多錐鎖環式同步器的應用

方向進，喬湘鶴(浙江萬里揚變速器股份有限公司，浙江金華 321000)

多錐鎖環式同步器的應用

方向進，喬湘鶴
(浙江萬里揚變速器股份有限公司，浙江金華 321000)

闡述多錐面鎖環式同步器的優勢、發展前景，分析現有同步器結構的缺點，介紹新型多錐鎖環式同步器的設計及應用。

多錐面；同步環；鎖環同步器

0 引言

汽車同步器是汽車變速器中的關鍵部件，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用，但現階段的多錐面同步器普遍存在零部件結構復雜，通用性不強等缺點。

1 多錐同步器的優勢及發展前景

現有同步器主要有鎖環式同步器和鎖銷式同步器兩大類，其中由于鎖環式同步器具有軸向尺寸短、結構可靠的特點，廣泛地應用在輕、中型卡車和轎車上。

同步器摩擦力矩計算公式為：

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；R錐為錐面平均半徑；α為同步環錐角。

從公式中可知，要想使摩擦力矩Mf增大，可以通過加大作用力p、摩擦因數μ、錐面平均半徑R錐或減小同步環錐角α來實現。作用力p過大將直接影響換擋舒適性，摩擦因數μ在現有技術下很難有較大突破，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，同步環錐角α改小后，容易造成錐面的“自鎖”，嚴重時將造成同步器損壞。

而當其他條件完全不變時，摩擦面增加1個，相當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有技術下，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的快速發展，結構復雜的同步環已能大批量生產，雙錐面同步器在商用車和乘用車上得到廣泛應用，三錐面同步器已在高檔輕卡、乘用車手動變速器、雙離合變速器DCT上得到廣泛的應用。

2 現有多錐同步器的結構

由同步器工作原理可知，同步器工作時，變速器輸出軸和被同步齒輪各自組成一個旋轉部件，兩個旋轉部件通過同步環摩擦力矩的作用，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計中，同步器中間環與被同步齒輪連接，組成一個旋轉部件，同步器外錐環和內錐環卡接，并與同步器齒座一起和輸出軸組成另一旋轉部件。

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

3 現有多錐同步器的缺點

現有多錐同步器主要存在以下缺點：

(1)零部件結構復雜，加工難度大。如圖1所示，現有的雙錐面鎖環式同步器的內錐環和外錐環均為直接相連結構，外錐環的內側圓周上設置有三個或六個凸爪，內錐環端面上設置有與凸爪嵌套配合的凹槽，這種結構的雙錐面同步器外錐環屬于異形件，其結構復雜，加工難度大，加工成本高，且不能與相同規格的單錐同步器外錐環通用。如圖2所示，現有的三錐同步器變速器內錐環和外錐環直接相連，外錐環內側設置三處凹槽，內錐環外側徑向伸出，并在軸向上設置三處凸起，卡入外錐環的凹槽中，中間環徑向設置三個凸起，卡在齒輪端面的凹槽中，這種結構的內錐環和外錐環都是異形件，加工難度大，成本很高。

(2)現有的雙錐同步器，變速器外環與同尺寸的單錐同步器錐環結構完全不同，零部件無法通用。現有三錐同步器外錐環、內錐環、中間環和現有的雙錐同步器結構也完全不同，無法通用。由于同步器錐環屬于沖壓件或精鍛件，零部件結構不同，意味著需重新開發零件模具及重新設計工藝工裝，大大提高了變速器的成本及開發周期。

4 新型多錐面同步器結構

為解決現有多錐面同步器的缺點，提高零部件通用性，降低開發成本及縮短開發周期，本文作者對現有多錐面同步器進行分析，創新地設計了一種新型結構的多錐面鎖環式同步器。圖3(a)、(b)、(c)為該同步器三種狀態下的結構圖，其中：圖(a)為左右兩側均為三錐；圖(b)為左側雙錐、右側三錐；圖(c)為左側單錐、右側三錐。

如圖3(a)所示，該同步器外環與同尺寸單錐同步環完全通用，內環內側徑向設置三個凸起，同步器齒座端面設置三處凹槽，凹槽可直接鍛造而成，中間環與普通雙錐同步器中間環結構完全相同。同步過程中，中間環和被同步齒輪一起構成第一旋轉部件，同步器齒座帶動同步器外錐環及內錐環構成第二旋轉部件。

如圖3(b)所示，通過更改接合齒的結構，該同步器可轉變成一側雙錐，一側三錐的同步器，兩側同步環完全相同。如圖3(c)所示，通過取消中間環、內錐環、更改結合齒結構，該同步器可轉變成一側單錐，一側三錐的同步器。

5 新型多錐同步器的優勢及推廣前景

由于變速器各擋位掛擋時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動慣量相差數倍，如果高、低擋側均采用多錐，將造成同步器性能的浪費，同時也增加了零部件的成本。

各整車廠家對換擋性能要求不同，同時有些整車廠家由于改善了拉線的結構和布置方式，或采用了低轉動慣量的離合器從動盤，出于成本考慮，其對變速器的換擋要求就可能有所降低。因此根據各整車廠家的不同要求，同一款變速器的同步器可能會存在一側單錐一側雙錐、一側單錐一側三錐、兩側雙錐、一側雙錐一側三錐、兩側三錐等多種配置情況。

該結構的同步器，可根據用戶的不同要求，只需要更改接合齒的結構，就可以實現各種狀態的切換，零部件通用性高，且制造方便，成本低，因此該結構同步器應該有很廣泛的推廣前景。

【1】 吳宗澤.機械零件設計手冊[M].北京：機械工業出版社，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(1985—),學士，工程師，從事汽車變速器設計。E-mail:fxj20024@126.com。