淺談如何通過改變結構增大同步力矩

蔡 慶

（中國重汽集團大同齒輪有限公司技術中心，山西 大同 037305）

引言

單錐齒環式同步器唯一缺點就是同步力矩較小，在它的基礎上設法提高同步力矩，便可實現縮短同步時間，提高掛檔性能。現在有下面一種方案可通過改變結構迅速提升同步性能，它在工作原理和結構布置上與齒環式同步器基本上是類似的，所不同的只是采用了3對摩擦錐面，而不是1對摩擦錐面，這樣便可產生更大的同步力矩，而在其他方面則和齒環式同步器完全一樣［1］。

1 主要問題

現代變速器中所用的同步器都是慣性鎖止式同步器，其工作原理就是把要結合的轉動件的轉速在同步之前，利用其相對角加速度所產生的慣性力矩，來阻止它們的不同步嚙合，這樣便可確保同步嚙合換檔。所謂“慣性鎖止”有兩重意思，第一是鎖止，即在同步器的輸入端和輸出端的轉速未達到相同以前，同步器中有一種鎖止裝置來阻止它們彼此作剛性接合；第二是慣性，即利用作用在同步器輸入端和輸出端的慣性力矩來實現這種鎖止。這個慣性力矩就是作用在同步器摩擦錐面之間的摩擦力矩，也叫同步力矩。凡是利用慣性力矩使鎖止裝置起作用的同步器都屬于慣性鎖止式同步器，慣性力矩的大小等于同步器輸入端的當量轉動慣量和輸入端相對于輸出端的角加速度之積。在輸入端轉動慣量一定的情況下，慣性力矩的值取決于輸入端相對于輸出端的角加速度，所以只要存在相對轉動速度，就必有一個相應的錐面摩擦力矩來保持這種鎖止作用，直到同步時，即相對轉動速度消失，摩擦力矩消失，從而鎖止作用也消失，這時便可以實現輸入端和輸出端的同步嚙合［2］。

由此可見，想進一步提升同步性能，即縮短同步時間，就必然需要增大同步力矩，即所謂的摩擦力矩。

2 建議措施

多錐面齒環式同步器是把普通齒環式同步器原來的2個錐形零件17和18分別做成17和17a及18和18a4個錐形零件，即在原來的錐環17和錐體18之外，又額外增加了2個錐環17a和18a，如圖1所示。外錐環17a同樣是由3個滑塊推動，而夾在中間的同步齒環17 上制有3 個缺口，在17a上制有相應的3個凸塊S，17a通過凸塊和缺口驅動同步齒環17，所以17a和17是同二軸9一道轉動的。夾在中間的另1個錐環18a上制有3個缺口，該缺口卡在制作在一軸錐體18上相應的3個凸塊R 之上，所以18a是同一軸一道轉動的。結果是當第二軸9和第一軸之間有相對角速度差時，在整個錐體結構中就存在著3對滑動摩擦錐面，而不是1對。所以在總體尺寸一樣的情況下，加在嚙合套16上一定的軸向推力所產生的同步力矩，就等于作用在3對錐面之間的摩擦力矩的總和，即約為只有1對摩擦錐面的普通齒環式同步器的同步力矩的3倍。所以對于加在換檔桿上一定的推力來說，就能產生大得多的同步力矩，從而縮短了同步時間，提高了同步器的工作性能，有利于換檔操作。這種同步器的結構，對于變速器總長度的影響也是很小的。

圖1 多錐面齒環式同步驟

3 結語

多錐面齒環式同步器的一個好處是錐面摩擦系數的最小值，從普通齒環式同步器的最小值0.075降低到0.055，而同步力矩如按最小摩擦系數等于0.08計，則同步力矩等于普通齒環式同步器的1.7倍。可見多錐面齒環式同步器的最小摩擦系數可降低到很低的水平，這顯然是個極大的優點。而它的同步力矩，在不提高錐面壓強的條件下，可以增大2～3倍，這就足以應付較大的輸入端轉動慣量。

［1］張炳力.汽車設計［M］.合肥：合肥工業大學出版社，2011.

［2］（英）朱利安／哈皮安—史密斯.現代汽車設計概論［M］.北京：化學工業出版社，2006.