手動變速器原理及應(yīng)用變速器研究所——選換擋性能目錄11、變速器基本功能及要求2、選換擋性能指標(biāo)3、同步器工作原理及實(shí)際應(yīng)用4、同步器結(jié)構(gòu)分析5、換擋定位方式6、防脫檔結(jié)構(gòu)7、換擋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析8、換擋故障模式分析21變速器基本功能及要求1）保證汽車具有良好的動力性與經(jīng)濟(jì)性；2）設(shè)置空檔，使發(fā)動機(jī)與傳動系分離；3）設(shè)置倒檔，實(shí)現(xiàn)倒車功能；4）操縱簡單、可靠、方便、迅速、省力；5）傳動效率高，工作平穩(wěn)、低噪聲；6）體積小，質(zhì)量輕，承載能力強(qiáng)，工作可靠；檔位數(shù)：影響發(fā)動機(jī)功率的利用率、燃料的經(jīng)濟(jì)性；最大速比：影響動力性及爬坡性；最小速比：影響汽車的最高車速及經(jīng)濟(jì)性；整車動力性、經(jīng)濟(jì)性計(jì)算實(shí)現(xiàn)整車功能需要；實(shí)現(xiàn)整車功能需要；簡單、方便：整車布置要求；可靠：變速器不得有跳檔、脫檔、亂檔等現(xiàn)象；☆迅速、省力：對變速器選換擋性能提出的要求；☆傳動效率高：整車經(jīng)濟(jì)性提出的要求；工作平穩(wěn)、低噪聲：整車對變速器提出的性能要求；體積小、質(zhì)量輕：整車對變速器提出的性能要求；承載能力強(qiáng),工作可靠：整車對變速器提出的功能要求;☆同步器工作原理及計(jì)算齒輪強(qiáng)度計(jì)算軸承壽命分析32選換擋性能指標(biāo)1）選換擋力適中；2）選換擋過程無卡滯，具有吸入感；3）換擋無抖動、異響，脫檔、亂檔等現(xiàn)象；1）各彈性元件取力適中；★2）同步器鎖止角合理；1）各運(yùn)動元件活動間隙合理；2）同步器滑動靈活；★3）選檔準(zhǔn)確定位；4）同步環(huán)準(zhǔn)確分度；★1）合理調(diào)整換擋定位行程、齒套運(yùn)動行程的關(guān)系；2）同步環(huán)活動間隙合理（軸向/徑向）；★3）設(shè)置防脫檔結(jié)構(gòu):結(jié)合齒/同步器齒套；★4）設(shè)置自鎖、互鎖、五倒檔互鎖裝置；換擋力轎車、微型車變速器≤300N;

輕、中型貨車變速器≤400N;43.1同步器工作原理預(yù)同步鎖止滑移穿越結(jié)合撥叉受F作用力推動齒套帶動滑塊+彈簧前移消除同步環(huán)活動間隙，在摩擦力矩的作用下同步環(huán)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。同步器彈簧，分度同步器齒套在F的作用下繼續(xù)前移，由于同步環(huán)偏轉(zhuǎn)使得齒套鎖止角面受阻產(chǎn)生摩擦力矩、撥環(huán)力矩,△ω↓摩擦力矩,撥環(huán)力矩當(dāng)摩擦力矩等于撥環(huán)力矩時，使得齒套在同步環(huán)鎖止面上滑移，△ω↓→0當(dāng)△ω=0時，摩擦力矩消失，齒套脫離同步環(huán)隨機(jī)進(jìn)入結(jié)合齒齒套內(nèi)花鍵進(jìn)入結(jié)合齒外花鍵實(shí)現(xiàn)結(jié)合，△ω=0

換擋困難、沖擊、打齒1）摩擦錐面錐角α

摩擦錐面錐角過小，導(dǎo)致銅環(huán)與齒輪錐面脫不開抱死，導(dǎo)致?lián)Q擋困難。根據(jù)右上圖模型可推導(dǎo)出:α>atanμ其中，μ——摩擦系數(shù)，一般取0.1～0.12。在實(shí)際應(yīng)用中α一般取6.5～10°2）同步器彈簧工作力P及剛度:P過小，預(yù)同步過程中使同步環(huán)發(fā)生偏轉(zhuǎn)的摩擦力矩小，容易產(chǎn)生換擋沖擊，嚴(yán)重情況下（快速換擋）出現(xiàn)換擋打齒；P過大，容易造成同步器齒套及滑塊過早磨損導(dǎo)致同步器失效。同時，由于P過大導(dǎo)致靜摩擦力過大導(dǎo)致?lián)Q擋困難、卡滯等現(xiàn)象。在實(shí)際應(yīng)用中，同步器彈簧工作里一般取8～15N.3）同步器結(jié)構(gòu)尺寸

