浅谈如何通过改变结构增大同步力矩

蔡 庆

（中国重汽集团大同齿轮有限公司技术中心，山西 大同 037305）

引言

单锥齿环式同步器唯一缺点就是同步力矩较小，在它的基础上设法提高同步力矩，便可实现缩短同步时间，提高挂档性能。现在有下面一种方案可通过改变结构迅速提升同步性能，它在工作原理和结构布置上与齿环式同步器基本上是类似的，所不同的只是采用了3对摩擦锥面，而不是1对摩擦锥面，这样便可产生更大的同步力矩，而在其他方面则和齿环式同步器完全一样［1］。

1 主要问题

现代变速器中所用的同步器都是惯性锁止式同步器，其工作原理就是把要结合的转动件的转速在同步之前，利用其相对角加速度所产生的惯性力矩，来阻止它们的不同步啮合，这样便可确保同步啮合换档。所谓“惯性锁止”有两重意思，第一是锁止，即在同步器的输入端和输出端的转速未达到相同以前，同步器中有一种锁止装置来阻止它们彼此作刚性接合；第二是惯性，即利用作用在同步器输入端和输出端的惯性力矩来实现这种锁止。这个惯性力矩就是作用在同步器摩擦锥面之间的摩擦力矩，也叫同步力矩。凡是利用惯性力矩使锁止装置起作用的同步器都属于惯性锁止式同步器，惯性力矩的大小等于同步器输入端的当量转动惯量和输入端相对于输出端的角加速度之积。在输入端转动惯量一定的情况下，惯性力矩的值取决于输入端相对于输出端的角加速度，所以只要存在相对转动速度，就必有一个相应的锥面摩擦力矩来保持这种锁止作用，直到同步时，即相对转动速度消失，摩擦力矩消失，从而锁止作用也消失，这时便可以实现输入端和输出端的同步啮合［2］。

由此可见，想进一步提升同步性能，即缩短同步时间，就必然需要增大同步力矩，即所谓的摩擦力矩。

2 建议措施

多锥面齿环式同步器是把普通齿环式同步器原来的2个锥形零件17和18分别做成17和17a及18和18a4个锥形零件，即在原来的锥环17和锥体18之外，又额外增加了2个锥环17a和18a，如图1所示。外锥环17a同样是由3个滑块推动，而夹在中间的同步齿环17 上制有3 个缺口，在17a上制有相应的3个凸块S，17a通过凸块和缺口驱动同步齿环17，所以17a和17是同二轴9一道转动的。夹在中间的另1个锥环18a上制有3个缺口，该缺口卡在制作在一轴锥体18上相应的3个凸块R 之上，所以18a是同一轴一道转动的。结果是当第二轴9和第一轴之间有相对角速度差时，在整个锥体结构中就存在着3对滑动摩擦锥面，而不是1对。所以在总体尺寸一样的情况下，加在啮合套16上一定的轴向推力所产生的同步力矩，就等于作用在3对锥面之间的摩擦力矩的总和，即约为只有1对摩擦锥面的普通齿环式同步器的同步力矩的3倍。所以对于加在换档杆上一定的推力来说，就能产生大得多的同步力矩，从而缩短了同步时间，提高了同步器的工作性能，有利于换档操作。这种同步器的结构，对于变速器总长度的影响也是很小的。

图1 多锥面齿环式同步骤

3 结语

多锥面齿环式同步器的一个好处是锥面摩擦系数的最小值，从普通齿环式同步器的最小值0.075降低到0.055，而同步力矩如按最小摩擦系数等于0.08计，则同步力矩等于普通齿环式同步器的1.7倍。可见多锥面齿环式同步器的最小摩擦系数可降低到很低的水平，这显然是个极大的优点。而它的同步力矩，在不提高锥面压强的条件下，可以增大2～3倍，这就足以应付较大的输入端转动惯量。

［1］张炳力.汽车设计［M］.合肥：合肥工业大学出版社，2011.

［2］（英）朱利安／哈皮安—史密斯.现代汽车设计概论［M］.北京：化学工业出版社，2006.