鎖銷式慣性同步器設(shè)計(jì)說明書

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1、鎖銷式慣性同步器設(shè)計(jì)摘要：同步器有常壓式、慣性式和慣性增力式三種。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。慣性式同步器能做到換擋時(shí)，在兩換擋元件之間的角速度達(dá)到完全相等之前不允許換擋，因而能很好地完成同步器的功能和實(shí)現(xiàn)對(duì)同步器的基本要求。本文主要是完成鎖銷式慣性同步器的設(shè)計(jì)，首先根據(jù)同步器經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算，確定鎖銷式同步器零件主要參數(shù)及各零件之間在設(shè)計(jì)計(jì)算中的關(guān)系式；然后使用Solidworks軟件對(duì)鎖環(huán)式同步器進(jìn)行三維建模，確定鎖銷式同步器的基本幾何參數(shù)和裝配位置參數(shù)。關(guān)鍵詞：鎖銷式；慣性；同步器；同步

2、時(shí)間；參數(shù)設(shè)計(jì)；強(qiáng)度校核synchronizerdesigned for useAbstract：Synchronizers have, atmospheric type, inertial type and inertia increase strength type. Atmospheric type synchronizer structure simple, but have not guarantee in synchronization condition of meshing pieces of faults, has no shift. Of widely used is in

3、ertial type synchronizer. Inertial type synchronizer depend on friction role in achieving synchronization with above them exclusively institutions guarantee of engagement with the spine tooth circle for engagement in inaccessible synchronism could not contact before between so as to avoid the tooth

4、impact. Inertia type synchronizer can shift, reach exactly equal in angular velocity between the two transmission components are not allowed to shift before, thus can complete the function o f the synchronizer and implementation to th e basic requirement of the synchronizer. This paper mainly comple

5、ted the design of the lock ring type inertial synchronizer, this paper, first of all, based on the experience of synchronizer formula calculation, determine the main parameters, the lock ring synchronizer parts and relation between various parts in the design and calculation of; Then use Solidworks

6、software to lock ring synchronizer for 3 d modeling, the basic geometric parameters of the lock ring synchronizer and assembly location parameters.Key words： synchronizer; Synchronization time;Parameter design; Strength check目錄1 前 言41.1本次課題設(shè)計(jì)的目的、意義41.2汽車同步器的應(yīng)用背景與要求51.3國內(nèi)外同步器的發(fā)展情況52同步器的性能要求及種類72.1 同步

7、器的性能要求72.1.1同步器性能影響因素72.1.2其他因素對(duì)同步器性能的影響82.2同步器分類及特點(diǎn)93同步器的類型選擇及具體參數(shù)選擇123.1同步器總方案的分析123.2.1鎖銷式同步器的工作原理133.2.2構(gòu)造分析133.3同步器參數(shù)選擇153.3.1同步環(huán)錐面角的確定153.3.2同步環(huán)錐面直徑和寬度的確定153.3.3錐面工作長度b153.3.4摩擦因數(shù)153.3.5同步環(huán)錐面螺紋和油槽的設(shè)計(jì)163.4鎖止角的計(jì)算173.4.1錐面摩擦系數(shù)1和鎖止面摩擦系數(shù)2183.4.2摩擦錐面平均半徑r1193.4.3同步環(huán)徑向厚度193.4.5同步時(shí)間t193.5同步環(huán)的材料203.6同步

8、器定位螺旋彈簧的設(shè)計(jì)204同步器鎖銷的設(shè)計(jì)214.1同步器鎖止角的確定214.2同步器鎖銷差的確定214.3同步器齒套的設(shè)計(jì)214.3.1齒套鎖銷孔和定位銷孔的設(shè)計(jì)214.3.2齒套接合齒的設(shè)計(jì)214.4同步器零件之間間隙的確定215同步器校核225.1同步器同步時(shí)間校核225.2花鍵轂齒輪基本尺寸確定235.3鎖銷彎曲強(qiáng)度校核245.4齒輪受力分析與齒輪齒面強(qiáng)度校核245.5齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算275.6接合套剪切強(qiáng)度校核285.7花鍵轂花鍵的校核295.8同步器定位螺旋彈簧的校核315.9同步器設(shè)計(jì)參數(shù)32參考文獻(xiàn)33外文翻譯331 前 言1.1本次課題設(shè)計(jì)的目的、意義本文來源于寧夏大學(xué)機(jī)

9、械工程學(xué)院交通運(yùn)輸專業(yè)。從汽車構(gòu)造教材，汽車設(shè)計(jì)及機(jī)械手冊(cè)中和從查閱得到的桑塔納2000型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的具體參數(shù)出發(fā)，針對(duì)轎車發(fā)動(dòng)機(jī)的特性和同步器的具體設(shè)計(jì)要求，采用正向設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思想，來完成同步器的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用Solidworks軟件完成部分零件和裝配過程。來輔助完成同步器的設(shè)計(jì)。通過用選用的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)所提供的參數(shù)，設(shè)計(jì)出與之相匹配的同步器，了解正向設(shè)計(jì)的基本過程。在設(shè)計(jì)的過程中，掌握Solidworks軟件的用法，加深對(duì)三維造型設(shè)計(jì)的了解。畢業(yè)設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用本學(xué)科的基本理論、專業(yè)知識(shí)和基本技能，提高分析與解決實(shí)際問題的能力，完成工程師的基本訓(xùn)練和初步培養(yǎng)從事科學(xué)研究工作的重

10、要環(huán)節(jié)。畢業(yè)設(shè)計(jì)也是完成教學(xué)計(jì)劃達(dá)到專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的一個(gè)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)；學(xué)生通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，綜合性地運(yùn)用幾年內(nèi)所學(xué)知識(shí)去分析、解決一個(gè)問題，在畢業(yè)論文的過程中，所學(xué)知識(shí)得到疏理和運(yùn)用，它既是一次檢閱，又是一次鍛煉。使學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手、動(dòng)筆能力得到鍛煉，增強(qiáng)了即將跨入社會(huì)去競爭，去創(chuàng)造的自信心。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，我們能更加具體的了解、學(xué)習(xí)本專業(yè)有關(guān)知識(shí)，更加充分運(yùn)用所學(xué)到的技能。畢業(yè)設(shè)計(jì)具有以下目的：(1)通過閱讀有關(guān)資料對(duì)當(dāng)前計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展有進(jìn)一步的了解。(2)融匯貫通幾年里所學(xué)習(xí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)理論知識(shí)。(3)綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)理論知識(shí)和技能提高獨(dú)立分析問題和解決實(shí)際問題的能力。 (

