多锥锁环式同步器的应用

方向进，乔湘鹤(浙江万里扬变速器股份有限公司，浙江金华 321000)

多锥锁环式同步器的应用

方向进，乔湘鹤
(浙江万里扬变速器股份有限公司，浙江金华 321000)

阐述多锥面锁环式同步器的优势、发展前景，分析现有同步器结构的缺点，介绍新型多锥锁环式同步器的设计及应用。

多锥面；同步环；锁环同步器

0 引言

汽车同步器是汽车变速器中的关键部件，其性能直接影响到车辆的驾驶舒适性。随着汽车驾驶员对汽车换挡舒适性要求的不断提高，多锥面同步器已得到广泛的应用，但现阶段的多锥面同步器普遍存在零部件结构复杂，通用性不强等缺点。

1 多锥同步器的优势及发展前景

现有同步器主要有锁环式同步器和锁销式同步器两大类，其中由于锁环式同步器具有轴向尺寸短、结构可靠的特点，广泛地应用在轻、中型卡车和轿车上。

同步器摩擦力矩计算公式为：

Mf=p×μ×R锥/sinα

式中：p为作用在同步锥面轴向力；μ为同步锥面间摩擦因数；R锥为锥面平均半径；α为同步环锥角。

从公式中可知，要想使摩擦力矩Mf增大，可以通过加大作用力p、摩擦因数μ、锥面平均半径R锥或减小同步环锥角α来实现。作用力p过大将直接影响换挡舒适性，摩擦因数μ在现有技术下很难有较大突破，而在变速器空间一定的情况下，锥面平均半径R锥也不可能大幅度加大，同步环锥角α改小后，容易造成锥面的“自锁”，严重时将造成同步器损坏。

而当其他条件完全不变时，摩擦面增加1个，相当于摩擦锥面半径增大将近一倍，同步器摩擦力矩增加将近一倍，使得在同样的换挡时间下，换挡力可以将近减小50%。因此双锥面同步器和三锥面同步器是现有技术下，大幅度提高同步器摩擦力矩的最有效手段。

近几年，随着精密锻造和冲压技术的快速发展，结构复杂的同步环已能大批量生产，双锥面同步器在商用车和乘用车上得到广泛应用，三锥面同步器已在高档轻卡、乘用车手动变速器、双离合变速器DCT上得到广泛的应用。

2 现有多锥同步器的结构

由同步器工作原理可知，同步器工作时，变速器输出轴和被同步齿轮各自组成一个旋转部件，两个旋转部件通过同步环摩擦力矩的作用，使两者角速度趋于一致，直至完成挂挡。双锥同步器和三锥同步器设计中，同步器中间环与被同步齿轮连接，组成一个旋转部件，同步器外锥环和内锥环卡接，并与同步器齿座一起和输出轴组成另一旋转部件。

现有常用多锥同步器主要有双锥同步器和三锥同步器。图1示出了现在国内广泛在商用车和乘用车上采用的双锥同步器，图2示出了现在乘用车变速器和高档轻卡上采用的三锥同步器。

3 现有多锥同步器的缺点

现有多锥同步器主要存在以下缺点：

(1)零部件结构复杂，加工难度大。如图1所示，现有的双锥面锁环式同步器的内锥环和外锥环均为直接相连结构，外锥环的内侧圆周上设置有三个或六个凸爪，内锥环端面上设置有与凸爪嵌套配合的凹槽，这种结构的双锥面同步器外锥环属于异形件，其结构复杂，加工难度大，加工成本高，且不能与相同规格的单锥同步器外锥环通用。如图2所示，现有的三锥同步器变速器内锥环和外锥环直接相连，外锥环内侧设置三处凹槽，内锥环外侧径向伸出，并在轴向上设置三处凸起，卡入外锥环的凹槽中，中间环径向设置三个凸起，卡在齿轮端面的凹槽中，这种结构的内锥环和外锥环都是异形件，加工难度大，成本很高。

(2)现有的双锥同步器，变速器外环与同尺寸的单锥同步器锥环结构完全不同，零部件无法通用。现有三锥同步器外锥环、内锥环、中间环和现有的双锥同步器结构也完全不同，无法通用。由于同步器锥环属于冲压件或精锻件，零部件结构不同，意味着需重新开发零件模具及重新设计工艺工装，大大提高了变速器的成本及开发周期。

4 新型多锥面同步器结构

为解决现有多锥面同步器的缺点，提高零部件通用性，降低开发成本及缩短开发周期，本文作者对现有多锥面同步器进行分析，创新地设计了一种新型结构的多锥面锁环式同步器。图3(a)、(b)、(c)为该同步器三种状态下的结构图，其中：图(a)为左右两侧均为三锥；图(b)为左侧双锥、右侧三锥；图(c)为左侧单锥、右侧三锥。

如图3(a)所示，该同步器外环与同尺寸单锥同步环完全通用，内环内侧径向设置三个凸起，同步器齿座端面设置三处凹槽，凹槽可直接锻造而成，中间环与普通双锥同步器中间环结构完全相同。同步过程中，中间环和被同步齿轮一起构成第一旋转部件，同步器齿座带动同步器外锥环及内锥环构成第二旋转部件。

如图3(b)所示，通过更改接合齿的结构，该同步器可转变成一侧双锥，一侧三锥的同步器，两侧同步环完全相同。如图3(c)所示，通过取消中间环、内锥环、更改结合齿结构，该同步器可转变成一侧单锥，一侧三锥的同步器。

5 新型多锥同步器的优势及推广前景

由于变速器各挡位挂挡时所需的同步容量不同，如重卡副箱同步器中，高、低挡同步器所需同步零件的转动惯量相差数倍，如果高、低挡侧均采用多锥，将造成同步器性能的浪费，同时也增加了零部件的成本。

各整车厂家对换挡性能要求不同，同时有些整车厂家由于改善了拉线的结构和布置方式，或采用了低转动惯量的离合器从动盘，出于成本考虑，其对变速器的换挡要求就可能有所降低。因此根据各整车厂家的不同要求，同一款变速器的同步器可能会存在一侧单锥一侧双锥、一侧单锥一侧三锥、两侧双锥、一侧双锥一侧三锥、两侧三锥等多种配置情况。

该结构的同步器，可根据用户的不同要求，只需要更改接合齿的结构，就可以实现各种状态的切换，零部件通用性高，且制造方便，成本低，因此该结构同步器应该有很广泛的推广前景。

【1】 吴宗泽.机械零件设计手册[M].北京：机械工业出版社，2003.

【2】 高维山.变速器[M].北京：人民交通出版社，1990.

The Application of Multiple Cone Lock Ring Synchronizer

FANG Xiangjin，QIAO Xianghe
(Zhejiang Wanliyang Transmission Co.，Ltd.，Jinhua Zhejiang 321000，China)

The advantage and development prospects of multiple cone lock ring synchronizer were expounded，the shortcoming of existing synchronizer structure was analyzed，and the design and application of new type multiple cone lock ring synchronizer was introduced.

Multiple cone；Synchronous ring；Lock ring synchronizer

2013-10-08

方向进(1985—),学士，工程师，从事汽车变速器设计。E-mail:fxj20024@126.com。