汽车变速器设计

车辆与动力工程学院毕业设计说明书

第五章 同步器的设计

由于变速器输入轴与输出轴以各自的速度旋转，变换档位时合存在一个\同步\问题。两个旋转速度不一样齿轮强行啮合必然会发生冲击碰撞，损坏齿轮。因此，旧式变速器的换档要采用\两脚离合\的方式，升档在空档位置停留片刻，减档要在空档位置加油门，以减少齿轮的转速差。但这个操作比较复杂，难以掌握精确。因此设计师创造出\同步器\，通过同步器使将要啮合的齿轮达到一致的转速而顺利啮合。

主要分类

同步器有常压式和惯性式。

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。

同步器的作用

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

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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。

一． 环式同步器主要尺寸的确定

1. 接近尺寸b: 同步器换挡第一阶段中间，在滑快侧面压在锁环缺口侧边的同时，且啮合套相对滑快作轴向移动之前，啮合套接合齿与锁环接合齿倒角之间的轴向距离b，称为接近尺寸。尺寸b应大于零，取b=0.2-0.3mm 。

2. 分度尺寸a 滑块侧面与锁环口侧边接触时，啮合套结合齿与锁环接合齿中心线间的距离a称为分度尺寸。尺寸a应等于1/4接合齿距离。

3. 滑块转动距离c 滑块在锁环缺口内转动距离影响分度尺寸a。滑块宽度d、滑块转动距离c与缺口宽度尺寸E之间的关系为E=d+2c 。

4. 滑块端隙?1 滑块端隙?1系指滑块端面与锁环缺口端面之间的间隙。通常取?1等于0.5mm左右。 二．主要参数的确定

1. 摩擦因数f 同步器是在同步环与连接齿轮之间存在角速度差的条件下工作，要求同步环有足够的使用寿命，应当选用耐磨性能良好的材料。摩擦因数除与选用的材料有关外，还与工作面的表面粗糙度、润滑油类型和温度等因素有关。作为与同步环锥面接触的齿轮山的锥面部分与齿轮做成一体，用低碳合金钢制成。由黄铜合金与钢材构成的摩擦副，在油中工作的摩擦因数f取为0.1。

2. 同步环主要尺寸的确定

（1） 同步环锥面上的螺纹槽 如果螺纹槽螺线的顶部设计德窄些，则刮去存在于摩擦锥面之间德油膜效果好。但顶部宽度过窄会影响接触面压强。使磨损加快。通常轴向泄油槽为6－12个，槽宽3－4mm。

（2）锥面半锥角α 摩擦锥面半锥角α越小，摩擦力矩就越大。但α过小则摩擦锥面将产生自锁。通常取α＝6°－8°。一般取＝7°。

（3）摩擦锥面平均半径R R设计德越大，则摩擦力矩越大。R往往受结构限制，包括变速器中心距及相关零件德尺寸和布置的限制，原则上是在可能的条件下，尽可能使R取大些。

（4）锥面工作长度b 缩短锥面工作长度b，可使变速器的轴向长度

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缩短，但同时也减少了锥面的工作面积，增加了单位压力并使磨损加速。

（5）同步环径向厚度 与摩擦锥面平均半径一样，同步环的径向厚度要受结构布置上的限制，包括变速器中心距的及相关零件的限制，不易取得很厚，但必须保证同步环有足够的强度。承用车同步环厚度比货车小些，应选用锻件或精密锻造工艺加工制成，这能提高材料的屈服强度和疲劳寿命。

3. 锁止角β

锁止角β选的正确，可以保证只有在换挡的两个部分之间角速度差达到零值才能进行换挡。已有结构的锁止角在26°－42°范围内变化。

4. 同步时间t

同步起器工作时，要连接的两个部分达到同步的时间越短越好。除去同步器的结构尺寸、转动惯量对同步时间有影响以外，变速器输入轴、输出轴的角速度差及作用在同步器摩擦锥面上的轴向力，均对同步时间有影响。对于承用车变速器，高挡取0.15－0.30s，低挡取0.50－0.80s。

5. 转动惯量的计算

其转动惯量的的计算是：首先求得各零件的转动惯量，然后按不同挡位转换到被同步的零件上。对已有的零件，其转动惯量值通常用扭摆法测出；若零件未制成，可将这些零件分解为标准的几何体，并按数学公式合成并求出转动惯量值。

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第六章 变速器操纵机构设计

变速器操纵机构能让驾驶员使变速器挂上或摘下某一档，从而改变变速器的工作状态。

为了保证变速器的可靠工作，变速器操纵机构应能满足以下要求： （1）挂档后应保证结合套于与结合齿圈的全部套合（或滑动齿轮换档时，全齿长都进入啮合）。在振动等条件影响下，操纵机构应保证变速器不自行挂档或自行脱档。为此在操纵机构中设有自锁装置。

（2）为了防止同时挂上两个档而使变速器卡死或损坏，在操纵机构中设有互锁装置。

（3）为了防止在汽车前进时误挂倒档，导致零件损坏，在操纵机构中设有倒档锁装置。

用于机械式变速器的操纵机构，常见的是有变速杆、拨块、拨叉、变速叉轴及互锁、自锁和倒挡装置等主要零件组成，并依靠驾驶员手力完成选挡、换挡、或退到空挡工作，称为手动换挡变速器。

手动换挡变速器又分为直接操纵手动换挡变速器和远距离操纵手动换挡变速器。

当变速器布置在驾驶员座椅附近时，可将变速杆直接安装在变速器上，并依靠驾驶员手力和通过变速杆直接完成换挡功能的手动变速器，称为直接操纵变速器。这种操纵方案结构简单，已得到广泛应用。

变速器距离驾驶员座位较远，这时需要在变速杆与拨叉之间布置若干传动件，换挡手力经过这些转换机构才能完成换挡功能。这种变速器称为远距离操纵手动变速器。这时要求整套系统又足够的刚性，且各连接件之间间隙不能过大，否则换挡时手感不明显，并增加了变速杆颤动的可能性。此时，变速杆支座应固定在受车架变形、汽车振动影响较小的地方，最好将换挡传动机构、发动机、离合器、变速器连成一体，以避免对操纵有不利的影响。在平头式汽车上或发动机后置后轮驱动的汽车的变速器，受总体布置限制，多采用远距离操纵机构。

本次设计中，结合总体的要求和对操纵机构的布置分析我采用的是直接操纵手动换挡变速器。

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