如右下圖，在實(shí)際應(yīng)用中，一般X1>X2,其中：

X2——同步環(huán)有效活動間隙；X1——鎖止尖角距離；若X2大于X1,則容易出現(xiàn)預(yù)同步過程中，摩擦錐面尚未接觸，還沒有產(chǎn)生使同步環(huán)發(fā)生偏轉(zhuǎn)并形成鎖止位置的摩擦力矩時，同步器齒套就穿越同步環(huán)，導(dǎo)致不同步嚙合造成換擋打齒及換擋沖擊沖擊。

在設(shè)計(jì)過程中，一般同步環(huán)活動間隙為0.7mm,X1-X2=0.2～0.3mm.5

前提條件整車條件下，從動盤與壓盤徹底分離3.2同步器實(shí)際應(yīng)用3.2同步器實(shí)際應(yīng)用

換擋困難、沖擊、打齒4）同步環(huán)接近尺寸、分度尺寸

接近尺寸Z——同步環(huán)偏轉(zhuǎn)角度后，同步器齒套相對滑塊開始軸向移動時，同步器齒套與同步環(huán)倒角之間的軸向距離；

分度尺寸a——同步環(huán)偏轉(zhuǎn)角度后，同步器齒套與同步環(huán)花鍵齒中心線的距離；

接近尺寸應(yīng)大于0，一般為0.2～0.3mm;分度尺寸一般等于花鍵齒的1/4周節(jié)，即同步環(huán)旋轉(zhuǎn)圓周方向的間隙。6

右圖為非對稱結(jié)合齒同步器結(jié)構(gòu)升檔過程完成預(yù)同步過程的狀態(tài)(ω1>ω2),同步過程完成預(yù)同步過程、產(chǎn)生摩擦力矩之后同步環(huán)反方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)一定角度，齒套結(jié)合齒接近同步環(huán)結(jié)合齒，其中齒套與同步環(huán)倒角軸向距離即為接近尺寸Z,齒套結(jié)合齒中心與同步環(huán)中心之間距離即為分度尺寸a.在換擋過程中，已發(fā)生的動作有：

齒套受力軸向移動→齒套帶動滑塊推動同步環(huán)→錐面形成摩擦力矩Tc→同步環(huán)發(fā)生反向偏轉(zhuǎn)；

在此階段同步器滑塊停留在齒套凹槽內(nèi)。1齒輪結(jié)合齒2\5同步環(huán)3同步器齒套4同步器滑塊7

右圖同步器完成預(yù)同步之后，齒套在換擋力的作用下繼續(xù)前移，由于ω1>ω2在摩擦力矩的作用下使得同步環(huán)沿1方向偏轉(zhuǎn)。在換擋力F的作用下，同步環(huán)鎖止角的斜面受一個正壓力N，其軸向分力S=F×cosβ（S=F），切向分力T=F×sinβ。力S推動同步環(huán)，使同步錐面之間形成正壓力。由于轉(zhuǎn)速差的存在，兩錐面間產(chǎn)生摩擦力矩Tc。力T則形成一個撥環(huán)力矩，撥環(huán)力矩使同步環(huán)脫離鎖止面，但同步錐體上摩擦力矩卻要阻止同步環(huán)反轉(zhuǎn)。只要在設(shè)計(jì)時保證摩擦力矩Ti大于撥環(huán)力矩，就能保證鎖止面始終靠緊，從而阻止齒套移動。

右圖換擋狀態(tài)：1）ω1>ω2；2）Tc

≥Ti；3）齒套受阻靜止在同步環(huán)鎖止面上。換擋時不產(chǎn)生換擋沖擊，在同步后才能換的鎖止條件是：Tc

≥Ti

(1)其中：F—作用在齒套上的正壓力；μ—摩擦系數(shù)；R—摩擦錐面有效半徑；r—鎖止節(jié)圓半徑；α—錐面角度；β—鎖止角度（2）（3）

換擋困難、沖擊、打齒5）同步器鎖止角β

同步環(huán)鎖止角一般在52～62°之間，其中，1）多錐同步器結(jié)構(gòu)比單錐結(jié)構(gòu)的同步環(huán)鎖止角要??；2）齒套、同步環(huán)、結(jié)合齒鎖止角的關(guān)系為：

β齒套>β同步環(huán)>β結(jié)合齒3.2同步器實(shí)際應(yīng)用當(dāng)量轉(zhuǎn)動慣量、換擋力、換擋時間計(jì)算其中，γ稱為博格華納系數(shù)，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，一般以γ值（1≤γ≤2）來評判換擋性能的好壞。實(shí)踐證明，γ值在上述范圍內(nèi)時，同步器均可獲得滿意的換擋效果。當(dāng)γ值小于下限值時易出現(xiàn)換擋沖擊，特別當(dāng)同步環(huán)使用磨損到一定程度后，摩擦面的摩擦系數(shù)會有所下降，出現(xiàn)換擋沖擊的情況更加嚴(yán)重；當(dāng)γ值大于上限值時則引起換擋力增大。綜合公式（1）、（2）、(3)可以得出:（4）換擋過程機(jī)理分析變量Tc與Ti之間關(guān)系齒套、同步環(huán)動作滑塊J△ω/△tTc>TiTc最大，齒套受同步環(huán)鎖止角阻力F停止移動，被同步齒輪加速；滑塊右端面受壓力(P)最大J△ω/△t↓Tc=Ti齒套開始在同步環(huán)鎖止面上滑移，同步環(huán)沿方向2回轉(zhuǎn)作用在滑塊上的力P=0，齒套開始脫離滑塊最高點(diǎn)；J△ω/△t↓Tc<Ti齒套在同步環(huán)鎖止面上滑移使同步環(huán)沿方向2回轉(zhuǎn)同步環(huán)脫離滑塊右端面△ω=0，J△ω/△t=0

