U463.212*.41 文献标识码：A 0引言 触，二者一经接触便产生摩擦力矩 为了降低汽车变速器噪声和百公里油耗、消除换 两维面接触后，由于齿套有换档力作用，使同步 档冲击、延长齿轮和传动系寿命，实现可靠平稳迅速 器锁销倒角与齿套锁销孔倒角相抵触，而不能进人接 而又轻便的换档，汽车变速器普遍采用了同步器。锁 合，使两锥面间存在正压力而产生摩擦力矩，切向力 销式同步器就是其中一种，它被广泛地应用于中型、重 产生拨环力矩，只要在设计上保证摩擦力矩大于拨环 型载重汽车和相应级别的大客车变速器上。 力矩，就能可靠地起到锁止作用。 1同步器的工作原理 随着换档力的继续作用，当摩擦力矩等于惯性力 在变速瞬间，变速器的输入端和输出端的转速都在 矩时，输入端与输出端的角速度相同时，惯性力矩等 变化着，输出端与汽车整车相连其转动惯量J出相当 于零，摩擦力矩也等于零，实现了同步，使锁销相对 大，换档作用时间较短，可认为在换档的瞬间输出端转 于齿套转过一个角度完成换档。 速是恒定的。而输入端在接触锥面上产生的摩擦力矩作 用下，克服输人端被接合零件的等价惯性力矩，在最短 时间内使输人端与输出端的转速达到同步。在实现同步 之后完成变速，这就是同步器的工作原理，见图1。 输入端 输出端 J 图1同步静工作原理 2锁销式同步器的结构及工作过程 2.1镇销式同步器的结构 被同步齿轮：2—同步环3一同步器锁销4一齿套 锁销式同步器的结构见图2。它由被同步齿轮1、 5—定位钢球：6一定位钢球弹簧；7一同步器定位销 同步环2、同步器锁销3、齿套4、定位钢球5、定位 图2锁销式同步器的结构图 钢球弹簧6、同步器定位销7组成 3锁销式同步器同步环的设计计算 2.2锁销式同步器的工作过程 3.】同步环锥面角的确定 变速时，齿套带动同步器定位销一起移动，推动 在同步阶段中摩擦力矩随着锥面角α的减小而增 同步环压向被同步齿轮锥盘的内锥面，使两锥盘相接 大，为了增大同步器的容量，锥面角a应尽量取小值 收猜日期：2006-04-30 作者简介：刘选(1967-)，男，山西山阴人，工程师，本科
第 5期 (总 第 138期 ) 2006年 10月 机 械 工 程 与 自 动 化 MECHAN1CAL ENG1NEER1NG & AUT0MAT10N No．5 0ct． 文章 编 号 ：1672—6413(2006)05—0160—02 变速器锁销 式 同步器 的设计计算 刘 (山 西大 同齿 轮集 团 ， 选 山 西 大 同 037000) 摘 要：通过对变速器锁销式 同步器的工作原理和工作过程 以及保证实现 同步 的充分必要 条件 的分 析 ，确立 了锁 销式 同步器零件 主要参数 的计算式 ，以及各零件之 间在设计计算 中的关 系式 ，从而确定 了锁销式 同步器 的设计 计算原 则。 关 键 词 ：变 速 器 ； 锁 销 式 同步 器 ；设 计 中 图 分 类 号 ：U463．212 ．41 文 献 标 识 码 ：A 0 引 言 为 了降低 汽车变 速器 噪声 和百公 里 油耗 、消 除换 档 冲击 、延长齿 轮 和传动 系 寿命 ，实现 可靠平 稳迅 速 而 又轻便 的换 档 ，汽车变 速器 普遍 采用 了 同步器 。锁 销 式 同步 器就 是其 中一种 ，它 被广 泛地应 用 于 中型 、重 型 载重 汽车 和相应 级别 的大 客车 变速 器上 。 1 同步 器 的工作 原理 在变 速瞬间 ，变速器 的输入端 和输 出端 的转速 都在 变 化 着 ，输 出端与 汽 车整 车相 连其 转 动惯 量 出相 当 大 ，换档作用 时间较短 ，可认为在换 档的瞬 间输 出端转 速 是恒定 的。而输入 端在 接触锥 面上产生 的摩擦 力矩作 用下 ，克服输入端被接合零 件 的等价 惯性力矩 ，在最短 时间 内使输 入端与输 出端 的转 速达 到同步 。在 实现 同步 之后完成 变速 ，这 就是同步器 的工作原理 ，见图 1。 输 入端 输 出端 图 1 同步 器 工作 原 理 2 锁 销式 同步器 的 结构及 工作 过程 2．