11、4)培養(yǎng)和提高與設(shè)計(jì)群體合作、相互配合的工作能力。（5）培養(yǎng)資料查閱能力和總結(jié)運(yùn)用能力。1.2汽車同步器的應(yīng)用背景與要求 背景：現(xiàn)代人對(duì)于汽車舒適性的追求，要求換擋平穩(wěn)迅速，省力無沖擊。而這反映到變速器上就是換擋時(shí)同步器沖擊反饋到變速桿上。同步器是汽車變速器的重要部件，它使同步器輸入、輸出部分同步后再結(jié)合，從而減小了換擋時(shí)的沖擊和噪聲，減輕換擋力，使得換擋平順，輕便，減輕駕駛員的疲勞。要求：為了保證變速器能換擋平順、輕便，減小駕駛者所能感受到的沖擊和噪聲，減輕換擋力，同步器的設(shè)計(jì)一般有以下要求：選擇合適的摩擦半徑和摩擦錐面角，使之滿足變速器同步時(shí)間的要求；操縱迅速而省力；同步容量足夠大，工作平

12、穩(wěn)，低噪聲；體積小、質(zhì)量輕，工作可靠；使用壽命長等。1.3國內(nèi)外同步器的發(fā)展情況1.3.1國外同步器的發(fā)展現(xiàn)在國外的同步器的發(fā)展主要分為兩個(gè)方面：一方面是對(duì)于同步器機(jī)械結(jié)構(gòu)的研究。在這方面，從同步器問世以來，國外先后發(fā)展出了鎖銷式、鎖環(huán)式、自增力式、短行程式以及雙錐面和多錐面式等各種類型的同步器。在此基礎(chǔ)上，國外重型變速器的各個(gè)廠商研制了各種特有的同步器技術(shù)，能夠使得變速器具有更好的換檔性能。其中美國伊頓公司就是以其獨(dú)特的雙中間軸式結(jié)構(gòu)而被人所周知，其代表性的變速器就是采用了同步器結(jié)構(gòu)的富勒系列變速器，它使的該變速器的換檔更加便捷而且增加了變速箱的使用壽命。另一方面是對(duì)于同步器摩擦材料以及制造

13、工藝的研究。在最開始的時(shí)候，同步器的摩擦材料普遍以銅基合金為主，現(xiàn)在隨著同步器的發(fā)展，越來越多的新型摩擦材料也相繼問世。例如樹脂同步環(huán)摩擦材料和碳纖維摩擦材料。這些新型摩擦材料相對(duì)于銅基合金都具有更好的耐磨性以及更大的摩擦系數(shù)。除此之外，采用新的摩擦材料制造工藝同樣可以改善同步環(huán)的摩擦性能。例如噴鉬工藝可以使同步環(huán)具有更穩(wěn)定的摩擦性能。在國外眾多變速箱廠商中最具有代表性的就是德國的采埃孚公司，其作為世界最大的變速器制造商，采埃孚公司先后研究出的用于重型商用車的新型 ECOMID 和 ECOSPLIT系列變速器就采用了 ZF-B、ZF-BK 型短行程同步器和 ZF-D 型雙錐面式同步器，其中同步

14、環(huán)的材料就選用了鋼基噴鉬同步環(huán)。其中 ZF-BK 型同步器可以很好的減小變速器的軸向尺寸，而 ZF-D 型雙錐面式同步器能夠提供更大的同步力矩，很好的提高同步性能。1.3.2國內(nèi)同步器的發(fā)展概況國內(nèi)的變速箱發(fā)展因?yàn)槠鸩捷^晚，缺乏技術(shù)儲(chǔ)備，其重型變速器技術(shù)多來自西方那些工業(yè)發(fā)達(dá)國家。因此，國內(nèi)的汽車變速器技術(shù)基本上是在對(duì)國外變速器的引進(jìn)和消化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。最具有代表性的就是陜西法士特汽車傳動(dòng)集團(tuán)有限責(zé)任公司。法士特品牌在重型商用車變速器市場上擁有著相當(dāng)大的市場占有率，其主打產(chǎn)品就是從美國伊頓公司引進(jìn)來的早期富勒系列變速器。其與美國伊頓公司通過合資的方式生產(chǎn)了 SYNCHRO-9 系列變速器

15、，它采用的是伊頓公司最新研發(fā)的自增力式同步器。但是，雖然該同步器具有同步力矩大、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但是其最大的限制就是采用的非金屬摩擦材料在國內(nèi)沒有辦法生產(chǎn)，必須通過進(jìn)口，增大了制造的成本。同時(shí)作為國內(nèi)最大的同步器專業(yè)制造商，天海汽車同步器廠為了適應(yīng)國內(nèi)汽車市場的需要，研制了用于輕、中型變速器的雙錐面式同步器，現(xiàn)在經(jīng)過試驗(yàn)，已經(jīng)取得了一定的成果。從近期來講，國內(nèi)的關(guān)于重型變速器的技術(shù)多依靠從國外企業(yè)中引進(jìn)而不是自主研發(fā)，雖然降低了國內(nèi)企業(yè)的研發(fā)成本，增加了企業(yè)效益，但是從長遠(yuǎn)的發(fā)展角度來看這是非常不利于中國汽車工業(yè)的發(fā)展。雖然我國現(xiàn)在重型變速器的制造裝配水平和工藝水準(zhǔn)相比于國外發(fā)達(dá)國家還不是很先

16、進(jìn)，但隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，運(yùn)輸車輛的安全性能和舒適性能定然會(huì)受到客戶更多的關(guān)注。2同步器的性能要求及種類2.1 同步器的性能要求同步器最重要的性能就是其同步性和鎖止性，因此無論在對(duì)同步器進(jìn)行設(shè)計(jì)或制造的過程當(dāng)中都一定要確保同步器的同步和鎖止性能的良好。（1）同步性 在司機(jī)對(duì)汽車進(jìn)行換擋時(shí)所花費(fèi)的時(shí)間越短，則汽車換擋時(shí)的平順性就越好，因此可以認(rèn)為同步器同步性能的優(yōu)劣可以用同步時(shí)間的長短來評(píng)價(jià)。同步時(shí)間越短，它的同步性能就越優(yōu)良。因?yàn)橥狡髦饕怯赏狡鲀?nèi)的摩擦片通過摩擦來實(shí)現(xiàn)整個(gè)同步過程，所以必須對(duì)同步器的摩擦系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的要求。具有較高摩擦系數(shù)。同步器能夠產(chǎn)生的同步力矩越大，則它需要的同步

17、時(shí)間就越短。而靠摩擦產(chǎn)生的同步力矩的大小則與摩擦接觸面的摩擦系數(shù)息息相關(guān)。因此為了保證同步器具有良好的同步性能就需要選用具有較高摩擦系數(shù)的摩擦材料來充當(dāng)同步器的摩擦接觸面。具有高耐磨性。為了保證同步器的使用壽命，在正常的使用條件下摩擦錐面的摩擦接觸面要具備較好的耐磨性具有抗超載能力。在實(shí)際造作過程中，駕駛員在換擋時(shí)有可能離合器還沒有脫開或沒有完全脫開的，因?yàn)檫@時(shí)候發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力沒有完全中斷，同步器就會(huì)承擔(dān)較大的載荷（2）鎖止性同步器的功能就是保證齒輪在轉(zhuǎn)速達(dá)到同步后再互相嚙合，避免換擋沖擊。因此只有同步器具有良好鎖止性能才能夠保證其同步性能的發(fā)揮。若沒有良好的鎖止性能來保證同步器的鎖止，具有再優(yōu)

