舊式變速器的換檔要采用"兩腳離合"的方式，升檔在空檔位置停留片刻(但是離合器需要抬起來，目的是為了讓離合器片也要和飛輪同步，轉(zhuǎn)速必須一致才可順利掛檔，如果換擋慢了，轉(zhuǎn)速落到怠速，也是無法掛進(jìn)去的），減檔要在空檔位置（同時(shí)保持離合器抬起）加油門，以減少齒輪的轉(zhuǎn)速差。但這個(gè)操作比較復(fù)雜，難以掌握精確。因此設(shè)計(jì)師創(chuàng)造出"同步器"，通過同步器使將要嚙合的齒輪達(dá)到一致的轉(zhuǎn)速而順利嚙合。
簡(jiǎn)介
同步器，是使在換擋中相互接合的齒輪實(shí)現(xiàn)同步的裝置。在換擋過程中，應(yīng)當(dāng)使準(zhǔn)備嚙合的那一對(duì)齒輪的接合齒圈的圓周速度達(dá)到相等（即同步），才能平順地掛上擋。否則，兩齒輪齒圈間會(huì)發(fā)出沖擊和噪音，影響齒輪的壽命。為了便于換擋，汽車變速器在常用的各擋間都裝有同步器，使相嚙合的一對(duì)齒輪先同步，而后嚙合。汽車同步器齒環(huán)采用特種金屬材料，特種鑄造方法，特種精鍛工藝加工而成，并對(duì)關(guān)鍵工序及特殊工序進(jìn)行監(jiān)控，使產(chǎn)品具有高強(qiáng)度（HRB85-100），高耐磨（臺(tái)架試驗(yàn)22萬次不失效），高韌性（搞拉強(qiáng)度600MPa，屈服強(qiáng)度210MPa）等特點(diǎn)。
同步器的基本原理，是靠同步環(huán)的錐面在兩個(gè)齒輪之間進(jìn)行摩擦，使快的減慢，慢的加快。達(dá)到同步后，才能使齒圈接合。同步器有常壓式、慣性式、自動(dòng)增力式等種類。廣泛采用的是各種形式的慣性同步器。
產(chǎn)品分類
同步器
同步器有常壓式和慣性式。全部同步式變速器上采用的是慣性同步器，它主要由接合套、同步鎖環(huán)等組成，同步器有常壓式，慣性式和自行增力式等種類。
作用
相鄰檔位相互轉(zhuǎn)換時(shí)，應(yīng)該采取不同操作步驟的道理同樣適用于移動(dòng)齒輪換檔的情況，只是前者的待接合齒圈與接合套的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度要求一致，而后者的待接合齒輪嚙合點(diǎn)的切向速度要求一致，但所依據(jù)的速度分析原理是一樣的。變速器的換檔操作，尤其是從高檔向低檔的換檔操作比較復(fù)雜，而且很容易產(chǎn)生輪齒或花鍵齒間的沖擊。為了簡(jiǎn)化操作，并避免齒間沖擊，可以在換檔裝置中設(shè)置同步器。慣性式同步器是依靠摩擦作用實(shí)現(xiàn)同步的，在其上面設(shè)有專設(shè)機(jī)構(gòu)保證接合套與待接合的花鍵齒圈在達(dá)到同步之前不可能接觸，從而避免了齒間沖擊。
工作原理
全同步式變速器上采用的是慣性同步器，它主要由接合套、同步鎖環(huán)等組成，它的特點(diǎn)是依靠摩擦作用實(shí)現(xiàn)同步。接合套、同步鎖環(huán)和待接合齒輪的齒圈上均有倒角（鎖止角），同步鎖環(huán)的內(nèi)錐面與待接合齒輪齒圈外錐面接觸產(chǎn)生摩擦。鎖止角與錐面在設(shè)計(jì)時(shí)已作了適當(dāng)選擇，錐面摩擦使得待嚙合的齒套與齒圈迅速同步，同時(shí)又會(huì)產(chǎn)生一種鎖止作用，防止齒輪在同步前進(jìn)行嚙合。當(dāng)同步鎖環(huán)內(nèi)錐面與待接合齒輪齒圈外錐面接觸后，在摩擦力矩的作用下齒輪轉(zhuǎn)速迅速降低（或升高）到與同步鎖環(huán)轉(zhuǎn)速相等，兩者同步旋轉(zhuǎn)，齒輪相對(duì)于同步鎖環(huán)的轉(zhuǎn)速為零，因而慣性力矩也同時(shí)消失，這時(shí)在作用力的推動(dòng)下，接合套不受阻礙地與同步鎖環(huán)齒圈接合，并進(jìn)一步與待接合齒輪的齒圈接合而完成換檔過程。
