手動變速器雙錐面同步機構的分析與研究

王顯會

【摘要】本文通過分析和研究變速器組成和工作原理，得出結論：采用雙錐同步器，換擋吸入效果明顯較單錐有良好改善，有明顯二次吸入效果。分析研究得出提升換擋性能需要優化關鍵零部件。

【關鍵詞】變速器 雙錐面同步器 換擋吸入感

引言

汽車已經越來越多的進入到普通百姓家中，同時使得大家也越來越了解和熟悉發動機、變速器等汽車行業專業內容。汽車作為一個運輸工作，在實際道路上行駛的時候，根據路況的不同，車速往往有大有小，且需要倒擋和停止。這些功能恰恰是變速器所能夠實現。通過實際應用和理論分析，我們可以知道汽車變速器的功用主要是在各種路況條件下，通過變速器不同的速比改變發動機輸出的轉矩和轉速，可以滿足汽車適應各種牽引力和車速的需求。因為汽車的駕駛性好壞直接由駕駛員人為的感知，為了保證變速器能夠有良好工作性能，對變速器基本要求就有：應正確選擇合適的變速器擋位數和傳動比，保證汽車具有良好的動力性和經濟性指標。

1.變速器組成及其工作原理

手動變速器主要由離合器及其控制機構、輸入輸出軸及各擋齒輪副、主減速器、差速器、選換擋操縱機構、同步機構、離合器殼體、變速器殼體、橡膠件、螺栓類零件等組成。變速器結構非常復雜，加工精度要求非常高，否則會很難控制變速器的工作噪聲。

變速器工作原理： 普通齒輪式變速器是利用不同齒數的齒輪嚙合傳動實現轉速和轉矩的改變。由齒輪傳動原理可知，一對齒數不同的齒輪嚙合傳動時可以變速，而且兩齒輪的轉速與齒輪的齒數成反比。當小齒輪為主動齒輪，帶動大的從動齒輪轉動時，則輸出軸（從動齒輪）的轉速就降低，即稱為減速傳動。當以大齒輪為主動齒輪，帶動小的從動齒輪轉動時，則輸出軸（從動齒輪）的轉速就升高了，稱為加速傳動。這就是齒輪變速的基本原理。一對齒輪傳動只能得到一個固定的傳動比，從而得到一種輸出轉速，并構成一個擋位。為了擴大變速器輸出轉速的變化范圍，普通齒輪式變速器通常都采用多組大小不同的齒輪嚙合傳動，這樣就構成了多個不同的擋位，對應不同的擋位，均有不同的傳動比值，從而得到各種不同的輸出轉速。變速器傳動比小的擋位稱為高擋；傳動比大的擋位稱為低擋。變速器每次只能以一個擋位工作。擋位的改變稱為換擋，由低擋向高擋變換稱為加擋；由高擋變換成低擋稱為減擋。根據齒輪傳動的原理，齒輪傳動的轉矩與其轉速成反比。由此可見，齒輪式變速器在改變轉速的同時，也改變了輸出轉矩。 擋位越低，傳動比越大，輸出轉速越低，則輸出轉矩越大；反之，擋位越高，傳動比越小，輸出轉速越高，則輸出轉矩越小。汽車變速器就是通過變換各擋的傳動比來改變輸出轉矩，以適應汽車行駛阻力的變化。

2.同步器結構分類

同步器從原理上可以分為常壓式和慣性式兩類。由于常壓式同步器不能保證被連接的兩個零件在完全同步狀態下實現換擋，易造成同步機構的早期損壞和換擋沖擊。常壓式同步器除了一些低端車型外已經基本被淘汰，現在廣泛應用的同步器是慣性式同步器。慣性式同步器根據同步器的結構型式不同可分為：鎖塊式同步器、鎖銷式同步器和鎖環式同步器。其中鎖環式同步器有兩種：齒環式同步器和增力環式同步器。而齒環式同步器根據同步錐面的數量可分為單錐面同步器、雙錐面同步器和多錐面同步器。

3.同步機構工作原理研究

同步器的構成主要有接合齒輪、同步環、同步器齒轂、同步器滑套、同步器彈簧等。換擋時，駕駛員先踩下離合器的踏板，同時將變速器換擋桿從原有擋位摘下，放置在空擋的位置，變速器的輸出軸和輸入軸之間存在著轉速的差異，同步器的作用就是使同步環和結合齒輪的錐面上產生摩擦力矩，以加速或減速被結合的零件，使二者在最短的時間內轉速達到一致，在同步轉速下進行換擋。變速器在空擋的時候，軸和齒輪的回轉速度不同。換擋開始的時候同步環初期擠壓力產生。滑套向右移動，滑塊也移動，把同步環擠向齒輪的錐面。同步環和齒輪的錐面產生摩擦力，產生同步力矩。在錐面同步力矩作用下，滑塊在同步環滑塊槽中擠壓同步環旋轉 1/2 齒距距離，使滑塊的倒角與同步環的倒角頂住。換擋遇到阻礙，然后、滑套向下擠壓滑塊，再向右移動。因為滑套的倒角直接擠壓同步環的倒角、有更大力將同步環擠向齒輪的錐面、產生大的同步力矩，這是真正的同步力矩。在同步環的倒角面上同時作用著拔環扭矩 Ti，它與同步力矩 Tc 的關系是 Ti

雙錐面同步器的工作原理和結構布置上與單錐面同步器類似，所不同的是采用了兩對摩擦副，而單錐面僅有一對摩擦副。雙錐面同步器的特點是把原來一對摩擦副、兩個錐面的兩個零件做成兩對摩擦副有四個錐面三個零件的結構設計。在具體設計上，原來與 2 擋從動齒輪一體的同步錐轂被做成單獨的一個零件，其大端上具有圓周均布的 4 個凸爪，相應的 2 擋從動齒輪上有4 個圓周均布的凹槽，凸爪伸入到凹槽中，這樣在 2 擋從動齒輪旋轉時就帶動中間鋼環一起轉動。原來的一個同步環改成 2 個環，內環上小端制有 6 個圓周均布凸塊，外環上具有 6 個圓周均布的缺口，凸塊嵌入到缺口中，這樣外環和內環就可以在一起轉動。在掛上 2 擋時，當 2 擋從動齒輪和輸出軸之間有相對轉速差時，整個同步機構中就存在兩對滑動摩擦副。所以在總體尺寸不變的情況下，經換擋機構轉變到同步器齒套上的一定換擋力所產生的同步力矩等于作用在兩對摩擦錐面上的摩擦力矩的和。對于加到換擋桿上相同的換擋力來說，就能產生幾乎 2 倍于單錐的同步力矩，從而縮短同步時間，提高同步器的換擋性能，有利于換擋操作。

4.總結

本章通過分析和研究變速器組成和工作原理，得出以下結論：采用雙錐同步器，換擋吸入效果明顯較單錐有良好改善，有明顯二次吸入效果。研究得出提升換擋性能需要優化關鍵零部件，并分析開發目標。