18、秀同步性能的同步器在換擋時(shí)依然會(huì)產(chǎn)生換擋沖擊2.1.1同步器性能影響因素對(duì)任何摩擦式同步器來說，均可用換檔力F和同步時(shí)問t；的乘積(稱換檔沖量)來評(píng)價(jià)其性能的好壞。很明顯，最理想的同步器是既省力又能快速實(shí)現(xiàn)同步。也就是說，沖量值越小，同步器的性能越好。（1）減小錐面角 錐角越小則同步力矩Tc越大。但錐角過小時(shí)，容易產(chǎn)生粘附和楔死現(xiàn)象。通常取“6度7.5度?？墒?度錐角，若錐面粗糙度沒有嚴(yán)格控制，則有粘著和楔死的危險(xiǎn)。7度錐角在相同粗糙度產(chǎn)生相同摩擦系數(shù)情況下，很少產(chǎn)生楔死現(xiàn)象。所以同步環(huán)的內(nèi)錐面應(yīng)與錐轂的錐面精確配合，嚴(yán)格控制制造公差。用量規(guī)檢查時(shí)，其接觸面積應(yīng)不少于總面積的80。（2）增加同

19、步器平均摩擦半徑R。通常，鎖銷式同步器的D/A(D一錐面平均摩擦直徑；A一變速器孔中心距)約在1.01.2范圍內(nèi)；而滑塊式同步器只有0.91.0，個(gè)別達(dá)到1.1。所以一般說來鎖銷式同步器具有較大的扭矩容量。（3）增大摩擦系數(shù)。這是一個(gè)非常復(fù)雜的因素，而且是影響同步器性能的關(guān)鍵。平均摩擦系數(shù)的大小與率擦副的材料、潤滑油的種類、同步器的結(jié)構(gòu)以及加工質(zhì)量等密切相關(guān)。前已提及，在結(jié)構(gòu)參數(shù)和使用條件一定的情況下，換檔沖骷與摩擦系數(shù)成反比。2.1.2其他因素對(duì)同步器性能的影響潤滑油對(duì)同步器性能影響極大。變速器的阻力矩和同步器的摩擦系數(shù)受潤滑油的影響。潤滑油常常由一種礦物油作基劑加上專用的添加劑組成。潤滑油

20、的粘度影響同步初期的刮油速度。粘度過大時(shí)，同步環(huán)的螺紋不能及時(shí)破壞工作表面上的油膜。因此，不能快速提供足夠大的摩擦系數(shù)而導(dǎo)致撞擊。冷變速器在向上換高檔時(shí)，也常出現(xiàn)撞擊現(xiàn)象就是這個(gè)原因。此外，粘度過大必然增加換擋阻力，為向下?lián)Q低檔帶來困難。由于攪油產(chǎn)生的阻力矩是同步器必須消耗的功率。攪油消耗常常使齒輪系轉(zhuǎn)得慢些。因此，再換高檔時(shí)，攪油損耗扭矩常常有助于齒輪同步。而換低檔時(shí)，齒輪系速度增加。在給定的油的粘度、數(shù)量（升）和溫度時(shí)攪油損耗扭矩的增加與驅(qū)動(dòng)小齒輪的轉(zhuǎn)速成正比。攪油損耗也隨著變速器內(nèi)油量的增加而增大。大多數(shù)變速器加油到中間軸小齒輪半徑的1/31/2處?？紤]到齒輪噪音和邊界潤滑，油位在具體的

21、變速器中是各不相同的。另外，變速器的加油量對(duì)溫升也很敏感，高油面溫升大。由于油過熱后會(huì)變質(zhì)，不能承受壓力，同時(shí)添加劑也會(huì)分解，降低變速器使用壽命。2.2同步器分類及特點(diǎn)同步器都是利用摩擦原理實(shí)現(xiàn)同步的，目前汽車上采用的同步器具有多種結(jié)構(gòu)形式，主要有常壓式、慣性式、自增力式等形式。常壓式同步器工作不是很可靠，無論同步器兩端是否達(dá)到同步，接合套與接合齒圈都可能嚙合，無法避免不同步的嚙合沖擊，目前己基本被淘汰。現(xiàn)代汽車上大量采用的是慣性式同步器，它可以有效的避免齒間沖擊和噪聲。 （1）鎖環(huán)式同步器 鎖環(huán)式同步器是靠鎖環(huán)錐而與接合齒圈錐而摩擦來實(shí)現(xiàn)同步作用的，鎖環(huán)式同步器具有工作性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)緊湊，壽

22、命高等特點(diǎn)。只是由于變速器傳動(dòng)軸中心距尺寸不宜過多改變，同時(shí)同步器結(jié)構(gòu)的空間布置形式對(duì)變速器尺寸具有一定影響。因此，同步器同步摩擦錐的錐而半徑無法取大，這一特點(diǎn)使得鎖環(huán)式同步器的同步能力受到限制。為此鎖環(huán)式同步器的同步能力較小，鎖環(huán)式同步器大多使用在小型轎車、小型乘用車、小型商用車等車型中。如圖所示，三個(gè)凹槽均布與鎖環(huán)式同步器的花鍵毅上，與其對(duì)應(yīng)有三個(gè)可以沿凹槽滑動(dòng)的滑塊置于其中?；瑝K與接合套之間分別通過三個(gè)彈簧圈連接，滑塊中間的凸起部分正好抵在接合套的內(nèi)環(huán)槽內(nèi)。三個(gè)缺口均布鎖環(huán)上，鎖環(huán)的缺口分別與各個(gè)滑塊端部相抵，鎖環(huán)的缺口比滑塊的寬度大一個(gè)花鍵齒寬。換檔時(shí)施加在接合套上的換檔力推動(dòng)接合套，

23、帶動(dòng)滑塊將鎖環(huán)壓向接合齒圈，使鎖環(huán)的內(nèi)錐而與接合齒圈錐而接觸。由于換檔時(shí)同步器接合齒圈(輸入端)與花鍵毅(輸出端)分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)檔位的轉(zhuǎn)速，它們之間存在轉(zhuǎn)速差，因此摩擦錐而間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生摩擦力矩，該摩擦力矩會(huì)使鎖環(huán)相對(duì)于接合套轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，使滑塊的一端與鎖環(huán)缺口的一端接觸。此時(shí)接合套花鍵齒鎖止而與鎖環(huán)花鍵齒鎖止而相互壓緊，換檔力在鎖止斜而產(chǎn)生兩個(gè)分力，一個(gè)軸向推力和一個(gè)撥環(huán)力。然而此撥環(huán)力矩由于鎖止角的關(guān)系小于同步摩擦力矩，無法撥動(dòng)鎖環(huán)轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，此時(shí)處于鎖止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)同步器輸入端輸出端通過摩擦達(dá)到相同轉(zhuǎn)速時(shí)，同步摩擦力矩消失，鎖環(huán)在撥環(huán)力矩的作用下相對(duì)于接合套回轉(zhuǎn)一個(gè)角度，接合套在換檔力的