Tc=0<Ti同步過程完成，齒套脫離同步環(huán)鎖止面P疑問同步過程完成后，在齒套鎖止角Ti的作用下同步環(huán)繼續(xù)沿方向2回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)齒套向前移動？齒套直接脫離同步環(huán)鎖止面向前移動？83.2同步器實(shí)際應(yīng)用94.1同步器結(jié)構(gòu)—三錐圖示為三錐同步器結(jié)構(gòu)內(nèi)環(huán)通過卡腳與外環(huán)連成一個整體，外環(huán)卡腳裝配在齒轂凹槽內(nèi)，整體由同步器齒轂帶動，同步器外環(huán)、內(nèi)環(huán)、齒轂、齒套轉(zhuǎn)速一致；中環(huán)通過卡腳與檔位齒輪相配練成一個整體，與檔位齒輪速度一致。由此，檔位齒輪的各摩擦錐面與同步器可形成速度差。同步器外環(huán)同步器中環(huán)齒套滑塊槽滑塊齒轂內(nèi)環(huán)卡腳中環(huán)卡腳分度槽同步器內(nèi)環(huán)滑塊+齒套槽的作用？雙錐同步器結(jié)構(gòu)？10右圖列舉幾種常見的同步器結(jié)構(gòu)，其中：圖一鋼球+圈簧+滑塊結(jié)構(gòu)，由同步環(huán)凸臺安裝在同步器齒轂滑塊槽內(nèi)，控制同步環(huán)分度尺寸，由滑塊軸向長度控制同步環(huán)軸向活動間隙X2.圖一圖二圖三圖四為什么出現(xiàn)此現(xiàn)象？圖三、圖四兩種結(jié)構(gòu)基本一致，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上圖四方案優(yōu)于圖三方案：圖四同步環(huán)分度尺寸由同步環(huán)凸臺與同步器齒轂槽配合間隙臺控制，不影響滑塊軸向移動的靈活性。4.2同步器結(jié)構(gòu)分析115換擋定位方式叉軸端面結(jié)合齒端面叉軸擋圈結(jié)合齒端面內(nèi)置限位塊常見換擋系統(tǒng)中的換擋移動行程有：1）換擋指旋轉(zhuǎn)角度；2）撥叉+叉軸移動行程；3）同步器齒套移動行程。其中，任一個運(yùn)動件基本上均有自定位及行程限位裝置。合理調(diào)整換擋運(yùn)動件的行程可有效避免磨撥叉、異響、抖動及跳檔等異常問題。126防脫檔結(jié)構(gòu)防脫臺階防脫臺階結(jié)構(gòu)對檔位齒輪結(jié)構(gòu)有相關(guān)要求，花鍵齒厚減薄量為0.25左右。防脫倒錐常用結(jié)構(gòu)，倒錐角一般要求在3.5～6°之間，且花鍵有效結(jié)合長度≥1.5mm。137換擋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析自鎖在檔、空擋位定位作用，防止運(yùn)動零件竄動導(dǎo)致異響、磨損等異?，F(xiàn)象，主要元件有：1）撥叉；2）同步器齒套；3）換擋指?；ユi保證每次換擋過程中只能推動總成中的任一個同步器齒套實(shí)現(xiàn)換擋；五倒檔互鎖防止從五檔直接掛入倒檔；147換擋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析下圖換擋系統(tǒng)箭頭所指元件在換擋系統(tǒng)中起到什么作用？是如何實(shí)現(xiàn)各個檔位的換擋動作？“王字槽”的優(yōu)點(diǎn)？158換擋故障模式分析一級故障二級故障故障分析備注摘不下檔1、錐面角度設(shè)計(jì)不合理/自鎖同步容量計(jì)算2、同步器齒環(huán)與結(jié)合齒錐面抱死換擋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)掛不上檔1、無法同步/離合器未徹底脫開2、無法同步/其他檔位同步環(huán)未脫開換擋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)掛檔過程不正常打齒響1、無法正常鎖止/鎖止角設(shè)計(jì)不合理同步容量計(jì)算2、鎖止角結(jié)合面接觸不良同步容量計(jì)算兩段感1、齒套穿越時，同步齒輪相對齒輪轉(zhuǎn)動同步換擋過程2、離合器或某檔位同步環(huán)脫開不徹底3、后備量太大