1 锁销 式 同步 器的结 构 锁 销式 同步 器 的结构 见 图 2。它 由被 同步齿 轮 1、 同步 环 2、同步器 锁销 3、齿套 4、定 位钢球 5、定位 钢球 弹簧 6、 同步 器定 位销 7组 成 。 2．2 锁销 式 同步器的 工作过 程 变速 时 ，齿套 带动 同步器 定位 销一 起移 动 ，推动 同步 环压 向被 同步 齿轮 锥盘 的 内锥 面 ，使两 锥盘 相接 收稿 日期 ：2006—04—30 作者简介 ：刘选 (1967一)，男 ，山西 山阴人 ，工程师 ，本科。 触 ，二 者一 经接 触便产 生摩 擦力 矩 。 两 锥面 接触 后 ，由于齿 套有 换 档力作 用 ，使 同步 器 锁销 倒角 与齿 套锁 销孔倒 角相 抵 触 ，而不 能进入 接 合 ，使 两锥 面 间存在 正压 力而 产生 摩擦 力矩 ，切 向力 产生拨 环 力矩 ，只要 在设 计上 保证 摩擦 力矩 大 于拨 环 力矩 ，就 能可靠 地起 到锁 止作 用 。 随着换 档 力 的继 续作 用 ，当摩 擦 力矩等 于惯 性力 矩 时 ，输 入端 与输 出端 的角 速度相 同时 ，惯 性 力矩等 于零 ，摩 擦力 矩也 等于 零 ，实现 了 同步 ，使锁 销相对 于齿 套转 过一 个 角度完 成换 档 。 1—— 被 同 步 齿 轮 ； 2—— 同 步环 ；3—— 同步 器 锁 销 ；4—— 齿 套 ； 5—— 定位钢球 ；6——定位钢球 弹簧 ；7—— 同步器定位销 图 2 锁销式同步器的结构图 3 锁 销式 同步器 同步 环 的设计 计算 3．1 同步环锥 面 角的确 定 在 同步 阶段 中摩 擦力 矩 随着锥 面 角 a的减 小 而增 大 ，为 了增 大 同步器 的容 量 ，锥 面角 a应尽量 取 小值 。 维普资讯 http://www.cqvip.com
箱普资说hpww.cqvip.com 2006年第5期 刘选：变速器锁销式同步器的设计计算 ·161· 但是它的极限值又受锥面角自锁条件的限制，为了避 接合齿应为倒角齿 免锥面角发生自锁，a的选取要满足a≥arctanμ（μ为 6同步器零件之间间隙的确定 摩擦系数)。 锁销同步器各零件之间的间隙必须选择适当，并 3.2同步环维面螺蚊和油槽的设计 且遵循如下的关系： 为了破坏被同步齿轮内锥面上的油膜，增大摩擦 S≥S1+S2+S, 力矩，同步环锥面上需车制螺纹，并在螺纹垂直方向 S>S4, 开设排油槽，油槽的大小及数量应根据同步环锥面直 S;=S2-S1=Ad/(2tana). 径来确定。一般油槽宽为2mm~4mm,数量30个~40 式中：S 齿套与接合齿之间的空档间隙， 个。同步环螺纹齿顶宽对摩擦系数的影响较大，在设 S 锥环与锥盘两基面之间的空档间隙，设 计时，一般螺纹齿顶宽为0.15mm~0.2mm,螺纹牙形 计时取S,=1mm~2.5mm; 角为50°，螺距为0.65mm~0.9mm 锥环小端与锥盘内端面之间的间隙，设 3.3同步环维面直径和宽度的确定 计时取S2=3.5mm~4mm; 在中间轴结构允许的情况下，为了增大锥面间的 S 锁销倒角与齿套锁销孔倒角之间的空 摩擦力矩，缩短同步时间，同步环锥面直径应尽量取 档间隙，设计时取S,=0.95mm一 大值。同步环锥面宽B与摩擦锥面的发热有关，一般 1.1mm; 取B=R./10一R/14(Rm为拨环半径)。 S 同步器定位销与同步环之间的空档间 隙，设计时取S,=0.25mm~0.35mm 3.4同步环的材料 S 同步器的后备行程，设计时取S,= 同步环的材料采用铜合金，精锻成型后进行机加 2.5mm~3mm; 工，其强度高，耐磨性好。铜合金应控制其化学成分， 同步环径向磨损量， 其抗拉强度大于600N/mm2,屈服强度大于210N 当SS1+S2十S,时，同步器正常工作，直到同步 和拨环半径R来确定合适的锁销角日，通常取B=35 器磨损到预定的尺寸为止。 ~45°，中型车变速器3取小值，重型车变速器3取大值 当S,<S,时，同步器锁销过早地进入了齿套锁销 4.2同步器锁销益的确定 孔，同步器锁止条件不能实现，等于无同步器。 由于同步器锁销差大换档沉，锁销差小换档轻便、 7结束语 所以应选择合适的锁销差，一般取锁销差为1.3~1.4。 锁销式同步器在设计中应注意以下几点：①R、μ 5同步器齿套的设计 5.1齿套锁销孔和定位销孔的设计 值大，可以获得较大的摩擦力矩，较大的锁销角B,可 防止同步器在工作中发生烧死现象。②R小，锁销角 一般锁销孔的数量为3个~6个，中型车变速器 取小值，重型车变速器取大值。锁销孔的直径应根据 3大，锁止面的单位压力大，磨损快，一般根据结构的 布置3尽量取大值。③锥角α小，可获得较大的锁销 锁销的最大直径来确定，锁销孔两端的倒角应与锁销 角B,但过小锥角有可能发生锥面自锁。④锁销式同步 的倒角一致。同步器定位销数量为3个，定位销孔的 器在设计中应合理地选择各零件之间的间隙，以保证 直径应根据定位销的直径来确定。 5.2 同步器的正常工作。⑤为了制造方便，降低制造成本， 齿套接合齿的设计 提高通用性，有时变速器中几组锁销式同步器要选用 同步器齿套接合齿的模数、齿数应根据所传递的 相同的同步器 最大扭矩来确定。为了防止变速器在工作中自动脱档， Design and Calculation of Transmission Lock Pin Type Synchronizer LIU Xuan (Datong Gear Group,Datong 037000.China) Abstract:This paper is to define the calculation formula of the key parameters of lock pin type synchronizer parts and establish the mathematic relation among the various parts by analyzing the transmission working principles,working processes and the necessary conditions to realize the successful synchronizing operation. Key words:transmission:lock pin type synchronizer design
2006年第 5期 刘选 ：变速 嚣锁销式 同步 嚣的设计计算 ·161· 但是它的极限值又受锥面角 自锁条件的限制 ，为了避 免锥 面角发 生 自锁 ，口的选 取要 满足 口≥arctanp(／1为 摩擦 系数 )。 3．2 同步环 锥 面螺纹和 油槽 的设 计 为了破坏被同步齿轮内锥面上的油膜 ，增大摩擦 力矩 ，同步环锥面上需车制螺纹 ，并在螺纹垂直方向 开设排油槽 ，油槽的大小及数量应根据同步环锥面直 径来确定。一般油槽宽为 2mm～4mm，数量 3O个 ～4O 个 。同步环螺纹齿顶宽对摩擦系数的影响较大 ，在设 计时 ，一 般螺 纹齿顶 宽 为 0．15mm~0．2ram，螺 纹牙 形 角为 5O。，螺距 为 0．65ram～0．9ram。 3．3 同步环锥 面直径和 宽度 的确 定 在 中间轴结 构允 许 的情况 下 ，为 了增 大锥 面 间 的 摩擦 力矩 ，缩 短同 步时 间 ，同步环锥 面 直径 应尽 量取 大值 。同步环锥面宽 B与摩擦锥面的发热有关 ，一般 取 B=Rm／IO~R蕾／14 (Rm为 拨环半 径 )。 3．4 同步 环的材料 同步环的材料采用铜合金，精锻成型后进行机加 工 ，其强度高，耐磨性好 。铜合金应控制其化学成分 ， 其 抗 拉 强 度 大 于 600N／ram ，屈 服 强 度 大 于 21ON／ mm ，硬度 为 HB15O～HB200。 4 同步器锁销的设计 4．1 同步 器锁 止 角的确 定 要使同步环在同步阶段中锁止，必须满足锁止条件： tan卢≥ 。 