24、作用下繼續(xù)軸向移動(dòng)，越過鎖環(huán)，與接合齒圈接合，完成換檔。鎖環(huán)式同步器結(jié)構(gòu)緊湊，但因徑向尺寸小，錐面間產(chǎn)生的摩擦力矩較小，而且鎖環(huán)的接合齒端面，使用中會(huì)使齒端磨損而失效。故它適用于傳遞轉(zhuǎn)矩不大的轎車和輕型貨車的變速器。在中型貨車以上的變速器中，尤其是低速檔最好采用鎖銷式慣性同步器。1-一軸長嚙合齒輪 2-滑塊 3-撥叉 4-二軸齒輪 5、9-鎖環(huán)（同步環(huán)） 6-彈簧圈 7-花鍵轂 8-結(jié)合套 10-環(huán)槽 11-三個(gè)軸向槽 12-缺口(2)鎖銷式同步器 鎖銷式同步器與鎖環(huán)式同步器一樣都是通過摩擦實(shí)現(xiàn)同步，其工作過程與鎖環(huán)式同步器類似，鎖銷式同步器鎖元件是三個(gè)鎖銷，與三個(gè)鎖銷相對(duì)應(yīng)的是接合套上三個(gè)鎖

25、銷孔倒角，鎖銷穿過接合套上的鎖銷孔，將對(duì)稱于接合套兩側(cè)的摩擦錐環(huán)鉚接成整體框架結(jié)構(gòu)。另外有三個(gè)以彈簧及鋼球定位的定位銷。三個(gè)彈簧和定位鋼球是鎖銷式同步器的彈性元件，它們安在接合套的孔中，起到空檔定位作用，定位銷的兩端而與摩擦錐環(huán)的內(nèi)端而既保留了很小的軸向間隙，又有一定的徑向間隙，從而使定位銷的作用不干涉鎖銷。與鎖銷鉚接在一起的錐環(huán)和與之對(duì)應(yīng)的待同步接合齒輪上的錐盤為鎖銷式同步器的摩擦元件。換檔時(shí)，在換檔力的作用下，接合套軸向移動(dòng)，帶動(dòng)鋼球和定位銷推動(dòng)摩擦錐環(huán)向接合齒輪上的摩擦錐盤移動(dòng)并接觸，由于轉(zhuǎn)速不同，摩擦錐而間產(chǎn)生摩擦力矩，使錐環(huán)和鎖銷相對(duì)接合套轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，鎖銷倒角與接合套孔倒角接觸并壓

26、緊。此時(shí)由于換檔力在倒角斜而上的分力產(chǎn)生的撥正力矩小于同步摩擦力矩，無法使鎖銷相對(duì)接合套回轉(zhuǎn)一個(gè)角度，運(yùn)動(dòng)被鎖止。當(dāng)接合齒輪轉(zhuǎn)速與接合套轉(zhuǎn)速在摩擦力矩的作用下達(dá)到相等時(shí)，錐而間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，摩擦力矩消失，撥正力矩?fù)軇?dòng)鎖銷回轉(zhuǎn)到接合套孔中心，此時(shí)接合套壓下鋼珠并穿過鎖銷與接合齒圈接合，換檔完成。鎖銷式同步器因其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，摩擦錐而半徑較大，能產(chǎn)生的同步摩擦力矩比鎖環(huán)式同步器大得多，故廣泛應(yīng)用于中型及重型汽車上。 鎖銷式同步器（3）自行增力式同步器這種同步器與慣性式同步器一樣，也是利用摩擦原理實(shí)現(xiàn)同步，主要區(qū)別在于自行增力式同步器在同步環(huán)內(nèi)的彈簧片作用下，同步環(huán)所能產(chǎn)生的同步力矩得到很大提高。圖為波

27、舍爾自行增力式同步器。相互嚙合的一對(duì)齒輪空套于輸出軸上，而花鍵毅與輸出軸通過花鍵連接，花鍵毅上均布三個(gè)凸起的軸向鍵，分別與接合套上的鍵槽對(duì)應(yīng)。接合套隨毅旋轉(zhuǎn)，在軸向上與毅相對(duì)平移。接合齒圈與常嚙齒輪固定連接。彈性的開口同步環(huán)、滑塊、支撐塊及兩個(gè)彈簧片均裝在接合齒圈內(nèi)，并用擋片對(duì)其軸向進(jìn)行定位?；瑝K凸起的部分分別插入同步環(huán)的開口處，處于空檔情況時(shí)兩端會(huì)有間隙，支撐滑塊的內(nèi)圓凸起部分則插入與接合齒圈軸頸相對(duì)應(yīng)的槽里，槽比凸起稍寬些。同步錐環(huán)的外表而沿著軸向兩端制出外錐而，接合齒圈與接合套的兩側(cè)齒端同樣制出與其相配合的內(nèi)錐而。只要接合套與待嚙合齒輪之間存在轉(zhuǎn)速差，彈簧片的支撐力就阻止同步環(huán)直徑縮小，

28、因而也就阻止了接合套移動(dòng)。在兩者的轉(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，其下端頂住支撐塊凸起的右側(cè)，推動(dòng)接合齒圈連同低檔齒輪一起順時(shí)針方向轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，使彈簧片松弛，于是阻止同步環(huán)直徑縮小的支撐力消失。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)處于接合套的凹槽里，被可靠定位。因此，在換檔位置，無需采用一般變速器所必須設(shè)置的自鎖裝置。3同步器的類型選擇及具體參數(shù)選擇3.1同步器總方案的分析同步器有常壓式，慣性式和慣性增力式三種。常壓式同步器結(jié)構(gòu)雖然簡單，但有不能保證嚙合件在同步狀態(tài)下（即角速度相等）換擋的缺點(diǎn)，現(xiàn)已不用。

29、得到廣泛應(yīng)用的是慣性式同步器。慣性式同步器能做到換擋時(shí)，在兩換擋元件之間的角速度達(dá)到完全相等之前不允許換擋，因而能很好的完成同步器的功能和實(shí)現(xiàn)對(duì)同步器的基本要求。按結(jié)構(gòu)分，慣性式同步器有鎖銷式，滑塊式、鎖環(huán)式，多片式和多錐式幾種。雖然它們的結(jié)構(gòu)不同，但是它們都有摩擦元件、鎖止元件和彈性元件。在慣性式同步器中，彈性元件的重要性僅次于摩擦元件和鎖止元件，它用來使有關(guān)部分保持在中立位置的同時(shí)，又不妨礙鎖止、解除鎖止和完成換擋的進(jìn)行。鎖環(huán)式同步器由于摩擦面和換擋行程并行故軸向空間小，所以鎖止安全性及抗磨損強(qiáng)度高、嚙合傳遞性好?；瑝K式同步器工作可靠，零件耐用，但因結(jié)構(gòu)布置上的限制，轉(zhuǎn)矩容量不大，而且由于

