多錐鎖環(huán)式同步器的應(yīng)用

方向進(jìn)，喬湘鶴(浙江萬(wàn)里揚(yáng)變速器股份有限公司，浙江金華 321000)

多錐鎖環(huán)式同步器的應(yīng)用

方向進(jìn)，喬湘鶴
(浙江萬(wàn)里揚(yáng)變速器股份有限公司，浙江金華 321000)

闡述多錐面鎖環(huán)式同步器的優(yōu)勢(shì)、發(fā)展前景，分析現(xiàn)有同步器結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，介紹新型多錐鎖環(huán)式同步器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。

多錐面；同步環(huán)；鎖環(huán)同步器

0 引言

汽車同步器是汽車變速器中的關(guān)鍵部件，其性能直接影響到車輛的駕駛舒適性。隨著汽車駕駛員對(duì)汽車換擋舒適性要求的不斷提高，多錐面同步器已得到廣泛的應(yīng)用，但現(xiàn)階段的多錐面同步器普遍存在零部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通用性不強(qiáng)等缺點(diǎn)。

1 多錐同步器的優(yōu)勢(shì)及發(fā)展前景

現(xiàn)有同步器主要有鎖環(huán)式同步器和鎖銷式同步器兩大類，其中由于鎖環(huán)式同步器具有軸向尺寸短、結(jié)構(gòu)可靠的特點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用在輕、中型卡車和轎車上。

同步器摩擦力矩計(jì)算公式為：

Mf=p×μ×R錐/sinα

式中：p為作用在同步錐面軸向力；μ為同步錐面間摩擦因數(shù)；R錐為錐面平均半徑；α為同步環(huán)錐角。

從公式中可知，要想使摩擦力矩Mf增大，可以通過(guò)加大作用力p、摩擦因數(shù)μ、錐面平均半徑R錐或減小同步環(huán)錐角α來(lái)實(shí)現(xiàn)。作用力p過(guò)大將直接影響換擋舒適性，摩擦因數(shù)μ在現(xiàn)有技術(shù)下很難有較大突破，而在變速器空間一定的情況下，錐面平均半徑R錐也不可能大幅度加大，同步環(huán)錐角α改小后，容易造成錐面的“自鎖”，嚴(yán)重時(shí)將造成同步器損壞。

而當(dāng)其他條件完全不變時(shí)，摩擦面增加1個(gè)，相當(dāng)于摩擦錐面半徑增大將近一倍，同步器摩擦力矩增加將近一倍，使得在同樣的換擋時(shí)間下，換擋力可以將近減小50%。因此雙錐面同步器和三錐面同步器是現(xiàn)有技術(shù)下，大幅度提高同步器摩擦力矩的最有效手段。

近幾年，隨著精密鍛造和沖壓技術(shù)的快速發(fā)展，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的同步環(huán)已能大批量生產(chǎn)，雙錐面同步器在商用車和乘用車上得到廣泛應(yīng)用，三錐面同步器已在高檔輕卡、乘用車手動(dòng)變速器、雙離合變速器DCT上得到廣泛的應(yīng)用。

2 現(xiàn)有多錐同步器的結(jié)構(gòu)

由同步器工作原理可知，同步器工作時(shí)，變速器輸出軸和被同步齒輪各自組成一個(gè)旋轉(zhuǎn)部件，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)部件通過(guò)同步環(huán)摩擦力矩的作用，使兩者角速度趨于一致，直至完成掛擋。雙錐同步器和三錐同步器設(shè)計(jì)中，同步器中間環(huán)與被同步齒輪連接，組成一個(gè)旋轉(zhuǎn)部件，同步器外錐環(huán)和內(nèi)錐環(huán)卡接，并與同步器齒座一起和輸出軸組成另一旋轉(zhuǎn)部件。

現(xiàn)有常用多錐同步器主要有雙錐同步器和三錐同步器。圖1示出了現(xiàn)在國(guó)內(nèi)廣泛在商用車和乘用車上采用的雙錐同步器，圖2示出了現(xiàn)在乘用車變速器和高檔輕卡上采用的三錐同步器。

3 現(xiàn)有多錐同步器的缺點(diǎn)

現(xiàn)有多錐同步器主要存在以下缺點(diǎn)：

(1)零部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度大。如圖1所示，現(xiàn)有的雙錐面鎖環(huán)式同步器的內(nèi)錐環(huán)和外錐環(huán)均為直接相連結(jié)構(gòu)，外錐環(huán)的內(nèi)側(cè)圓周上設(shè)置有三個(gè)或六個(gè)凸爪，內(nèi)錐環(huán)端面上設(shè)置有與凸爪嵌套配合的凹槽，這種結(jié)構(gòu)的雙錐面同步器外錐環(huán)屬于異形件，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度大，加工成本高，且不能與相同規(guī)格的單錐同步器外錐環(huán)通用。如圖2所示，現(xiàn)有的三錐同步器變速器內(nèi)錐環(huán)和外錐環(huán)直接相連，外錐環(huán)內(nèi)側(cè)設(shè)置三處凹槽，內(nèi)錐環(huán)外側(cè)徑向伸出，并在軸向上設(shè)置三處凸起，卡入外錐環(huán)的凹槽中，中間環(huán)徑向設(shè)置三個(gè)凸起，卡在齒輪端面的凹槽中，這種結(jié)構(gòu)的內(nèi)錐環(huán)和外錐環(huán)都是異形件，加工難度大，成本很高。