輸出軸三擋齒輪6與輸入軸三檔齒輪2的齒數(shù)之比（z6/z2）大于輸出軸四擋齒輪5與輸入軸四擋齒輪4 的齒數(shù)之比（z5/z4）。由相互嚙合傳動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速與齒數(shù)關(guān)系（n2/n6=z6/z2，n4/n5=z5/z4），可以得出齒輪2與齒輪6轉(zhuǎn)速之比（n2/n6）大于輸入軸四擋齒輪4與輸出軸四擋齒輪5? 轉(zhuǎn)速之比（n4/n5）的結(jié)論。而輸出軸三擋齒輪6與齒輪5的轉(zhuǎn)速又是一樣的（n6=n5），所以在傳動(dòng)過程中，齒輪2轉(zhuǎn)速永遠(yuǎn)比齒輪4轉(zhuǎn)速高，即n2>n4。當(dāng)變速器從低速檔（三檔）換人高速檔（四檔）時(shí)，首先要踩離合器踏板，使離合器分離，接著通過變速桿等將接合套3右移，進(jìn)入空檔位置。在接合套3與齒輪2剛分離這一時(shí)刻，兩者轉(zhuǎn)速還是相等的，即n3=n2。而n2>n4，由此可以得出n3>n4，即接合套3的轉(zhuǎn)速大于齒輪4轉(zhuǎn)速的結(jié)論。這時(shí)如果立即把接合套3推向齒輪4上接合齒圈，就會(huì)發(fā)生打齒現(xiàn)象。
此時(shí)，由于變速器處于空檔，接合套和齒輪之間沒有聯(lián)系，離合器從動(dòng)盤又與發(fā)動(dòng)機(jī)脫離，所以接合套與齒輪的轉(zhuǎn)速都在分別逐漸降低。因?yàn)辇X輪與齒輪、輸出軸、萬向傳動(dòng)裝置、驅(qū)動(dòng)橋、行駛系以及整個(gè)汽車聯(lián)系在一起，慣性很大，所以n4下降較慢；而接合套只與輸入軸和離合器從動(dòng)盤相聯(lián)系，慣性很小，故n3下降較快。因?yàn)閚3原先大于n4，n3下降得又比n4快，所以過一會(huì)兒后，必然會(huì)有n3＝n4（同步）的情況出現(xiàn)。最好能在n3＝n4的時(shí)刻使接合套右移而掛入四檔。與接合套聯(lián)系的一系列零件的慣性越小，則n3下降得越快，達(dá)到同步所需時(shí)間越少，并且在同樣速度差的情況下，齒間的沖擊力也小，因此離合器從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)盡可能小一些。
主要產(chǎn)品
常壓式同步器
圖1所示為裝有常壓式同步器的變速器。在第一軸齒輪2與空套在第二軸5上的齒輪4 之間裝有花鍵轂1。花鍵轂以其內(nèi) 外花鍵分別與第二軸和接合套3作滑動(dòng)連接。向左或向右撥動(dòng)接合套，其內(nèi)花鍵齒圈可與齒輪2或齒輪4的接合齒圈接合，即掛上直接檔或第二檔。
在齒輪2與4接合齒圈相對(duì)的一側(cè)均有一個(gè)外錐面。相應(yīng)地在花鍵轂兩側(cè)加工出內(nèi)錐面。在花鍵轂的徑向孔內(nèi)，裝有定位銷6，它借彈簧的壓力嵌入在接合套3內(nèi)切出的環(huán)形凹槽中。圖1上部的三個(gè)圖為在掛直接檔的過程中同步器的工作示意圖。圖1a表示接合套在空檔位置。掛直接檔時(shí)，向左撥動(dòng)接合套，則通過定位銷帶動(dòng)花鍵轂1一同左移。當(dāng)花鍵轂的內(nèi)錐面與齒輪2的外錐面接觸時(shí)，花鍵轂即不能再繼續(xù)左移。由 于接合套與花鍵轂之間有彈簧頂住的定位銷6，若駕駛員作用在接合套上的力不大，則 定位銷便阻止接合套在花鍵轂停止不動(dòng)的情況下繼續(xù)向左移動(dòng)。此時(shí)位置如圖1b所示。兩錐在駕駛員通過操縱機(jī)構(gòu)加于接合套和花鍵轂上的力的作用下互相壓緊。齒輪2與花鍵轂存在轉(zhuǎn)速差，因而兩錐面一經(jīng)接觸，便產(chǎn)生摩擦作用。這種摩擦作用促使第一軸齒輪的轉(zhuǎn)速迅速降低到與花鍵轂的轉(zhuǎn)速（亦即接合套的轉(zhuǎn)速）相等，因而二者花鍵齒的圓周速度相等（同步）。此時(shí)駕駛員繼續(xù)增大加于接合套上的推力，使接合套克服彈簧力 壓下定位銷6而相對(duì)花鍵轂繼續(xù)左移，其內(nèi) 花鍵齒圈便與齒輪 & 的接合齒圈接合，即掛入直接檔，如圖1c所示。