30、鎖止面在同步錐環(huán)的接合套上，會(huì)因齒端磨損而失效，因而主要用于轎車和輕型貨車變速器中。 鎖銷式同步器的優(yōu)點(diǎn)是零件數(shù)量少，摩擦錐面平均半徑較大，使轉(zhuǎn)矩容量增加。這種同步器軸向尺寸長是它的缺點(diǎn)。鎖銷式同步器多用于最大總質(zhì)量大于6.0t的貨車變速器中。外錐式同步器在相同的直徑下提供比內(nèi)錐面大一點(diǎn)的摩擦力矩，使同步器可以迅速完成同步過程。但造價(jià)比較高，多用于高級(jí)轎車中。綜合以上因素以及對(duì)同步器可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性及持久性的考慮，我們選擇鎖銷式慣性同步器作為所需的同步器類型。3.2.1鎖銷式同步器的工作原理鎖銷式慣性同步器的結(jié)構(gòu)它由被同步齒輪、同步環(huán)、同步器鎖銷、齒套、定位鋼球、定位鋼球彈簧、同步器定位

31、銷組成。變速時(shí), 齒套帶動(dòng)同步器定位銷一起移動(dòng), 推動(dòng)同步環(huán)壓向被同步齒輪錐盤的內(nèi)錐面, 使兩錐盤相接觸, 二者一經(jīng)接觸便產(chǎn)生摩擦力矩。兩錐面接觸后, 由于齒套有換檔力作用, 使同步器鎖銷倒角與齒套鎖銷孔倒角相抵觸,而不能進(jìn)入接合,使兩錐面間存在正壓力而產(chǎn)生摩擦力矩，切向力產(chǎn)生撥環(huán)力矩,只要在設(shè)計(jì)上保證摩擦力矩大于撥環(huán)力矩,就能可靠地起到鎖止作用。隨著換檔力的繼續(xù)作用, 當(dāng)摩擦力矩等于慣性力矩時(shí), 輸入端與輸出端的角速度相同時(shí),慣性力矩等于零,摩擦力矩也等于零,實(shí)現(xiàn)了同步,使鎖銷相對(duì)于齒套轉(zhuǎn)過一個(gè)角度完成換檔。3.2.2構(gòu)造分析（1）鎖銷的作用a.連接作用鎖銷穿過接合套上的鎖銷孔，將對(duì)稱跨置于

32、接合套兩側(cè)的摩擦錐環(huán)鉚接成整體框架結(jié)構(gòu)；b.周向驅(qū)動(dòng)作用當(dāng)汽車行駛時(shí)，接合套通過鎖銷剛性地帶動(dòng)摩擦錐環(huán)一同旋轉(zhuǎn)；c.鎖止作用，鎖銷與鎖銷孔為滑動(dòng)配合，但鎖銷的中部直徑較小，因此在結(jié)構(gòu)上，只有在鎖銷與鎖銷孔對(duì)中時(shí)，接合套才能相對(duì)于鎖銷（包括摩擦錐環(huán)）作軸向移動(dòng)。否則，鎖銷軸與鎖銷孔的倒角相互抵觸。 （2）定位銷的作用a.定位作用如圖及A一A剖面圖所示，利用彈簧11的彈力將鋼球10壓入定位銷中部的環(huán)槽，以確定同步器的空檔位置； b.軸向驅(qū)動(dòng)作用接合套通過定位銷驅(qū)動(dòng)摩擦錐環(huán)向左或向右移動(dòng)，定位銷與接合套上的定位銷孔亦為滑動(dòng)配合。為了不與鎖銷的作用發(fā)生干涉，在結(jié)構(gòu)上定位銷的兩端面與摩擦錐環(huán)的內(nèi)端面既保

33、留了很小的軸向間隙，又有一定的周向間隙。在使用具有鎖銷裝置的慣性式同步器時(shí)，接合套5在軸向換檔撥叉力的作用下，通過鋼球10和定位銷4帶動(dòng)摩擦錐環(huán)3向左（4檔換5檔）或向右（5檔換4 檔）軸向移動(dòng)，使之與相應(yīng)的摩擦錐盤2接觸。當(dāng)具有轉(zhuǎn)速差的摩擦錐環(huán)和摩擦錐盤一經(jīng)接觸，便產(chǎn)生了摩擦力矩MO一方面，在該摩擦力矩M的作用下，摩擦錐盤（A鏈）經(jīng)過減速（4檔換5檔）或加速（5檔換4檔）過渡到與摩擦錐環(huán)（B鏈）同步，其過程分別見圖 2和圖3中的虛線所示；另一方面，在慣性力矩Mt的作用下，摩擦錐環(huán)連同鎖銷一同相對(duì)于接合套超前（4檔換5檔）或滯后（5檔換 4檔）轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，使得鎖銷中部小徑外圓緊靠在接合套鎖銷

34、孔的內(nèi)圓面上并繼續(xù)一同旋轉(zhuǎn)。這樣，鎖銷中部的鎖止倒角錐面與鎖銷孔相對(duì)的鎖止倒角錐面相抵觸，阻止接合套前移、掛檔。由此可見摩擦力矩M一經(jīng)產(chǎn)生，原經(jīng)接合套、鋼球、定位銷作用在摩擦錐環(huán)上的軸向換檔撥叉力便轉(zhuǎn)移而成為作用在鎖止面上的軸向分力。該力經(jīng)鎖銷作用在摩擦錐環(huán)上，使之與摩擦錐盤壓緊。在摩擦力矩M的作用下，摩擦錐環(huán)與摩擦錐盤迅速達(dá)到同步。只有在達(dá)到同步之時(shí)，起鎖止作用的A鏈慣性力矩消失，作用在鎖銷上的切向分力才能通過鎖銷使摩擦錐環(huán)、摩擦錐盤和A鏈一同相對(duì)于接合套回轉(zhuǎn)一個(gè)角度，使鎖銷重新與鎖銷孔對(duì)中，于是接合套便能輕易地克服鋼球的阻力而沿鎖銷移動(dòng)，直至與花鍵齒圈接合，實(shí)現(xiàn)掛檔。3.3同步器參數(shù)選擇3

35、.3.1同步環(huán)錐面角的確定在同步階段中摩擦力矩隨著錐面角T的減小而增大 , 為了增大同步器的容量 , 錐面角T應(yīng)盡取小值。但是它的極限值又受錐面角自鎖條件的限制 , 為了避免錐面角發(fā)生自鎖 , T的選取要滿足Tarctan (_為摩擦系數(shù) )。Ms=Fsr1sinMS為錐面摩擦力矩；Fs為接合套所受換擋力?？芍?，的值取得越小，則同步力矩MS就越大。但過小則摩擦錐面將產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象。在保持同步力矩MS不變的條件下，錐面動(dòng)摩擦系數(shù)1越大，則就可取得越大些。避免自鎖的條件是tan。可知，的最小值要受到兩個(gè)錐面之間的靜摩擦系數(shù)S值的大小的限制。所以，綜上所述一般取=68。=6時(shí)，摩擦力矩較大，但在錐面的

