汽車(chē)鎖環(huán)同步器說(shuō)明書(shū)

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1、同步器說(shuō)明書(shū) 同步器說(shuō)明書(shū) 同步器分為常壓式，慣性式和慣性增力式。但是在現(xiàn)在的汽車(chē)領(lǐng)域 中，得到廣泛使用的是慣性式同步器。 慣性式同步器有鎖銷(xiāo)式，滑塊式，鎖環(huán)式，多片式和多維式幾種。今 天我們?cè)O(shè)計(jì)的是以款鎖環(huán)式同步器。 一，同步器工作原理： 同步器換擋過(guò)程由三個(gè)階段組成。 第一階段：同步器離開(kāi)中間位置，做軸向移動(dòng)并靠在摩擦面上。摩擦 面相互接觸瞬間，由于齒輪的角速度和滑動(dòng)齒套的角速度不同，在摩擦力 矩作用下鎖銷(xiāo)相對(duì)滑動(dòng)齒套轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)不大的角度，并占據(jù)鎖 止位置。此時(shí)鎖止面接觸，阻止了滑動(dòng)齒套向換擋方向移動(dòng)。 第二階段：來(lái)自手柄傳至換擋撥叉并作用在滑動(dòng)齒套上的力F, 經(jīng)過(guò)

2、鎖止元件又作用在摩擦面上。由于齒輪的角速度和滑動(dòng)齒套的角速度 不相同，在上述表面產(chǎn)生摩擦力。滑動(dòng)齒套和齒輪分別與整車(chē)和變速器輸 Word 文檔 入轉(zhuǎn)動(dòng)零件相連接。于是，在摩擦力矩作用下，滑動(dòng)齒套和 漸接近，其角速度差減小了。在角速度差等于零的瞬間 齒輪的轉(zhuǎn)速逐 同步過(guò)程結(jié)束。 第三階段：角速度差等于零，摩擦力矩消失，而軸向力F仍作用在鎖 止元件上，使之解除鎖止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)滑動(dòng)鎖套和鎖銷(xiāo)上的斜面相對(duì)移動(dòng)，從 而使滑動(dòng)齒套占據(jù)了換擋位置。 二，主要參數(shù)的確定 1. 摩擦系數(shù)f 汽車(chē)在行駛過(guò)程中換擋，特別是在高檔區(qū)換擋次數(shù)較多，意味著同步器 工

3、作頻繁。同步器是在同步環(huán)與連接齒輪之間存在角速度差的條件下工作， 要求同步環(huán)有足夠的使用壽命，應(yīng)當(dāng)選用耐磨性能良好的材料。為了獲得較 大的摩擦力矩，又要求用摩擦因素大而且性能穩(wěn)定的材料制作同步環(huán)。另一 方面，同步器在油中工作，使摩擦因數(shù)減小，這就為設(shè)計(jì)工作帶來(lái)困難。 摩擦因數(shù)除與選用的材料有關(guān)以外，還與工作面得表面粗糙度，潤(rùn)滑油 種類(lèi)和溫度等因素有關(guān)。作為與同步環(huán)錐面接觸的齒輪部分與齒輪做成一 體，用低碳合金鋼制成。對(duì)錐面的表面粗糙度要求比較高，用來(lái)保證在使用 過(guò)程中摩擦因數(shù)變化小。若錐面的表面粗糙度差，在使用過(guò)程初期容易損 害同步環(huán)錐面。 同步環(huán)常選用能保證具有足夠高的強(qiáng)度

4、和硬度，耐磨性能良好的黃銅 合金制造，如錳黃銅，鋁黃銅和錫黃銅等。早期用青銅合金制造的同步環(huán)因 使用壽命短，已經(jīng)遭淘汰。 由黃銅合金與鋼材料構(gòu)成的摩擦副，在油中工作的摩擦因數(shù)f取 為0.1. 摩擦因數(shù)f對(duì)換擋齒輪和軸的角速度能迅速達(dá)到相同有重要作用。摩擦 因數(shù)大，換擋省力或縮短同步時(shí)間；摩擦因數(shù)小則反之，甚至失去同步作 用。為此，在同步環(huán)錐面處制有破壞油膜的細(xì)牙螺紋槽及與螺紋槽垂直的泄 油槽，用來(lái)保證摩擦面之間有足夠的摩擦因數(shù)。 2?同步環(huán)主要尺寸的確定 (1) 同步環(huán)錐面上的螺紋槽 如果螺紋槽螺線的頂部設(shè)計(jì)的窄些，則刮去存在于摩擦錐面之間的油膜 效果好。但頂部寬度過(guò)窄

