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由於變速器輸入軸與輸出軸以各自的速度旋轉,變換檔位時合存在一個"同步"問題。兩個旋轉速度不一樣齒輪強行嚙合必然會發生衝擊碰撞,損壞齒輪。因此,舊式變速器的換檔要採用"兩腳離合"的方式,升檔在空檔位置停留片刻,減檔要在空檔位置加油門,以減少齒輪的轉速差。但這個操作比較複雜,難以掌握精確。因此設計師創造出"同步器",通過同步器使將要嚙合的齒輪達到一致的轉速而順利嚙合。

1 同步器 -簡介

同步器,是使在換擋中相互接合的齒輪實現同步的裝置。 在換擋過程中,應當使準備嚙合的那一對齒輪的接合齒圈的圓周速度達到相等
:[PIXEL]TR-332 佳能閃光燈無線E-TTL II 同步器:[PIXEL]TR-332 佳能閃光燈無線E-TTL II 同步器
(即同步),才能平順地掛上擋。否則,兩齒輪齒圈間會發出衝擊和噪音,影響齒輪的壽命。為了便於換擋,汽車變速器在常用的各擋間都裝有同步器,使相嚙合的一對齒輪先同步,而後嚙合。汽車同步器齒環採用特種金屬材料,特種鑄造方法,特種精鍛工藝加工而成,並對關鍵工序及特殊工序進行監控,使產品具有高強度(HRB85-100),高耐磨(台架試驗22萬次不失效),高韌性(搞拉強度600MPa,屈服強度210MPa)等特點。

同步器的基本原理,是靠同步環的錐面在兩個齒輪之間進行摩擦,使快的減慢,慢的加快。達到同步后,才能使齒圈接合。同步器有常壓式、慣性式、自動增力式等種類。廣泛採用的是各種形式的慣性同步器。

2 同步器 -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採用的是慣性同步器,它主要由接合套、同步鎖環等組成,
同步器慣性同步器
它的特點是依靠摩擦作用實現同步。接合套、同步鎖環和待接合齒輪的齒圈上均有倒角(鎖止角),同步鎖環的內錐面與待接合齒輪齒圈外錐面接觸產生摩擦。鎖止角與錐面在設計時已作了適當選擇,錐面摩擦使得待嚙合的齒套與齒圈迅速同步,同時又會產生一種鎖止作用,防止齒輪在同步前進行嚙合。當同步鎖環內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速迅速降低(或升高)到與同步鎖環轉速相等,兩者同步旋轉,齒輪相對於同步鎖環的轉速為零,因而慣性力矩也同時消失,這時在作用力的推動下,接合套不受阻礙地與同步鎖環齒圈接合,並進一步與待接合齒輪的齒圈接合而完成換檔過程。

3 同步器 -作用

相鄰檔位相互轉換時,應該採取不同操作步驟的道理同樣適用於移動齒輪換檔的情況,只是前者的待接合齒圈與接合套的轉動角速度要求一致,而後者的待接合齒輪嚙合點的線速度要求一致,但所依據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複雜,而且很容易產生輪齒或花鍵齒間的衝擊。為了簡化操作,並避免齒間衝擊,可以在換檔裝置中設置同步器。慣性式同步器是依靠摩擦作用實現同步的,在其上面設有專設機構保證接合套與待接合的花鍵齒圈在達到同步之前不可能接觸,從而避免了齒間衝擊。

4 同步器 -結構

同步器有常壓式,慣性式和自行增力式等種類。

同步器鎖環式慣性同步器

慣性式同步器結構

同步器
花鍵轂7與第二軸用花鍵連接,並用墊片和卡環作軸向定位。在花鍵轂兩端與齒輪1和4之間,各有一個青銅製成的鎖環(也稱同步環)9和5。鎖環上有短花鍵齒圈,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。在兩個鎖環上,花鍵齒對著接合套8的一端都有倒角(稱鎖止角),且與接合套齒端的倒角相同。鎖環具有與齒輪1和4上的摩擦面錐度相同的內錐面,內錐面上制出細牙的螺旋槽,以便兩錐面接觸后破壞油膜,增加錐面間的摩擦。三個滑塊2分別嵌合在花鍵轂的三個軸向槽11內,並可沿槽軸向滑動。在兩個彈簧圈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9和5的三個缺口12中。只有當滑塊位於缺口12的中央時,接合套與鎖環的齒方可能接合。

在掛三檔時,用撥叉3撥動接合套8並帶動滑塊2一起向左移動。當滑塊左端面與鎖環9的缺口12的端面接觸時,便推動鎖環9壓向齒輪1,使鎖環9的內錐面壓向齒輪1的外錐面。由於兩錐面具有轉速差(n1>n9),所以一接觸便產生摩擦作用。齒輪1即通過摩擦作用帶動鎖環相對於接合套超前轉過一個角度,直到鎖環9的缺口12與滑塊的另一側面,接觸時,鎖環便與接合套同步轉動。此時,接合套的齒與鎖環的齒錯開了約半個齒厚,從而使接合套的齒端倒角面與鎖環相應的齒端倒角面正好互相抵觸而不能進入嚙合。

