毕业设计（论文）-桑塔纳轿车五档手动变速器惯性式同步器的设计.docx

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1、汽车变速器惯性式同步器设计摘要:本文主要完成桑塔纳轿车五档手动变速器惯性式同步器的设计。文中，首先根据同步器经验公式的计算，确定锁环式同步器零件主要参数，及各零件之间在设计计算中的关系式；然后使用MathCAD软件校核同步器设计中的诸多参数确定锁环式同步器的基本几何参数和装配位置参数；关键词惯性式锁环式同步器;AutoTransmissionInertiaTypeSynchronizerDesignedSynchronizerAbstract：ItmainlydesignsSantana5manualtransmissionsynchronizerinthispaper.Firstly,the

2、synchronizerringmainparametersaredeterminedbytherelevantcalculationformula.Then,usingMathCADsoftwarecheckanumberofdesignparametersanddeterminethelockringsynchronizerofthebasicgeometricparametersandpositionparametersoftheassembly.Finally,guidedbytheprinciplesoftheaboveparameters,withthecombinationoft

3、ransmissionlockringsynchronizerworkingprincipleandworkingprocess.Keywords:thetypeofinertialthetypeoflockringsynchronizer；目录1绪论11.1 同步器的发展历史11.2 同步器的种类和特点11.3 惯性式同步器的特点和应用2L4惯性式同步器结构及运用31.5惯性式同步器的工作原理41. 5.1空挡位置52. 5.2接合套移动摩擦力矩产生63. 5.3拨环力矩的产生64. 5.4摩擦力矩增长62惯性式同步器设计参数的选择与确定82.1同步器的计算82.Ll离合器转动惯量计算公式为

4、；92.L2角速度差A的计算：102.1.3锁环式同步器的结构参数、尺寸设计计算：112.2惯性式同步器主要设计参数的选择132.2.1摩擦系数f132.2.2.同步环锥面上的螺纹槽142.2.3锥面半锥角0152.2.4锁止角的计算152.2.5锥面摩擦系数l和锁止面摩擦系数2162.2.6摩擦锥面平均半径R182.2.7锥面工作长度b182.2.8同步环径向厚度192.3同步器设计中的几个主要尺寸202.3.1接近尺寸和分度尺寸202.3.2同步器的有关装配尺寸202.3.3滑块宽度及内啮合套缺口212. 4.同步器的性能和强度的校222.4 .1同步器同步时间校核222.5 .2弯曲强度

5、校核243惯性式同步器换档能力和品质的分析方法283.1 同步器性能的分析和评价283.1.1 按磨擦面的形状可分为锥形和片形283.1.2 按摩擦锥面数可分为单锥、双雄和多锥同步器283. 1.3多锥同步器283.4 惯性式同步器的同步过程分析293.5 惯性式同步器再换档过程存在的问题的分析304设计结果与展望334. 1课题展望334. 2课题总结33参考文献341绪论1.1 同步器的发展历史汽车的发明，改变了人们的生活.但最初汽车上搭载的变速器是无同步器机构的,换档时齿轮碰撞音无法消除在1930年代，同步器在变速器中得到应用，消除了换档时齿轮碰撞.随着机械负荷的增力口，离合器及变速器的

6、惯量相应增大,使变速器的操作相应增大，是变速器的操作别的困难，为了解决这个问题，又发明了双锥同步器，解决了换挡力大的问题，双锥同步器比单锥同步器在换挡性能上有了就较大的提高，因而得到广泛的使用。1987年Koga和Anzai报告了日本五十铃开发的三锥同步器。三锥同步器的采用文献已证明与等效单锥同步器使用相同换挡力，加档的同步时间可以减少58%,减档的同步时间可以减少73%o同步器的开发应用在国外比较成熟，国内汽车工业由于发展晚，同步器技术大部分是由国外引进的，要完成自主设计有相当大的困难，设计上认识的不足有限制了同步器技术的发展。1.2 同步器的种类和特点同步器是改善汽车机械是变速器换挡性能的