5、會(huì)影響接觸面壓強(qiáng)，使摩擦加快。試驗(yàn)還證明：螺 紋的齒頂寬對(duì)f的影響很大，f隨齒頂?shù)哪p而降低，換擋費(fèi)力，故齒頂寬 不易過(guò)大。螺紋槽設(shè)計(jì)得大些，可使被刮下來(lái)的油存在于螺紋之間的間隙 中，但螺距增大又會(huì)使接觸面減少，增加磨損速度。通常軸向泄油槽為6~12 個(gè)，槽寬3~4nm。 (2) 錐面半錐角a 摩擦錐面半錐角a越小，摩擦力矩越大。但a過(guò)小則摩擦錐面將產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象，避免自鎖的條件是tana>f。一般取a=608°

6、越大。R往往受結(jié)構(gòu)限制，包括變速器中心距及相關(guān)零件的尺寸和布置的限制，以及R取大以后還會(huì)影響到同步環(huán)徑 向厚度尺寸要取小的約束，故不能取大。原則上是在可能的條件下，盡可能 將R取大些。 (4) 4)錐面工作長(zhǎng)度b 縮短錐面工作長(zhǎng)度b,便使變速器的軸向長(zhǎng)度縮短，但同時(shí)也減小了錐 面的工作面積，增加了單位壓力并使磨損加速。設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)下式計(jì)算確定 bb=Mm/2npfR2 （5）同步環(huán)徑向厚度與摩擦錐面平均半徑一樣，同步環(huán)的徑向厚度 要受機(jī)構(gòu)布置上的限制，包括變速器中心距及相關(guān)零件，特別是事錐面平均 半徑和布置上的限制，不宜取很厚，但是同步環(huán)的徑向厚度必須保證同步 環(huán)有足夠的強(qiáng)

7、度。 轎車(chē)同步環(huán)厚度比貨車(chē)小些，應(yīng)選用鍛件或精密鍛造工藝加工制 成，可提高材料的屈服強(qiáng)度和疲勞壽命。貨車(chē)同步環(huán)可用壓鑄加工。鍛造時(shí) 選用錳黃銅等材料。有的變速器用高強(qiáng)度，高耐磨性的鋼配合的摩擦副，即 在鋼質(zhì)或球墨鑄鐵同步環(huán)的錐面上噴鍍一層鉬（厚度約0.3~0.5mm），使其 摩擦因數(shù)在鋼與銅合金摩擦副圍，而耐磨性和強(qiáng)度 有顯著提高。也有的同步環(huán)是在銅環(huán)基體的錐空表面噴上厚0.07~0.12mm的 鉬制成。噴鉬環(huán)的壽命是銅環(huán)的2~3倍。以鋼質(zhì)為基體的同步環(huán)不僅可以節(jié) 約銅，還可以提高同步環(huán)的強(qiáng)度。 3?鎖止角（3 鎖止角3選取的正確，可以保證只有在換擋的兩個(gè)部分之間角 速度

8、差達(dá)到零值才能進(jìn)行換擋。影響鎖止角3選取的因素主要有摩擦因數(shù) f、摩擦錐面的平均半徑R、鎖止面平均半徑和錐面半錐角a。已有結(jié)構(gòu)的 鎖止角在26°46。圍變化。 4?同步時(shí)間t 同步器工作時(shí)，要連接的兩個(gè)部分達(dá)到同步的時(shí)間越短越好。除 去同步器的結(jié)構(gòu)尺寸，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)同步時(shí)間有影響以外，變速器輸入軸，輸 出軸的角速度差及作用在同步器摩擦錐面上的軸向力，均對(duì)同 步時(shí)間有影響。軸向力大，同步時(shí)間減少。而軸向力與作用在變速桿手柄上 的力有關(guān)，不同車(chē)型要求作用到手柄上的力也不相同。為此，同步時(shí)間與車(chē) 型有關(guān)，計(jì)算時(shí)可在下屬?lài)x?。簩?duì)轎車(chē)變速器高檔取0.15~0.30s，低檔取 0~0.