36、表面粗糙度控制不嚴(yán)時(shí)，則有粘著和咬住的傾向；在=7時(shí)就很少出現(xiàn)咬住現(xiàn)象。所以本文選擇=7。3.3.2同步環(huán)錐面直徑和寬度的確定在中間軸結(jié)構(gòu)允許的情況下 , 為了增大錐面間的摩擦力矩 , 縮短同步時(shí)間 , 同步環(huán)錐面直徑應(yīng)盡量取大值。同步環(huán)錐面寬B與摩擦錐面的發(fā)熱有關(guān) , 一般取 B= R鎖 /10 R鎖 /14 ( R鎖為撥環(huán)半徑 )。3.3.3錐面工作長度b縮短錐面工作長度b，可使變速器的軸向長度縮短，但同時(shí)也減小了錐面的工作面積，增加了單位壓力并使磨損加劇。設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)下式計(jì)算確定b：b=Mm2pr12式中，p為摩擦面的許用壓力，對(duì)黃銅與鋼的摩擦副，p=1.01.5MPa；Mm為摩擦力矩；

37、為摩擦因數(shù)；r1為摩擦錐面的平均半徑。經(jīng)計(jì)算得b=1.98。所以b取2mm。3.3.4摩擦因數(shù)汽車在行駛過程中換擋，特別是在高檔區(qū)換擋次數(shù)較多，意味著同步器工作頻繁，同步器是在同步環(huán)與連接齒輪之間存在角速度差的條件下工作，要求有足夠的使用壽命，應(yīng)當(dāng)選用耐磨性能良好的材料，為了獲得較大的摩擦力矩，又要求用摩擦因數(shù)大而且性能穩(wěn)定的材料制作同步環(huán)。另一方面，同步器在油中工作，使摩擦因數(shù)減小，因此要兼顧兩方面。摩擦因數(shù)的選取不僅與選用材料有關(guān)，還和工作面的表面粗糙度，潤滑油種類和溫度等因素有關(guān)。作為與同步環(huán)錐面接觸的齒輪上的錐面部分與齒輪做成一體，用低碳合金鋼制成。對(duì)錐面的表面粗糙度要求較高，用來保證

38、在使用過程中摩擦因數(shù)變化小。若錐面的表面粗糙度值大，則在使用初期容易損害同步環(huán)錐面。同步環(huán)常選用能保證具有足夠高的強(qiáng)度和硬度、耐磨性能良好的黃銅合金制造。由黃銅合金與鋼材構(gòu)成的摩擦副，在油中工作的摩擦因數(shù)取為0.1。摩擦因數(shù)對(duì)換擋齒輪和軸的角速度能迅速達(dá)到相同有重要作用。摩擦因數(shù)大，則換擋省力或縮短同步時(shí)間；摩擦因數(shù)小則反之，甚至失去同步作用。為此，在同步環(huán)錐面處制有破壞油膜的細(xì)牙螺紋槽及與螺紋槽垂直的泄油槽，用來保證摩擦面之間有足夠的摩擦因數(shù)。3.3.5同步環(huán)錐面螺紋和油槽的設(shè)計(jì)為了破壞被同步齒輪內(nèi)錐面上的油膜 , 增大摩擦力矩 , 同步環(huán)錐面上需車制螺紋 , 并在螺紋垂直方向開設(shè)排油槽 ,

39、 油槽的大小及數(shù)量應(yīng)根據(jù)同步環(huán)錐面直徑來確定。一般油槽寬為 2mm 4mm, 數(shù)量 30個(gè) 40 個(gè)。同步環(huán)螺紋齒頂寬對(duì)摩擦系數(shù)的影響較大 , 在設(shè)計(jì)時(shí) ,一般螺紋齒頂寬為 0. 15mm 0. 2mm,螺紋牙形角為 50, 螺距為 0. 65mm 0. 9mm。若螺紋槽螺線的頂部設(shè)計(jì)的窄些，則刮去存在于摩擦錐面之間的油膜效果好。但頂部寬度過窄會(huì)影響接觸面壓強(qiáng)，使磨損加快。螺紋的齒頂寬對(duì)的影響很大，隨齒頂?shù)哪p降低，換擋費(fèi)力，故齒頂寬不易過大。螺紋槽設(shè)計(jì)的大些，可使被刮下來的油存在于螺紋之間的間隙中，但螺距增大又會(huì)使接觸面減少，增加磨損速度。圖3-5中給出的尺寸適用于輕、中型汽車，圖3-6適用

40、于總質(zhì)量大些的貨車。通常軸向泄油槽為612個(gè)，槽寬24mm。3-1同步環(huán)螺紋槽a3-2同步環(huán)螺紋槽b3.4鎖止角的計(jì)算 鎖止角選取得正確，就可以保證只有在換擋的兩個(gè)部分之間角速度差達(dá)到零值時(shí)才能進(jìn)行換擋。影響鎖止角選取的因素，主要有摩擦因數(shù)、摩擦錐面平均半徑r1、鎖止面平均半徑和錐面半錐角。已有結(jié)構(gòu)的鎖止角在2642范圍內(nèi)變化。從下式 tanr2sin-12r11r1+2r2sin式中 1為錐面摩擦系數(shù)；2為鎖止角摩擦系數(shù)；r1為摩擦錐面平均半徑；r2為鎖止面平均半徑可以看出，鎖止角的大小是和許多選定了的幾何尺寸有關(guān)，不過影響最大的一個(gè)因素要算是錐面之間的動(dòng)摩擦系數(shù)1了。角要取得大些，使所產(chǎn)生

41、的切向摩擦力矩足以阻止發(fā)生不同步嚙合的不正?，F(xiàn)象，直到同步時(shí)摩擦力矩消失，實(shí)現(xiàn)同步嚙合為止。鎖止角過大，就是說齒端面太鈍時(shí)，只能給齒的嚙合造成困難。有時(shí)在汽車起步時(shí)，發(fā)生鎖環(huán)齒難以嚙合的問題，這可能是鎖環(huán)式同步器所取的鎖止角過大的緣故，這也是鎖環(huán)式同步器的一個(gè)缺點(diǎn)。下面分析一下鎖止角、錐面摩擦系數(shù)1和鎖止角摩擦系數(shù)2的關(guān)系。 tanr2sin-12r11r1+2r2sin=sin-12r1r21r1r2+2sin=2本文取鎖止角為423.4.1錐面摩擦系數(shù)1和鎖止面摩擦系數(shù)2當(dāng)同步環(huán)以及同步器摩擦副的材料選定后，錐面摩擦系數(shù)1和鎖止面摩擦系數(shù)2與表面光潔度有關(guān)，錐面摩擦系數(shù)1還與潤滑油種類和溫