(2)現(xiàn)有的雙錐同步器，變速器外環(huán)與同尺寸的單錐同步器錐環(huán)結(jié)構(gòu)完全不同，零部件無(wú)法通用?，F(xiàn)有三錐同步器外錐環(huán)、內(nèi)錐環(huán)、中間環(huán)和現(xiàn)有的雙錐同步器結(jié)構(gòu)也完全不同，無(wú)法通用。由于同步器錐環(huán)屬于沖壓件或精鍛件，零部件結(jié)構(gòu)不同，意味著需重新開(kāi)發(fā)零件模具及重新設(shè)計(jì)工藝工裝，大大提高了變速器的成本及開(kāi)發(fā)周期。

4 新型多錐面同步器結(jié)構(gòu)

為解決現(xiàn)有多錐面同步器的缺點(diǎn)，提高零部件通用性，降低開(kāi)發(fā)成本及縮短開(kāi)發(fā)周期，本文作者對(duì)現(xiàn)有多錐面同步器進(jìn)行分析，創(chuàng)新地設(shè)計(jì)了一種新型結(jié)構(gòu)的多錐面鎖環(huán)式同步器。圖3(a)、(b)、(c)為該同步器三種狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)圖，其中：圖(a)為左右兩側(cè)均為三錐；圖(b)為左側(cè)雙錐、右側(cè)三錐；圖(c)為左側(cè)單錐、右側(cè)三錐。

如圖3(a)所示，該同步器外環(huán)與同尺寸單錐同步環(huán)完全通用，內(nèi)環(huán)內(nèi)側(cè)徑向設(shè)置三個(gè)凸起，同步器齒座端面設(shè)置三處凹槽，凹槽可直接鍛造而成，中間環(huán)與普通雙錐同步器中間環(huán)結(jié)構(gòu)完全相同。同步過(guò)程中，中間環(huán)和被同步齒輪一起構(gòu)成第一旋轉(zhuǎn)部件，同步器齒座帶動(dòng)同步器外錐環(huán)及內(nèi)錐環(huán)構(gòu)成第二旋轉(zhuǎn)部件。

如圖3(b)所示，通過(guò)更改接合齒的結(jié)構(gòu)，該同步器可轉(zhuǎn)變成一側(cè)雙錐，一側(cè)三錐的同步器，兩側(cè)同步環(huán)完全相同。如圖3(c)所示，通過(guò)取消中間環(huán)、內(nèi)錐環(huán)、更改結(jié)合齒結(jié)構(gòu)，該同步器可轉(zhuǎn)變成一側(cè)單錐，一側(cè)三錐的同步器。

5 新型多錐同步器的優(yōu)勢(shì)及推廣前景

由于變速器各擋位掛擋時(shí)所需的同步容量不同，如重卡副箱同步器中，高、低擋同步器所需同步零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相差數(shù)倍，如果高、低擋側(cè)均采用多錐，將造成同步器性能的浪費(fèi)，同時(shí)也增加了零部件的成本。

各整車廠家對(duì)換擋性能要求不同，同時(shí)有些整車廠家由于改善了拉線的結(jié)構(gòu)和布置方式，或采用了低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的離合器從動(dòng)盤，出于成本考慮，其對(duì)變速器的換擋要求就可能有所降低。因此根據(jù)各整車廠家的不同要求，同一款變速器的同步器可能會(huì)存在一側(cè)單錐一側(cè)雙錐、一側(cè)單錐一側(cè)三錐、兩側(cè)雙錐、一側(cè)雙錐一側(cè)三錐、兩側(cè)三錐等多種配置情況。

該結(jié)構(gòu)的同步器，可根據(jù)用戶的不同要求，只需要更改接合齒的結(jié)構(gòu)，就可以實(shí)現(xiàn)各種狀態(tài)的切換，零部件通用性高，且制造方便，成本低，因此該結(jié)構(gòu)同步器應(yīng)該有很廣泛的推廣前景。

【1】 吳宗澤.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

【2】 高維山.變速器[M].北京：人民交通出版社，1990.

The Application of Multiple Cone Lock Ring Synchronizer

FANG Xiangjin，QIAO Xianghe
(Zhejiang Wanliyang Transmission Co.，Ltd.，Jinhua Zhejiang 321000，China)

The advantage and development prospects of multiple cone lock ring synchronizer were expounded，the shortcoming of existing synchronizer structure was analyzed，and the design and application of new type multiple cone lock ring synchronizer was introduced.

Multiple cone；Synchronous ring；Lock ring synchronizer

2013-10-08

方向進(jìn)(1985—),學(xué)士，工程師，從事汽車變速器設(shè)計(jì)。E-mail:fxj20024@126.com。