同步器

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（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。

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，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。

同步器有常壓式，慣性式和自行增力式等種類。

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。

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。

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，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。

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 外花鍵分別與第二軸和接合套3作滑動連接。向左或向右撥動接合套，其內花鍵齒圈可與齒輪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接合齒圈相對的一側均有一個外錐面。相應地在花鍵轂兩側加工出內錐面。在花鍵轂的徑向孔內，裝有定位銷6，它借彈簧的壓力嵌入在接合套3內切出的環形凹槽中。圖1上部的三個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，向左撥動接合套，則通過定位銷帶動花鍵轂1一同左移。當花鍵轂的內錐面與齒輪2的外錐面接觸時，花鍵轂即不能再繼續左移。由 於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的情況下繼續向左移動。此時位置如圖1b所示。兩錐匭在駕駛員通過操縱機構加於接合套和花鍵轂上的力的作用下互相壓緊。齒輪2與花鍵轂存在轉速差，因而兩錐面一經接觸，便產生摩擦作用。這種摩擦作用促使第一軸齒輪的轉速迅速降低到與花鍵轂的轉速（亦即接合套的轉速）相等，因而二者花鍵齒的圓周速度相等（同步）。此時駕駛員繼續增大加於接合套上的推力，使接合套克服彈簧力 壓下定位銷6而相對花鍵轂繼續左移，其內 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，在工作過程上的區別，主要在於前者的摩擦作用能使需接合的兩花鍵齒圈迅速地達到並保持同步。並且由於帶彈簧的定位銷6對接合套的阻力，使兩齒圈在達到同步之前暫不接合。

但在此種同步器中，對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，此時齒間仍將產生衝擊。因此常壓式同步器工作不很可靠，目前較少採用。

有的重型貨車，為改善換檔過程，採用摩擦片式常壓同步器（圖2）。它與上述常壓式同步器的區別是，充分利用軸向空間，以增加摩擦片數來增大同步時所需的摩擦力矩。

慣性式同步器與常壓式同步器一樣，都是依靠摩擦作用實現同步。但它可以從結構上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，以避免齒間衝擊和發生雜訊。慣性式同步器廣泛應用於轎車和輕、中型貨車的變速器中。常用的結構形式有鎖環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，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

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。

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現同步，主要區別在於同 步環產生的摩擦力矩由於同步環內的彈簧片作用而得到成倍的增長。圖3所示為波爾舍自行增力式同步器。兩個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，轂的外緣有三個凸起的軸向鍵，與接合套1上的三個相應鍵槽配合。接合套與轂一起轉動，並可相對於轂軸向移動。接合齒圈3與常嚙合齒輪固定連接。彈性的開口同步環4、滑塊5、支承塊6及兩個彈簧片7均裝在接合齒圈內，並用擋片8加以軸向限位。滑塊5的凸起部插於同步環的開口處，處於空檔時兩側有間隙，支承塊內圓上的凸起則嵌入接合齒圈軸頸上相應的槽中，槽比凸起稍寬些。同步環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齒端也制出與其配合的內錐面。

只要接合套與待嚙合齒輪之間存在轉速差，彈簧片的支承力就阻止同步環直徑縮小，因而也就阻止了接合套移動。在二者的轉速差為零（同步）時，彈簧片卸除載荷，即以右彈簧片的上端為支點，彈簧片伸張，其下端頂住支承塊凸起右側，推動接合齒圈連同低檔齒輪一道順時針方向轉動一個角度，使彈簧片鬆弛，於是阻止同步環直徑縮小的支承力消失。此時，在不大的換檔力作用下，接合套便可壓縮同步環，與右側的接合齒圈接合，而同步環處於接合套的屋頂狀凹槽里，被可靠地定位。因此，在掛檔位置，毋需採用一般變速器所必須設置的自鎖裝置。在圖3所示的右視圖中，該齒輪接合齒圈內左右各有一個彈簧片，上述換檔過程中僅由右側的彈簧片起作用。當從下一個檔位換到該檔時，便由左側的彈簧片施加徑向力，加速同步過程。

由於彈簧片的增力作用，故這種同步器能使換檔更為省力並且迅速。

同步器