42、度等有關(guān)。鎖環(huán)式同步器的錐面角和鎖止角均分別取常用值7和42，摩擦錐面平均半徑和鎖止齒面平均半徑的比值在鎖環(huán)式同步器中一般取0.75。由于撥正力矩M為M=F2r2(1-2tan)tan+2 r2為同步環(huán)花鍵分度圓半徑；F2為接合套換擋軸向力。根據(jù)以上公式y(tǒng)=MSM=1r1r2tan+2sin1-2tan所以，當(dāng)假定2=0.07,繪制如圖3-8所示.圖3-3 扭矩比與錐面摩擦系數(shù)關(guān)系假定MSM=1，則錐面摩擦系數(shù)1與鎖止面摩擦系數(shù)2存在著以下極限關(guān)系：1=sin1-2tantan+2r2r1另外，由于值M必須大于零，所以21tan因此，2 S4 ,S5= S2- S1= d /( 2tanT)。

43、式中:S 齒套與接合齒之間的空檔間隙;S1 錐環(huán)與錐盤兩基面之間的空檔間隙 , 設(shè)計(jì)時(shí)取 S1= 1mm 2. 5mm;S2 錐環(huán)小端與錐盤內(nèi)端面之間的間隙 , 設(shè)計(jì)時(shí)取 S2= 3. 5mm 4mm;S3 鎖銷倒角與齒套鎖銷孔倒角之間的空檔間隙 , 設(shè)計(jì)時(shí)取 S3 = 0. 95mm1.1mm;S4 同步器定位銷與同步環(huán)之間的空檔間隙 , 設(shè)計(jì)時(shí)取 S4= 0. 25mm 0. 35mm;S5 同步器的后備行程 , 設(shè)計(jì)時(shí)取 S5=2.5mm 3mm;d 同步環(huán)徑向磨損量。當(dāng) S S1 時(shí) ,同步器不起作用 , 錐面未接觸前 , 齒套與被同步齒輪接合齒先碰上 , 沖擊發(fā)響 , 同步器等于虛設(shè)

44、。當(dāng) S S1+ S2+ S3 時(shí) ,同步器正常工作 ,直到同步器磨損到預(yù)定的尺寸為止。當(dāng) S3 S4 時(shí) , 同步器鎖銷過早地進(jìn)入了齒套鎖銷孔 , 同步器鎖止條件不能實(shí)現(xiàn) , 等于無同步器。5同步器校核5.1同步器同步時(shí)間校核對(duì)乘用車和客車F=60N，變速桿手柄到接合套的傳動(dòng)比為igs，則作用在同步器摩擦錐面上的軸向力Fs=Figs (5-1)式中為換擋的傳動(dòng)效率。由此可以算得工作面上的摩擦力矩Ms為:Ms=1sinFr1 （5-2)式中，為摩擦錐面錐角；1為工作錐面間的摩擦系數(shù)；r1為摩擦錐面的平均半徑.同步時(shí)的摩擦力矩方程式為F1r1sin=jret1ik+1-1ikt=sinF1r11

45、ik+1-1ikjree為發(fā)動(dòng)機(jī)角速度,式中jr為第一軸和第二軸常嚙合齒輪連接在一起轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；簡化計(jì)算jr=12mr2 (5-3)滿足條件：同步時(shí)間，乘用車的變速時(shí)間，高擋取0.15-0.30s，低擋取0.50-0.80s。手柄力對(duì)轎車變速器高擋取60 N，低擋取100N。在一擋（傳動(dòng)比為3.077）換入二檔（傳動(dòng)比為2.011），校核同步器同步時(shí)間如下：已知條件，如表4-1：表4-1同步器低擋傳動(dòng)參數(shù)表sini1i0r2r11Fp0.1222.0113.07760280.111007850m=Pr22*20 由公式得 t=sinF1R1ik+1-1ikjre （5-4） 結(jié)果：t=

46、0.61s在四檔（傳動(dòng)比為1.074）換入五檔（傳動(dòng)比0.75），校核結(jié)果如下: 由已知條件，如表4-2: 表4-2同步器高擋傳動(dòng)參數(shù)表sini4i5r2r11FP0.1221.0740.7560mm28mm0.11100N7850Nm=Pr22*20由公式(5-4)得：結(jié)果：t=0.152s5.2花鍵轂齒輪基本尺寸確定齒輪的損傷形式雖然多種多樣，但在某一具體適用場合并不同時(shí)發(fā)生，因此其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則取決于輪齒可能出現(xiàn)的損傷形式。目前，針對(duì)前述失效形式中的齒面磨損和塑性變形等，尚未建立起廣為工程使用且行之有效的計(jì)算方法和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，因此在設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，通常只對(duì)彎曲疲勞強(qiáng)度和齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。

47、花鍵轂選用材料為20CrMnTi,采用滲碳淬火，齒面硬度較高，耐沖擊性能好?；ㄦI轂選用標(biāo)準(zhǔn)圓柱直齒輪，有標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)查得，根據(jù)同步器初步選用齒輪模數(shù)為m=2mm，并初步選定齒輪齒數(shù)z=36,ha*=1,c*=0.25。壓力角=20。確定花鍵轂齒輪分度圓直徑為：d=mz=72mm齒輪齒頂高為：ha=ha*m=2mm齒輪齒根高為：hf=ha*+c*m=1.25m=2.5mm所以初步選用齒輪基本尺寸如下：花鍵轂齒輪模數(shù)m=2mm,齒輪齒數(shù) z=36,軸徑d=30mm，花鍵轂寬度b=25mm,鎖環(huán)與接合齒圈，接合套齒形齒數(shù)與花鍵轂相同，由花鍵轂齒形參數(shù)確定,接合套選用材料和齒輪相同，鎖環(huán)則初步選用鋁青銅材

48、質(zhì)。齒輪基本參數(shù)確定，相關(guān)零件進(jìn)行校核。5.3鎖銷彎曲強(qiáng)度校核5.4齒輪受力分析與齒輪齒面強(qiáng)度校核齒輪傳動(dòng)受力分析的目的是為了計(jì)算輪齒強(qiáng)度和為支承齒輪的軸和軸承提供設(shè)計(jì)計(jì)算所需的作用力的數(shù)值。由于齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)一般均加以潤滑，嚙合齒面間的摩擦力通常很小，故作受力分析時(shí)可略去輪齒齒廓在節(jié)點(diǎn)C嚙合時(shí)相互作用的總壓力，即為法向力Fn,其方向沿嚙合線方向。Fn可以分解為兩個(gè)相互垂直的分力，即圓周力Ft和徑向力Fr,由圖4-3可知各力大小如下：Ft=2000T1/d1 (5-5)Fr=Fttan (5-6)Fn=Ft/cos (5-7)圖4-3直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的受力分析鎖環(huán)在工作過程中，由輪齒的失效形式分析