7、主要零部件，对减轻驾驶员的劳动强度，只是操纵轻便，提高齿轮及传动系统的平均使用寿命，提高齿轮及传动系统的平均使用寿命，提高汽车行驶安全性和舒适性，并对改善汽车起步时的加速性和经济性起着极其重要。同步器有常压式、惯性式和惯性增力式三种。常压式同步器结构虽然简单，但有不能保证啮合件在同步状态下（即角速度相等）换挡的缺点，现已不用。得到广泛应用的是1.3 惯性式同步器的特点和应用惯性式同步器能做到换挡时两换挡元件之间的角速度达到完全相等之前，不允许换挡，因而能完善地完成同步器的功能和实现对同步器的基本要求。按结构分，惯性式同步器有锁销式、滑块式、锁环式、多片式和多锥式几种。虽然它们的结构不同，但都有

8、摩擦元件、锁止元件和弹性元件。目前全部同步式变速器上采用的是惯性同步器，它主要由接合套、同步锁环等组成,它的特点是依靠摩擦作用实现同步。接合套、同步锁环和待接合齿轮的齿圈上均有倒角（锁止角），同步锁环的内锥面与待接合齿轮齿圈外锥面接触产生摩擦。锁止角与锥面在设计时已作了适当选择，锥面摩擦使得待啮合的齿套与齿圈迅速同步，同时又会产生一种锁止作用，防止齿轮在同步前进行啮合。当同步锁环内锥面与待接合齿轮齿圈外锥面接触后，在摩擦力矩的作用下齿轮转速迅速降低（或升高）到与同步锁环转速相等，两者同步旋转，齿轮相对于同步锁环的转速为零，因而惯性力矩也同时消失，这时在作用力的推动下，接合套不受阻碍地与同步锁环

9、齿圈接合，并进一步与待接合齿轮的齿圈接合而完成换档过程。相邻档位相互转换时，应该采取不同操作步骤的道理同样适用于移动齿轮换档的情况，只是前者的待接合齿圈与接合套的转动角速度要求一致，而后者的待接合齿轮啮合点的线速度要求一致，但所依据的速度分析原理是一样的。变速器的换档操作，尤其是从高档向低档的换档操作比较复杂，而且很容易产生轮齿或花键齿间的冲击。为了简化操作，并避免齿间冲击，可以在换档装置中设置同步器。惯性式同步器是依靠摩擦作用实现同步的，在其上面设有专设机构保证接合套与待接合的花键齿圈在达到同步之前不可能接触，从而避免了齿间冲击。1.4 惯性式同步器结构及运用花键毂与第二轴用花键连接，并用垫

10、片和卡环作轴向定位。在花键毂两端与齿轮1和4之间，各有一个青铜制成的锁环（也称同步环）9和5。锁环上有短花键齿圈，花键齿的断面轮廓尺寸与齿轮1,4及花键毂7上的外花键齿均相同。在两个锁环上，花键齿对着接合套8的一端都有倒角（称锁止角），且与接合套齿端的倒角相同。锁环具有与齿轮1和4上的摩擦面锥度相同的内锥面，内锥面上制出细牙的螺旋槽，以便两锥面接触后破坏油膜，增加锥面间的摩擦。三个滑块2分别嵌合在花键毂的三个轴向槽11内，并可沿槽轴向滑动。在两个弹簧圈6的作用下，滑块压向接合套，使滑块中部的凸起部分正好嵌在接合套中部的凹槽10中，起到空档定位作用。滑块2的两端伸入锁环9和5的三个缺口12中。只

11、有当滑块位于缺口12的中央时，接合套与锁环的齿方可能接合。在挂三档时，用拨叉3拨动接合套8并带动滑块2起向左移动。当滑块左端面与锁环9的缺口12的端面接触时，便推动锁环9压向齿轮1,使锁环9的内锥面压向齿轮1的外锥面。由于两锥面具有转速差（珥的），所以一接触便产生摩擦作用。齿轮1即通过摩擦作用带动锁环相对于接合套超前转过一个角度，直到锁环9的缺口I2与滑块的另一侧面,接触时，锁环便与接合套同步转动。此时，接合套的齿与锁环的齿错开了约半个齿厚，从而使接合套的齿端倒角面与锁环相应的齿端倒角面正好互相抵触而不能进入啮合。当变速器由二档换入三档（直接档）时，接合套8从二档退到空档，齿轮1和接合套8连同