根据摩擦锥面平均半径 R椎、摩擦系数 、锥面角 a 和拨环半径 R鬣来确 定合适 的锁销 角 ，通 常取 ：35。 ～45。中型车变速器 取小值，重型车变速器 取大值。 4．2 同步 器锁销 差的确 定 由于同步器锁销差大换档沉，锁销差小换档轻便 ， 所 以应选择合适 的锁销差 ，一般 取锁销差 为 1．3～1．4。 5 同步器齿套的设计 5．1 齿套锁 销孔 和 定位销 孔的 设计 一 般锁 销孔 的数量 为 3个 ～6个 ，中型 车变 速 器 取 小值 ，重 型车变 速器 取大 值 。锁销 孔 的直径 应根 据 锁 销 的最大 直径 来确 定 ，锁 销孔 两端 的倒 角 应与锁 销 的倒 角一致 。同步器 定位 销数 量 为 3个 ，定位 销 孔 的 直径应根据定位销的直径来确定。 5．2 齿 套接合 齿 的设计 同步器齿套接合齿的模数 、齿数应根据所传递的 最大 扭矩来 确 定 。为了 防止变 速器在 工作 中 自动脱 档 ， 接合齿 应 为倒 角齿 。 6 同步器 零件 之 间间隙 的确 定 锁销同步器各零件之间的间隙必须选择适当，并 且遵 循 如下 的关 系 ： 5≥51+52+5。， S3> S¨ S5=S2一S1：ad／(2tana)。 式 中 ： 5—— 齿 套 与接合 齿之 间的空 档 间隙 } ．S—— 锥环 与锥 盘两 基面 之间 的空 档间 隙 ，设 计 时取 S1= 1mm～2．5ram； 5z—— 锥环小端与锥盘内端面之间的间隙 ，设 计 时取 S2= 3．5mm～4mm ； 5。—— 锁销倒角与齿套锁销孔倒角之间的空 档 间 隙 ，设 计 时 取 S。一 0．95ram ～ 1．Im m ； — — 同步器定位销与同步环之间的空档间 隙 ，设 计时取 S4—0．25mm~0．35mm； s— — 同步器 的后 备行程 ，设计 时取 S ： 2．5mm ～ 3ram l Ad—— 同步环 径 向磨损 量 。 当 SS+5z+5s时 ，同步器正常工作 ，直到同步 器磨损到预定的尺寸为止 。 当 S。<5 时 ，同步器 锁销 过早 地进 入 了齿套 锁销 孔 ，同步器 锁止 条 件不能 实现 ，等 于无 同 步器 。 7 结束语 锁销式同步器在设计中应注意以下几点：①R簟、 值大，可以获得较大的摩擦力矩 ，较大的锁销角 ，可 防止同步器在工作 中发生烧死现象。②R蕾小，锁销角 大 ，锁止面的单位压力大，磨损快 ，一般根据结构的 布置 尽量取大值。③锥角 a小，可获得较大的锁销 角 ，但过小锥角有可能发生锥面 自锁。④锁销式同步 器在设 计 中应合 理地 选择各 零 件之 间 的间 隙 ，以保 证 同步器 的正 常工 作 。⑤ 为 了制 造方 便 ，降低制 造成 本 ， 提高通 用性 ，有 时变 速器 中几组 锁 销式 同步器 要选 用 相 同的同 步器 。 Design and Calculation ofTransmission Lock Pin TypeSynchronizer LlU Xuan (Datong GearGroup，Datong 037000，China) Abstract：ThispaperistOdefinethecalculationformulaofthekey parametersoflockpintypesynchronizerpartsandestablishthe mathematicrelationamong thevariouspartsbyanalyzing thetransmission workingprinciples，working processesand thenecessary conditionstO realizethesuccessfulsynchronizingoperation． Key words：transmission；lock pintypesynchronizer；design 维普资讯 http://www.cqvip.com