同步器讲座.pdf
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1、 1 同步器技术讲座同步器技术讲座 一、概述:1、汽车变速器一般介绍:1)汽车变速器功用:在不同的使用条件下,改变由发 动机传到驱动轮上的转矩和转速,使汽车得到不同的牵引力和车速,以适应不同的使用条件。同时也可使发动机可以在最有利的工况范围内工作。为保证变速器具有良好的工作性能,对变速器提出以下基本要求:a.应正确选择合适的变速器档位数和传动比,保证汽车具有良好的动力性和经济性指标。b.具有较高的传动效率。c.应设有倒档和空档。d.换档操纵迅速轻便、工作可靠、噪声小。2)汽车变速器分类:目前汽车变速器大致可分以下两类:a.手动机械式变速器(MT)Manual Transmission b.自动
2、变速器:)液力自动变速器(AT、EAT)Electron Automatic )无级变速器(CVT)Continuously variabie)自动机械式变速器(AMT)Automatic Mechanical 2 手动机械式变速器:目前常见为定轴齿轮式传动。2 分类:1)三轴式:多用于前置后驱传动结构 图 1。三轴式五档全同步变速器 32)二轴式:多用于前置前驱传动结构 图 2。二轴式四档全同步变速器(前置纵向)3)多轴式:变速器具有 2 3 根中间轴,多用于重型汽车变速器。二、同步器的应用:在手动机械式变速器(MT)中,为实现换档操作迅速轻便无冲击,有利于提高汽车的动力性和燃料经济性。在各
3、档位中多采用同步器来实现换档操作。1同步器的结构型式:1)常压式同步器:是一种早期开发的同步器。特点是结构简单,但其不能保证被啮合件在同步状态(即角速度相等)下实现换档。也就是常压式同步器不能从根本上解决换档时的啮合冲击问题,所以这种同步器目前 4已被淘汰。2)惯性式同步器:由于惯性式同步器能够确保同步啮合换档,目前得到广泛应用。3)惯性增力式同步器:又称“波尔舍”(Porsehe)同步器。由于这种同步器对材料、热处理及制造精度均要求较高,目前在国内采用较少。2惯性式同步器:按结构可分 1)锁环式惯性同步器:图 3 图 3。CA520 二/三档同步器 52)锁销式惯性同步器:图 5 3)锁环式
4、多锥惯性同步器:图 4 图 4。HC 5T76 一/二档双锥面同步器 图 5。T6-120 一/二档锁销式同步器 63惯性式同步器工作原理:1)惯性式同步器系统简图:图 6 其中:Jc 输入端一轴和离合器从动片等零件的转动惯量 M c 离合器阻力矩 c 输入端角速度 M f 同步环摩擦力矩 Mv 汽车行驶阻力矩 v 输出端角速度 Jv 输出端转动惯量 换档时首先要脱离原来的档位,在处于空档的瞬间,变速器输入端和输出端的转速理论上均应有所改变,同 7步时的转速则是一新的转速。但实际上输出端所连的是整车,因而具有相当大的转动惯量。在通常行驶条件下,可以假定输出端的转速在换档瞬间是不变的。而输入端转
5、速则需靠同步摩擦力矩作用来达到与输出端同步。根据这一假定,从系统简图中:v 不变,同步摩擦力矩Mf 需克服输入端零件的惯性力矩Jcdc/dt,从而改变c,直到输入端与输出端同步。根据动量矩定理可列出下列方程式:Jcdc/d t Mf=0 (1)即:Mf=Jcdc/d t (2)设输入端与输出端的角速度差为,同步时间为 t,则此时的平均角加(减)速度为/t,(2)式可写成:Mf=Jc/t (3)2)同步摩擦力矩 Mf 计算:Mf=PR锥/Sin (图 7)(4)8 式中:P作用在同步锥面轴向力 同步锥面间摩擦系数 R锥锥面平均半径 同步锥角 由(3)式可得:PR锥/Sin=Jc/t (5)上式称