由此可見，用常壓式同步器換檔與用接合套換檔比較，在工作過程上的區(qū)別，主要在于前者的摩擦作用能使需接合的兩花鍵齒圈迅速地達(dá)到并保持同步。并且由于帶彈簧的定位銷6對(duì)接合套的阻力，使兩齒圈在達(dá)到同步之前暫不接合。
但在此種同步器中，對(duì)接合套的軸向阻力是由彈簧壓力造成，故其大小有限（“常壓式”的名稱即由此而得）。如果駕駛員用力較猛，則可能在未達(dá)到同步前，接合套便克服彈簧壓力，壓下定位銷而與齒輪2的接合齒圈接觸，此時(shí)齒間仍將產(chǎn)生沖擊。因此常壓式同步器工作不很可靠，目前較少采用。
有的重型貨車，為改善換檔過程，采用摩擦片式常壓同步器（圖2）。它與上述常壓式同步器的區(qū)別是，充分利用軸向空間，以增加摩擦片數(shù)來增大同步時(shí)所需的摩擦力矩。
慣性式同步器
慣性式同步器與常壓式同步器一樣，都是依靠摩擦作用實(shí)現(xiàn)同步。但它可以從結(jié)構(gòu)上保證接合套與待接合的花鍵齒圈在達(dá)到同步之前不可能接觸，以避免齒間沖擊和發(fā)生噪聲。慣性式同步器廣泛應(yīng)用于轎車和輕、中型貨車的變速器中。常用的結(jié)構(gòu)形式有鎖環(huán)式慣性同步器和鎖銷式慣性同步器兩種。
花鍵轂7與第二軸用花鍵連接，并用墊片和卡環(huán)作軸向定位。在花鍵轂兩端與齒輪1和4之間，各有一個(gè)青銅制成的鎖環(huán)（也稱同步環(huán)）9和5。鎖環(huán)上有短花鍵齒圈，花鍵齒的斷面輪廓尺寸與齒輪 1，4及花鍵轂 7上的外花鍵齒均相同。在兩個(gè)鎖環(huán)上，花鍵齒對(duì)著接合套8的一端都有倒角（稱鎖止角），且與接合套齒端的倒角相同。鎖環(huán)具有與齒輪1和4上的摩擦面錐度相同的內(nèi)錐面，內(nèi)錐面上制出細(xì)牙的尾旋槽，以便兩錐面接觸后破壞油膜，增加錐面間的摩擦。三個(gè)滑塊2分別嵌合在花鍵轂的三個(gè)軸向槽11內(nèi)，并可沿槽軸向滑動(dòng)。在兩個(gè)彈簧圈6的作用下，滑塊壓向接合套，使滑塊中部的凸起部分正好嵌在接合套中部的凹槽10中，起到空檔定位作用。滑塊2的兩端伸入鎖環(huán)9和5的三個(gè)缺口12中。只有當(dāng)滑塊位于缺口12的中央時(shí)，接合套與鎖環(huán)的齒方可能接合。
在掛三檔時(shí)，用撥叉3撥動(dòng)接合套8并帶動(dòng)滑塊2一起向左移動(dòng)。當(dāng)滑塊左端面與鎖環(huán)9的缺口12的端面接觸時(shí)，便推動(dòng)鎖環(huán)9壓向齒輪1，使鎖環(huán)9的內(nèi)錐面壓向齒輪1的外錐面。由于兩錐面具有轉(zhuǎn)速差（n1>n9），所以一接觸便產(chǎn)生摩擦作用。齒輪1即通過摩擦作用帶動(dòng)鎖環(huán)相對(duì)于接合套超前轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，直到鎖環(huán)9的缺口12與滑塊的另一側(cè)面，接觸時(shí)，鎖環(huán)便與接合套同步轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)，接合套的齒與鎖環(huán)的齒錯(cuò)開了約半個(gè)齒厚，從而使接合套的齒端倒角面與鎖環(huán)相應(yīng)的齒端倒角面正好互相抵觸而不能進(jìn)入嚙合。