49、可知齒面點(diǎn)蝕是齒輪傳動(dòng)的主要失效形式之一，因而需對(duì)鎖環(huán)的輪齒齒面進(jìn)行接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算進(jìn)行校核.接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算是以Herts接觸應(yīng)力公式為基礎(chǔ)的。根據(jù)齒面疲勞強(qiáng)度公式，可以得到在預(yù)期壽命內(nèi)保證輪齒不發(fā)生齒面點(diǎn)蝕損傷的強(qiáng)度條件應(yīng)為：H=11-12E1+1-22E2wH (5-8)式中： H 計(jì)算接觸應(yīng)力；E1、E2和1、2 小齒輪、大齒輪材料的彈性模量和泊松比； w 輪齒單位長度計(jì)算載荷； 綜合曲率半徑； H 許用接觸應(yīng)力。對(duì)于漸開線齒輪來說齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核公式為:H=ZEZHZ2000KT1dd13u1uH (5-9)ZE 彈性影響系數(shù)； ZH 區(qū)域系數(shù)； Z 重合度系數(shù)。在齒輪中兩齒輪齒

50、面接觸點(diǎn)處的接觸應(yīng)力H是相等的，但其許用應(yīng)力分別與各自的材料、熱處理方法及應(yīng)力循環(huán)次數(shù)有關(guān)，一般不相同，用此公式計(jì)算時(shí)代入許用應(yīng)力中的較小值。齒輪傳動(dòng)的許用接觸應(yīng)力是根據(jù)試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限Hlim確定的。由于Hlim是在標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下得到的結(jié)果，因此當(dāng)齒輪傳動(dòng)的實(shí)際工作條件與實(shí)驗(yàn)條件不同時(shí)，應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。所以在此次設(shè)計(jì)中齒輪的許用接觸應(yīng)力按下式計(jì)算：H=HlimSHlimZN (5-10)式中：Hlim 實(shí)驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限，MPa，其值由表查取 ZN 接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)； SHlim 接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)，由表（5-4）查取。表5-4最小安全系數(shù)參考值使用要求最小安全系數(shù)SHli

51、mHlim高可靠度（失效概率0.0001）1.501.602.00較高可靠度（失效概率0.0011.251.301.60一般可靠度（失效概率0.01）1.001.101.25低可靠度（失效概率0.1）0.851.00查得ZN=1.42 SHlim=1.30 Hlim=660MPa所以根據(jù)公式(4-10):H=HlimSHlimZN得許用接觸應(yīng)力：H=624.8MPa根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核公式(4-9):H=ZEZHZ2000KT1dd13u1uK=KAKVKK K 載荷系數(shù)； KA 使用系數(shù)； KV 動(dòng)載系數(shù)； K 齒向載荷分布系數(shù)； K 齒間載荷分配系數(shù)。查資料得 彈性系數(shù)ZE取156.6

52、，節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH取2.2.T1=9550Pn1P 所傳遞的功率；n1 為小齒輪的轉(zhuǎn)速。通過查詢得桑塔納車型最大扭矩為155Nm,最大轉(zhuǎn)速為3800r/min重合度系數(shù)：Z=4-/3重合度公式為1.88-3.21z11z2cos (5-11)得=1.88重合度系數(shù)Z=0.841由已知條件，如表5-5：表4-6齒輪齒面強(qiáng)度計(jì)算參數(shù)ZHZEZd1dKAKVKKFt2.2156.61.8872mm0.30611.251.31.281.1100N經(jīng)計(jì)算得H=289.74MPaH=624.8MPa經(jīng)檢驗(yàn)齒輪齒面接觸強(qiáng)度合格。5.5齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算當(dāng)同步器花鍵轂齒輪受載時(shí)，齒根所受彎矩最大，因此齒根處

53、彎曲疲勞強(qiáng)度最低。實(shí)踐表明，齒輪在長期工作后，在輪齒齒根處的受拉側(cè)和受壓側(cè)都會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋，故輪齒的疲勞折斷通常在受拉側(cè)發(fā)生。因此在進(jìn)行彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，應(yīng)以輪齒受拉側(cè)的齒廓根部的最大拉應(yīng)力為名義彎曲應(yīng)力。計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力時(shí)，還應(yīng)考慮重合度的影響，引入重合度系數(shù)Y進(jìn)行修正?？紤]齒根處應(yīng)力集中作用和彎曲應(yīng)力以外的其它應(yīng)力的影響引入應(yīng)力修正系數(shù)YSa.再計(jì)入載荷系數(shù)K，可得齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核公式為:F=KFtbmYFaYSaYF (5-12)式中： F 計(jì)算彎曲應(yīng)力； YSa 載荷作用于齒頂時(shí)的應(yīng)力修正系數(shù)，對(duì)于漸開線外嚙合圓柱齒輪（n=20,han=mn，cn=0.25mn，基本齒條齒根過渡

54、圓角半徑f=0.375mn) ，其值可查圖； Y 彎曲強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的重合度系數(shù)； F 許用彎曲應(yīng)力。K=KAKVKK Y可按下式計(jì)算：Y=0.25+0.75許用彎曲應(yīng)力F是根據(jù)試驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞極限Flim確定的，是在標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下得到的，應(yīng)進(jìn)行修正。所以齒輪的許用彎曲應(yīng)力按下式計(jì)算：F=FlimSFlimYSTYN (5-13)式中：Flim 試驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞極限； YST 試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)； YN 彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù)； SFlim 齒根彎曲強(qiáng)度的最小安全系數(shù)。在此次計(jì)算中取以下條件，如表5-6：表4-7齒輪齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算參數(shù)KAKVKKFtbmYFaYSa1.251.31.281.1

55、100N22mm22.11.86由公式: Y=0.25+0.75 （5-14）得Y=0.649由公式（4-13）可得齒根彎曲疲勞強(qiáng)度：F=KFtbmYFaYSaY=131.8096MPa由已知條件得：Flim=210MPa，SFlim=1.60，按國家標(biāo)準(zhǔn)YST=2.0，YN=0.98。計(jì)算得： F=FlimSFlimYSTYN=257.25MPa因?yàn)?F=131.81MPa F=257.25MPa FF 所以齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度合格。5.6接合套剪切強(qiáng)度校核在換擋撥叉工作過程中，撥叉撥動(dòng)接合套工作，接合套凹槽根部受到撥叉給到的剪切力作用，在接合套凹槽根部受到剪切作用，需要對(duì)接合套凹槽根部進(jìn)行校核。F為作用于齒套上的換擋力，一般計(jì)算中取換擋力100 N,這是基于轎車變速器，在此設(shè)計(jì)中選取F=150N。在撥叉與接合套接觸中，如圖4-4，接合套受到剪切作用。對(duì)于接合套進(jìn)行剪切校核：剪切力F=150N，由撥叉對(duì)接合套起作用