6、为:同步器计算基本方程式。结论:a.在同步时间 t 已定条件下,若输入端转动惯量Jc(主要的是离合器从动片直径)越大、角速度差越大,则所需同步摩擦力矩 Mf 就越大。b.同步摩擦力矩 Mf 与换档力 P、摩擦系数、同步锥面平均半径 R锥成正比,而与同步锥角成反比。4惯性式同步器同步工作过程:1)换档杆通过拨叉拨动同步器齿套,同步器齿套通过滑块槽带动由弹簧压紧的滑块一起推动同步环压向齿轮的同步锥面。由于换档力 P 的作用和转速差的存在,两同步锥面一经接触即会产生摩擦力矩 Mf,并使同步环相对同步器齿套转动一个角度。在力 P 的 9继续作用下,同步器齿套克服弹簧力脱开滑块继续前移,使得同步器齿套齿
7、端锁止角的斜面紧压在同步环齿端锁止角斜面上。(图 8)103)在力 P 的作用下,同步环齿端锁止角斜面承受一正压力 N,其可分解为一轴向分力 S=Ncos (S=P)和切向分力 T=Nsin。力 S 在同步锥面上可形成一正压力。由于两锥面存在有转速差,所以可在这正压力作用下锥面上产生摩擦力矩。(图 9)力 T 则形成一拨环力矩,此拨环力矩力图使同步环反转而脱离齿套齿端锁止斜面,但同步环锥面上的摩擦力矩却阻止同步环反转。只要在结构设计上保证摩擦力矩大于拨环力矩,使两个锁止斜面始终靠紧,11从而可阻止齿套移动。这一作用称之为“锁止作用”,可以保证只有在实现同步以后才可完成换档操作。保证实现锁止作用
8、的条件:MfNsinr锁 (6)式中:齿端斜面的斜角。r锁 锁止斜面的作用半径。齿套分度圆半径 4)随着换档力 P 的不断增大,同步锥面上的摩擦力矩Mf 亦不断增加。当摩擦力矩 Mf 增加到等于输入端的惯性矩时,被连接的两啮合件的角速度相等,摩擦力矩 Mf 为零。在力 P 的继续作用下,所产生的拨环力矩将使同步环转动一角度,从而使两锁止斜面脱开,此时同步器齿套即可自由地通过同步环而与齿轮上的结合齿啮合。完成了换档操作。上述的同步换档过程基本上适用于各种型式的惯性式同步器。同步过程简述:同步锥面产生摩擦力矩同步环转动一个角度锁止面起作用阻止同步器齿套前移同步同步环转动一个角度完成换档。三锁环式同
9、步器的设计计算:已知条件:离合器从动片结构尺寸。12变速器档位数、档位排列及各档速比。变速器各档位齿轮的结构尺寸。变速器中心距。匹配发动机最大功率时转速。1同步器理论设计计算:1)转动惯量的计算:换档过程中依靠同步器改变转速的零部件包括:离合器从动片、一轴、中间轴、与中间轴齿轮相啮合的主轴上的常啮齿轮。统称为同步过程的输入端。(见同步系统简图)而输入端的转动惯量 Jc 的计算步骤是:首先计算上述相关零部件的转动惯量,而后按不同的档位转换到被同步的档位齿轮上去。园柱体盘式零件的转动惯量计算公式为;实心 J=QD2/8g=(/32g)D4L 空心 J=Q(D2-d2)/8g =(/32g)(D2+
10、d2)(D2-d2)式中:Q零件重量(克)D零件外径(厘米)d零件内径(厘米)g重力加速度(980 厘米/秒2)材料比重(钢:7.85 克/厘米3)L零件厚度(厘米)13 转动惯量的转换:基本公式为 J换=Ji=J主动齿轮齿数/从动齿轮齿数 各档的总转动惯量J,需要将各相应零件的转动惯量转到被同步的零件上。J=J+J换 2)角速度差的计算:在理论设计计算中,一般是按角速度差的最大值计算。所以只有假设在两个角速度中有一个是相当为发动机最大功率时的转速的值,才是同步过程中的最大角速度差。a.低档换高档:此时汽车处于加速过程,可以假定与整车相连的输出端(二轴及同步器齿套)换档时转速不变,仍为换档前的
11、低档转速。而输入端(被同步齿轮)的转速则高于输出端转速。输入端需要减速才能同步。只有假定换档前输入端的转速是相应于发动机最大功率的转速 nN,才能得到角速度差的最大值max。所以:出=(2nN/60)/i低 入=(2nN/60)/i高 max=入-出=2nN/60(1/i高-1/i低)b)高档换低档:此时汽车处于减速过程,亦可以假定与整车相连的输出端(二轴及同步器齿套)换档时转速不变,仍为换档前的高档转速。而输 14入端(被同步齿轮)的转速则低于输出端转速。输入端需要加速才能同步。只有假定换档前输入端的转速是相应于发动机最大功率的转速 nN,才能得到角速度差的最大值max。所以:出=(2nN/
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