當(dāng)變速器由二檔換入三檔（直接檔）時(shí)，接合套8從二檔退到空檔，齒輪1和接合套 8連同鎖環(huán)9都在其本身及其所聯(lián)系的一系列運(yùn)動(dòng)件的慣性作用下，繼續(xù)沿原方向旋轉(zhuǎn)。駕駛員的換檔操縱力通過接合套作用于鎖環(huán)的鎖止角斜面上，在此斜面上產(chǎn)生的法向壓力為N。法向壓力N可分解為軸向力一級(jí)方程式錦標(biāo)賽和切向力F2。切向力F2所形成的力矩M2有使鎖環(huán)相對(duì)于接合套向后（用態(tài)射指示M2）轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，稱為撥環(huán)力矩。軸向力 Fl則使齒輪1 通過摩擦錐面對(duì)鎖環(huán)9作用一與轉(zhuǎn)動(dòng)方向同向摩擦力矩M1（用箭頭指示M1）。這一摩擦力矩M1阻止鎖環(huán)相對(duì)接合套向后退轉(zhuǎn)。如果撥環(huán)力矩M2大于摩擦力矩M1，則鎖環(huán)9即可相對(duì)于接合套向后退轉(zhuǎn)一個(gè)角度，以便二者進(jìn)入接合；若M2
鎖環(huán)9對(duì)接合套的鎖止作用是由于上述摩擦力矩M1造成的。因?yàn)榇四Σ亮氐淖饔门c鎖環(huán)9（及與之連接的接合套8、花鍵轂7、變速器輸出軸及整個(gè)汽車等）和齒輪1（及與之連接的離合器從動(dòng)部分和變速器內(nèi)部分齒輪）兩部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性有關(guān)，故稱此種同步器為"慣性式"同步器。
自行增力式同步器
這種同步器與常壓式和慣性式同步器一樣，也是利用摩擦原理實(shí)現(xiàn)同步，主要區(qū)別在于同 步環(huán)產(chǎn)生的摩擦力矩由于同步環(huán)內(nèi)的彈簧片作用而得到成倍的增長(zhǎng)。圖3所示為波爾舍自行增力式同步器。兩個(gè)齒輪通過軸承空套在第二軸上，而花鍵轂2與第二軸固定連接，轂的外緣有三個(gè)凸起的軸向鍵，與接合套1上的三個(gè)相應(yīng)鍵槽配合。接合套與轂一起轉(zhuǎn)動(dòng)，并可相對(duì)于轂軸向移動(dòng)。接合齒圈3與常嚙合齒輪固定連接。彈性的開口同步環(huán)4、滑塊5、支承塊6及兩個(gè)彈簧片7均裝在接合齒圈內(nèi)，并用擋片8加以軸向限位。滑塊5的凸起部插于同步環(huán)的開口處，處于空檔時(shí)兩側(cè)有間隙，支承塊內(nèi)圓上的凸起則嵌入接合齒圈軸頸上相應(yīng)的槽中，槽比凸起稍寬些。同步環(huán)外表面沿軸向兩端制出外錐面，而接合齒圈和接合套的兩側(cè)齒端也制出與其配合的內(nèi)錐面。
只要接合套與待嚙合齒輪之間存在轉(zhuǎn)速差，彈簧片的支承力就阻止同步環(huán)直徑縮小，因而也就阻止了接合套移動(dòng)。在二者的轉(zhuǎn)速差為零（同步）時(shí)，彈簧片卸除載荷，即以右彈簧片的上端為支點(diǎn)，彈簧片伸張，其下端頂住支承塊凸起右側(cè)，推動(dòng)接合齒圈連同低檔齒輪一道順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使彈簧片松弛，于是阻止同步環(huán)直徑縮小的支承力消失。此時(shí)，在不大的換檔力作用下，接合套便可壓縮同步環(huán)，與右側(cè)的接合齒圈接合，而同步環(huán)處于接合套的屋頂狀凹槽里，被可靠地定位。因此，在掛檔位置，毋需采用一般變速器所必須設(shè)置的自鎖裝置。在圖3所示的右視圖中，該齒輪接合齒圈內(nèi)左右各有一個(gè)彈簧片，上述換檔過程中僅由右側(cè)的彈簧片起作用。當(dāng)從下一個(gè)檔位換到該檔時(shí)，便由左側(cè)的彈簧片施加徑向力，加速同步過程。
由于彈簧片的增力作用，故這種同步器能使換檔更為省力并且迅速。
參考資料 >