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同步器

来自 机械工程 的图片

中文名：同步器 外文名：Synchronizer 分 类：常压式、惯性式和自行增力式 位 置：变速箱内 作 用：实现换档同步 用 途：汽车构造

同步器,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(但是离合器需要抬起来，目的是为了让离合器片也要和飞轮同步，转速必须一致才可顺利挂档，如果换挡慢了，转速落到怠速，也是无法挂进去的），减档要在空档位置（同时保持离合器抬起）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。

分类结构

同步器有常压式、惯性式、自行增力式等形式。目前广泛采用的是惯性式同步器。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。 [1]

主要产品

常压式同步器

在第一轴齿轮2与空套在第二轴5上的齿轮4 之间装有花键毂1。花键毂以其内 外花键分别与第二轴和接合套3作滑动连接。向左或向右拨动接合套，其内花键齿圈可与齿轮2或齿轮4的接合齿圈接合，即挂上直接档或第二档。

在齿轮2与4接合齿圈相对的一侧均有一个外锥面。相应地在花键毂两侧加工出内锥面。在花键毂的径向孔内，装有定位销6，它借弹簧的压力嵌入在接合套3内切出的环形凹槽中 。挂直接档时， 向左拨动接合套，则通过定位销带动花键毂1一同左移。当花键毂的内锥面与齿轮2的外锥面接触时，花键毂即不能再继续左移。由于接合套与花键毂之间有弹簧顶住的定位销6，若驾驶员作用在接合套上的力不大，则定位销便阻止接合套在花键毂停止不动的情况下继续向左移动。

两锥匦在驾驶员通过操纵机构加于接合套和花键毂上的力的作用下互相压紧。齿轮2与花键毂存在转速差，因而两锥面一经接触，便产生摩擦作用。这种摩擦作用促使第一轴齿轮的转速迅速降低到与花键毂的转速（亦即接合套的转速）相等，因而二者花键齿的圆周速度相等（同步）。此时驾驶员继续增大加于接合套上的推力，使接合套克服弹簧力 压下定位销6而相对花键毂继续左移， 其内 花键齿圈便与齿轮 & 的接合齿圈接合，即挂入直接档。

由此可见，用常压式同步器换档与用接合套换档比较,在工作过程上的区别，主要在于前者的摩擦作用能使需接合的两花键齿圈迅速地达到并保持同步。并且由于带弹簧的定位销6对接合套的阻力，使两齿圈在达到同步之前暂不接合。

但在此种同步器中，对接合套的轴向阻力是由弹簧压力造成， 故其大小有限（“常压式”的名称即由此而得）。如果驾驶员用力较猛，则可能在未达到同步前，接合套便克服弹簧压力，压下定位销而与齿轮2的接合齿圈接触，此时齿间仍将产生冲击。 因此常压式同步器工作不很可靠，目前较少采用。

有的重型货车，为改善换档过程， 采用摩擦片式常压同步器（图2）。它与上述常压式同步器的区别是，充分利用轴向空间，以增加摩擦片数来增大同步时所需的摩擦力矩。

惯性式同步器

惯性式同步器与常压式同步器一样，都是依靠摩擦作用实现同步。但它可以从结构上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，以避免齿间冲击和发生噪声。

惯性式同步器广泛应用于轿车和轻、中型货车的变速器中。常用的结构形式有锁环式惯性同步器和锁销式惯性同步器两种。

花键毂7与第二轴用花键连接，并用垫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2一起向左移动。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（n1>n9），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12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F1和切向力F2。切向力F2所形成的力矩M2有使锁环相对于接合套向后（用箭头指示M2）转动的趋势，称为拨环力矩。轴向力 Fl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M1（用箭头指示M1）。这一摩擦力矩M1阻止锁环相对接合套向后退转。如果拨环力矩M2大于摩擦力矩M1，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M2<M1（此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，适当地选择锁止角和摩擦锥面的锥角，便能保证在达到同步（n1=n9）之前，齿轮1施加在锁环9上的摩擦力矩M1总是大于切向力F2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M1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。

自行增力式同步器

这种同步器与常压式和惯性式同步器一样，也是利用摩擦原理实现同步，主要区别在于同 步环产生的摩擦力矩由于同步环内的弹簧片作用而得到成倍的增长。图3所示为波尔舍自行增力式同步器。两个齿轮通过轴承空套在第二轴上，而花键毂2与第二轴固定连接，毂的外缘有三个凸起的轴向键，与接合套1上的三个相应键槽配合。接合套与毂一起转动，并可相对于毂轴向移动。接合齿圈3与常啮合齿轮固定连接。弹性的开口同步环4、滑块5、支承块6及两个弹簧片7均装在接合齿圈内，并用挡片8加以轴向限位。滑块5的凸起部插于同步环的开口处，处于空档时两侧有间隙，支承块内圆上的凸起则嵌入接合齿圈轴颈上相应的槽中，槽比凸起稍宽些。同步环外表面沿轴向两端制出外锥面，而接合齿圈和接合套的两侧齿端也制出与其配合的内锥面。

只要接合套与待啮合齿轮之间存在转速差，弹簧片的支承力就阻止同步环直径缩小，因而也就阻止了接合套移动。在二者的转速差为零（同步）时，弹簧片卸除载荷，即以右弹簧片的上端为支点，弹簧片伸张，其下端顶住支承块凸起右侧，推动接合齿圈连同低档齿轮一道顺时针方向转动一个角度，使弹簧片松弛，于是阻止同步环直径缩小的支承力消失。此时，在不大的换档力作用下，接合套便可压缩同步环，与右侧的接合齿圈接合，而同步环处于接合套的屋顶状凹槽里，被可靠地定位。因此，在挂档位置，毋需采用一般变速器所必须设置的自锁装置。

该齿轮接合齿圈内左右各有一个弹簧片，上述换档过程中仅由右侧的弹簧片起作用。当从下一个档位换到该档时，便由左侧的弹簧片施加径向力，加速同步过程。

由于弹簧片的增力作用，故这种同步器能使换档更为省力并且迅速。

同步器工作原理是什么？