當變速器由二檔換入三檔(直接檔)時,接合套8從二檔退到空檔,齒輪1和接合套 8連同鎖環9都在其本身及其所聯繫的一系列運動件的慣性作用下,繼續沿原方向旋轉。駕駛員的換檔操縱力通過接合套作用於鎖環的鎖止角斜面上,在此斜面上產生的法向壓力為N。法向壓力N可分解為軸向力F1和切向力F2。切向力F2所形成的力矩M2有使鎖環相對於接合套向後(用箭頭指示M2)轉動的趨勢,稱為撥環力矩。軸向力 Fl則使齒輪1 通過摩擦錐面對鎖環9作用一與轉動方向同向摩擦力矩M1(用箭頭指示M1)。這一摩擦力矩M1阻止鎖環相對接合套向後退轉。如果撥環力矩M2大於摩擦力矩M1,則鎖環9即可相對於接合套向後退轉一個角度,以便二者進入接合;若M2<M1(此時還有滑塊對鎖環缺口一側的阻擋作用),則二者相對位置不變,不可能進入接合。在設計同步器時,適當地選擇鎖止角和摩擦錐面的錐角,便能保證在達到同步(n1=n9)之前,齒輪1施加在鎖環9上的摩擦力矩M1總是大於切向力F2形成的撥環力矩M2,不論駕駛員通過操縱機構加在接合套上的軸向推力有多大,接合套齒端與鎖環齒端總是互相抵觸而不能接合。

鎖環9對接合套的鎖止作用是由於上述摩擦力矩M1造成的。因為此摩擦力矩的作用與鎖環9(及與之連接的接合套8、花鍵轂7、變速器輸出軸及整個汽車等)和齒輪1(及與之連接的離合器從動部分和變速器內部分齒輪)兩部分的轉動慣性有關,故稱此種同步器為"慣性式"同步器。

5 同步器 -工作原理

全同步式變速器上採用的是慣性同步器,它主要由接合套、同步鎖環等組成,它的特點是依靠摩擦作用實現同步。接合套、同步鎖環和待接合齒輪的齒圈上均有倒角(鎖止角),同步鎖環的內錐面與待接合齒輪齒圈外錐面接觸產生摩擦。鎖止角與錐面在設計時已作了適當選擇,錐面摩擦使得待嚙合的齒套與齒圈迅速同步,同時又會產生一種鎖止作用,防止齒輪在同步前進行嚙合。當同步鎖環內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速迅速降低(或升高)到與同步鎖環轉速相等,兩者同步旋轉,齒輪相對於同步鎖環的轉速為零,因而慣性力矩也同時消失,這時在作用力的推動下,接合套不受阻礙地與同步鎖環齒圈接合

同步器鎖環式同步器

,並進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的齒數之比(z6/z2)大於輸出軸四擋齒輪5與輸入軸四擋齒輪4 的齒數之比(z5/z4)。由相互嚙合傳動齒輪的轉速與齒數關係(n2/n6=z6/z2,n4/n5=z5/z4),可以得出齒輪2與齒輪6轉速之比(n2/n6)大於輸入軸四擋齒輪4與輸出軸四擋齒輪5  轉速之比(n4/n5)的結論。而輸出軸三擋齒輪6與齒輪5的轉速又是一樣的(n6=n5),所以在傳動過程中,齒輪2轉速永遠比齒輪4轉速高,即n2>n4。當變速器從低速檔(三檔)換人高速檔(四檔)時,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,進入空檔位置。在接合套3與齒輪2剛分離這一時刻,兩者轉速還是相等的,即n3=n2。而n2>n4,由此可以得出n3>n4,即接合套3的轉速大於齒輪4轉速的結論。這時如果立即把接合套3推向齒輪4上接合齒圈,就會發生打齒現象。

此時,由於變速器處於空檔,接合套和齒輪之間沒有聯繫,離合器從動盤又與發動機脫離,所以接合套與齒輪的轉速都在分別逐漸降低。 因為齒輪與齒輪、輸出軸、萬向傳動裝置、驅動橋、行駛系以及整個汽車聯繫在一起,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盤相聯繫,慣性很小,故n3下降較快。因為n3原先大於n4,n3下降得又比n4快,所以過一會兒后,必然會有n3=n4(同步)的情況出現。最好能在n3=n4的時刻使接合套右移而掛入四檔。 與接合套聯繫的一系列零件的慣性越小,則n3下降得越快,達到同步所需時間越少,並且在同樣速度差的情況下,齒間的衝擊力也小,因此離合器從動部分轉動慣量應儘可能小一些。

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