12、锁环9都在其本身及其所联系的一系列运动件的惯性作用下,继续沿原方向旋转。驾驶员的换档操纵力通过接合套作用于锁环的锁止角斜面上，在此斜面上产生的法向压力为N。法向压力N可分解为轴向力片和切向力与。切向力B所形成的力矩V2有使锁环相对于接合套向后（用箭头指示、2）转动的趋势，称为拨环力矩。轴向力片则使齿轮1通过摩擦锥面对锁环9作用一与转动方向同向摩擦力矩（用箭头指示M1）o这一摩擦力矩阻止锁环相对接合套向后退转。如果拨环力矩大于摩擦力ML则锁环9即可相对于接合套向后退转一个角度，以便二者进入接合；若（时还有滑块对锁环缺口一侧的阻挡作用），则二者相对位置不变，不可能进入接合。在设计同步器时，适当地选

13、择锁止角和摩擦锥面的锥角，便能保证在达到同步（二的）之前，齿轮1施加在锁环9上的摩擦力矩总是大于切向力工形成的拨环力矩M2,不论驾驶员通过操纵机构加在接合套上的轴向推力有多大，接合套齿端与锁环齿端总是互相抵触而不能接合。锁环9对接合套的锁止作用是由于上述摩擦力矩造成的。因为此摩擦力矩的作用与锁环9（及与之连接的接合套8、花键毂7、变速器输出轴及整个汽车等）和齿轮1（及与之连接的离合器从动部分和变速器内部分齿轮）两部分的转动惯性有关，故称此种同步器为惯性式同步器。1. 5惯性式同步器的工作原理在变速瞬间，变速器的输入端和输出端的转速都在变化着，输出端与汽车整车相连其转动惯量J出输出相当大,换档作

14、用时间较短，可认为在换档的瞬间输出端转速是恒定的。而输入端在接触锥面上产生的摩擦力矩作用下，克服输入端被接合零件的等价惯性力矩，在最短时间内使输入端与输出端的转速达到同步。在实现同步之后完成变速,这就是同步器的工作原理。锁环式同步器结构见图1.2。图1.1同步器不意图输出端-f空挡位置一接合齿圈2同步环3导套4接合套5钢球6螺旋弹簧图1.2锁环式同步器下面以采用同步器的变速器从二挡换入三挡时来说明锁环式惯性同步器的工作原理。1.5.1空挡位置图L3表示同步器接合套刚从二挡退入空挡的情况。此时齿轮A和接合套C（连同锁环B）都在本身及其所联系的一系列运动件的惯性作用下，继续沿着原方向（如图中箭头所

15、示）旋转。设齿轮A、锁环B和接合套C的转速分别为必、4和接合套因接合套通过锁环上的挡块，推动锁环一起旋转，因而11a=11c,故rOrib。此时锁环B处于自由状态。故其内锥面与齿轮的外锥面并不接触，如图L3中两条虚线所示。图1.3空挡时同步器工况图1.4有摩擦力矩时同步器工况1.5.2接合套移动摩擦力矩产生当要挂人直接挡时，通过变速杆使拨叉（嵌入接合套凹槽之中）推动接合套C,并带动滑块一起（左）移动。当滑块前端面与锁环B接口端面接触时，便推动锁环移向齿轮使两锥面接触。由于驾驶员作用在接合套C上的推力，使两锥面间存在正压力，以及二者之间又有转速差，故一经接触便产生摩擦力矩，通过此摩擦力矩的作用，齿轮A即带动锁环相对于接合套C转过一个角度，使锁环挡块靠在接合套切口的一侧上为止（图L4所示），随后则只能与接合套同步旋转。1.5.3拨环力矩的产生由于驾驶员始终作用在接合套上一轴向推力，于是在锁环齿端倒角面上产生正压力F,该力可分解为轴向分力储和切向分力F2两个分力。切向分力F?所形成的力矩有使锁环相对于接合套反向转动的趋势，称此力矩为拨环力矩。轴向分力储则使锁环B和齿轮A二者的锥面继续压紧，保持所产生的摩擦力矩的作用。1.5.4摩擦力矩增长随着驾驶员继续加于接合套C的推力加大，摩擦面上的摩擦力矩此时不断增加，使