9、80s;對(duì)貨車(chē)變速器高檔取0.30~0.80s，低檔取1.00~1.50s。 5?轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 換擋過(guò)程中依靠同步器改變轉(zhuǎn)速的零件統(tǒng)稱(chēng)為輸入端零件，它包 括第一軸及離合器的從動(dòng)盤(pán)，中間軸及其上的齒輪，與中間軸上齒輪相嚙合 的第二軸上的常嚙合齒輪。其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算：首先求得各零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣 量，然后按不同檔位轉(zhuǎn)換到被同步的零件上。對(duì)已有的零件，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 通常用扭擺法測(cè)出；若零件未制成，可將這些零件分解為標(biāo)準(zhǔn)的幾何體，并 按照數(shù)學(xué)公式合成求出轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 三.同步器的計(jì)算 同步器的計(jì)算目的是確定摩擦錐面和鎖止角的角度，這些角度是 用來(lái)保證在滿(mǎn)足連接鍵角速度完全相等以前不能進(jìn)行換

10、擋時(shí)所應(yīng)滿(mǎn)足的條 件，以及計(jì)算摩擦力矩和同步時(shí)間。換擋第一階段，處于空擋瞬間，考慮到 潤(rùn)滑油阻力在常溫下對(duì)齒輪轉(zhuǎn)速的降低作用可忽略不計(jì)，并假設(shè)汽車(chē)在阻力 不大的道路上行駛，同時(shí)時(shí)間不大于一秒則認(rèn) 為在該瞬間汽車(chē)速度保持不變，即變速器輸出端轉(zhuǎn)換于換擋瞬間不 變，而輸入端靠摩擦作用達(dá)到與輸出端同步。如上所述，換擋時(shí)為保證沒(méi)有沖擊的將齒輪和軸連接起來(lái)，必須使他們的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度相等。 摩擦力矩Mm#算如下 M m Jr Jr(ba) tJrt tIk1Ik ±) Ik1Ik 式中，Jr為離合器從動(dòng)盤(pán)、第一軸與第二軸常嚙合齒輪連接在 一起轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；e為發(fā)動(dòng)機(jī)的角速

11、度；a為在第K 檔工作的變速器輸出軸角速度；b為第K+1檔的輸出軸上齒輪的角 速度； ■■ Ik、Ik1為變速器第K和K+1檔的傳動(dòng)比。 另一方面，設(shè)換擋時(shí)作用在變速桿手柄上的法向力為Fs,(對(duì)轎車(chē)和 大客車(chē)，取FS=60N；對(duì)貨車(chē)，取FS=IOON,變速桿手柄到嚙 ■ 合套的傳動(dòng)比為環(huán)，貝M乍用在同步器摩擦錐面上的軸向力F應(yīng)為 FFS1gs 式中，為換擋機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率。 由此可算得工作表面上的摩擦力矩Mm為 FfR sin 式中，為摩擦錐面半錐角；f為工作錐面的摩擦因數(shù)；R 為摩擦錐面平均半徑 FfR Jr e(1 t (iki ik) 同步時(shí)的摩擦力矩方

12、程式為 sin JreSin FfR 同步器應(yīng)滿(mǎn)足的鎖止條件 為防止連接件在轉(zhuǎn)動(dòng)角速度相等以前接合換擋，必須滿(mǎn)足下述條 件F1F2 式中，F(xiàn)1為由摩擦力矩Mm產(chǎn)生的，用來(lái)防止過(guò)早換擋的力 Fi Mm FfR r sin F2為因鎖止面傾斜而產(chǎn)生的力 F2Ftan 式中，r為鎖止面平均半徑；為鎖止面鎖止角。 MmFfR.-X匚匚 將Fi「和卜2卜由代入到卜1卜2中 rrsin FfR中得到Ftanrsin 因此，欲保證鎖止和滑動(dòng)齒套不能繼續(xù)移動(dòng)，必須滿(mǎn)足如下條 fR tan< rsin 參考文獻(xiàn)：(1)汽車(chē)構(gòu)造(第2版)家瑞機(jī)械工業(yè) (2)機(jī)械設(shè)計(jì)綜合課程設(shè)計(jì)王大康機(jī)械工業(yè) (3)機(jī)械設(shè)計(jì)(第八版)紀(jì)名鋼泡良貴高等教育 (4)畫(huà)法幾何及機(jī)械制圖科學(xué)技術(shù) Word文檔