【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 83。 32 展望 32 參考文獻(xiàn) 33 致謝 34 九江學(xué)院機(jī)材學(xué)院車輛工程畢業(yè)設(shè)計(jì) A0721王雄 1 第一章 緒 論 同步器發(fā)展現(xiàn)狀簡(jiǎn)述 同步器是汽車變速器的重要部件，它使變速器主、從動(dòng)部分同步后再接合，從而減少接合沖擊和噪聲，減輕換檔力， 使換檔平順，從而延長(zhǎng)了變速器的壽命。近年來隨著汽車的發(fā)展，對(duì)同步器提出愈來愈高的要求。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)高馬力化和高轉(zhuǎn)速比使得換檔時(shí)同步器所需操縱功能在不斷增加。在這種情況下就必須加快對(duì)同步器的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)汽車同步器結(jié)構(gòu)參數(shù)是一項(xiàng)非常費(fèi)時(shí)和艱苦的工作，而且難以求得較理想的設(shè)計(jì)參數(shù)，不利于產(chǎn)品性能的提高。 而近年來以 CAD/CAE集成技術(shù)為核心的仿真驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)，使得同步器制造新品的開發(fā)周期大為縮短同時(shí)也使得以往設(shè)計(jì)中的一些經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)可以以量化的形式出現(xiàn)，使得產(chǎn)品的開發(fā)效率更高。 近年來，國(guó)外汽車和變 速器廠家對(duì)同步器作了大量的研究工作?？傮w上有以下幾種特點(diǎn)和局勢(shì)： 1) 結(jié)構(gòu)上作了很大改進(jìn)，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，同步力矩大，工作可靠。 2) 制造和材料上采用了新工藝和新材料。 3) 設(shè)計(jì)方法上采用了現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。 4) 在試驗(yàn)上進(jìn)行了許多深入細(xì)致的研究。 本文內(nèi)容 及選題意義 本文課題來源于 九江學(xué)院機(jī)材學(xué)院車輛工程專業(yè) 。 從桑塔納 2021型轎車的用戶手冊(cè)中得到的 SVW7180LEi型發(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)的特點(diǎn)和具體 同步器 的設(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)的過程中，充分 利用 UG/Unigraphics和 MathCAD兩個(gè)軟件，來輔助完成 同步器的設(shè)計(jì)。 通過 用 任意一個(gè)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 UG/Unigraphics軟件 的用法，加深對(duì)三維造型設(shè)計(jì)的了解。 九江學(xué)院機(jī)材學(xué)院車輛工程畢業(yè)設(shè)計(jì) A0721王雄 2 應(yīng)用軟件介紹 在設(shè)計(jì)過程中主要應(yīng)用了 UG/Unigraphics 和 MathCAD 兩個(gè)軟件。UG/Unigraphics 用來做同步器的三維建模和有限元分析， MathCAD 用來做同步器同步時(shí)間和鎖環(huán)強(qiáng)度的校核。 1） UG/Unigraphics 簡(jiǎn)介 Unigraphics （簡(jiǎn)稱 UG） 是 美國(guó) Unigraphics Solutions of EDS 公司 推出的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助制造、輔助工程（ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ）一體化軟件，它在全球的航空航天、汽車、模具和電器電子等各個(gè)生產(chǎn)行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，它可以完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、分析、加工、檢驗(yàn)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的全過程。 Unigraphics 功能如下： （ 1） 特征操作 （例如：凸臺(tái)、槽、倒角、腔、殼等）； （ 2） 參數(shù)化（參數(shù) 、 尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等）； （ 3） 通過零件的特征值之間，載荷 /邊界 條件與特征參數(shù)之間（如表面積等）的關(guān)系來進(jìn)行設(shè)計(jì)。 （ 4） 貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性 (任何一個(gè)地方的變動(dòng)都將引起與之有關(guān)的每個(gè)地方變動(dòng) )。其它輔助模塊將進(jìn)一步提高擴(kuò)展 UG/Unigraphics的基本功能。 2） MathCAD 簡(jiǎn)介 MathCAD是由 Math Soft公司推出的一種交互式數(shù)值計(jì)算系統(tǒng)。當(dāng)輸入一個(gè)數(shù)學(xué)公式、方程組、矩陣等，計(jì)算機(jī)將直接給出計(jì)算結(jié)果，而無須去考慮中間計(jì)算過程。因而 MathCAD在很多科技領(lǐng)域中承擔(dān)著復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算 ,圖形顯示和文檔處理，是工程技術(shù)人員不可多得的有力工具。 MathCAD有五個(gè)擴(kuò)展庫(kù) ,分別是求解與優(yōu)化 ,數(shù)據(jù)分析 ,信號(hào)處理 ,圖像處理和小波分析。 同步器設(shè)計(jì)方案選擇 同步器工作原理 在變速瞬間 , 變速器的輸入端和輸出端的轉(zhuǎn)速都在變化著 , 輸出端與汽車整車相連其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J出 輸出相當(dāng)大 ,換檔作用時(shí)間較短 , 可認(rèn)為在換檔的瞬間九江學(xué)院機(jī)材學(xué)院車輛工程畢業(yè)設(shè)計(jì) A0721王雄 3 輸出端轉(zhuǎn)速是恒定的。而輸入端在接觸錐面上產(chǎn)生的摩擦力矩作用下 , 克服輸入端被接合零件的等價(jià)慣性力矩 , 在最短時(shí)間內(nèi)使輸入端與輸出端的轉(zhuǎn)速達(dá)到同步。在實(shí)現(xiàn)同步之后完成變速 , 這就是同步器的工作原理 , 見圖 。 鎖環(huán)式同步器結(jié)構(gòu)見圖 。 圖 同步器示意圖 圖 鎖環(huán)式同步器 下面以采用同步器的變速器從二擋換入三擋時(shí)來說明鎖環(huán)式慣性同步器的工作原理。 1)空擋位置 圖 。此時(shí)齒輪 A和接合套 C(連同鎖環(huán) B)都在本身及其所聯(lián)系的一系列運(yùn)動(dòng)件的慣性作用下 ，繼續(xù)沿著原方向 (如圖中箭頭所示 )旋轉(zhuǎn)。設(shè)齒輪 A、鎖環(huán) B和接合套 C的轉(zhuǎn)速分別為na、 nb和接合套 nc。因接合套通過鎖環(huán)上的擋塊，推動(dòng)鎖環(huán)一起旋轉(zhuǎn)，因而 na=nc，故 nanb。此時(shí)鎖環(huán) B處于自由狀態(tài)。故其內(nèi)錐面與齒輪的外錐面并 不接觸，如圖九江學(xué)院機(jī)材學(xué)院車輛工程畢業(yè)設(shè)計(jì) A0721王雄 4 。 圖 空擋時(shí)同步器工況 圖 有摩擦力矩時(shí)同步器工況 2)接合套移動(dòng)摩擦力矩產(chǎn)生 當(dāng)要掛人直接擋時(shí)，通過變速桿使撥叉(嵌入接合套凹槽之中 )推動(dòng)接合套 C，并帶動(dòng)滑塊 D一起 (左 )移動(dòng)。當(dāng)滑塊前端面與鎖環(huán) B接口端面接觸時(shí)，便推動(dòng)鎖環(huán)移向齒輪使兩錐面接觸。由于駕駛員作用在接合套 C上的推力，使兩錐面間存在正壓力，以及二者之間又有轉(zhuǎn)速差，故一經(jīng)接觸便產(chǎn)生摩擦力矩，通過此摩擦力矩的作用，齒輪 A即帶動(dòng)鎖環(huán)相對(duì)于接合套 C轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，使鎖環(huán) 擋塊靠在接合套切口的一側(cè)上為止 (圖 )，隨后則只能與接合套同步旋轉(zhuǎn)。 3)撥環(huán)力矩的產(chǎn)生 由于駕駛員始終作用在接合套上一軸向推力，于是在鎖環(huán)齒端倒角面上產(chǎn)生正壓力 F，該力可分解為軸向分力 F1和切向分力F2兩個(gè)分力。切向分力 F2所形成的力矩有使鎖環(huán)相對(duì)于接合套反向轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì) ，稱此力矩為撥環(huán)力矩。軸向分力 F1則使鎖環(huán) B和齒輪 A二者的錐面繼續(xù)壓緊，保持所產(chǎn)生的摩擦力矩的作用。 4)摩擦力矩增長(zhǎng) 隨著駕駛員繼續(xù)加于接合套 C的推力加大，摩擦面上的摩擦力矩此時(shí)不斷增加 ，使齒輪 A的轉(zhuǎn)速降低。當(dāng)摩擦力 矩達(dá)到最大值而等于齒輪 A的慣性力矩時(shí)，接合套 C、鎖環(huán) B和齒輪 A 即達(dá)到同步，并一起保持同步旋轉(zhuǎn)。此后齒輪 A與鎖環(huán) B不再存在轉(zhuǎn)速差，于是慣性力矩消失，但由于使兩摩擦面緊密結(jié)合著，從而在切向分力在軸向推力作用所產(chǎn)生的靜摩擦力矩 M1仍然存在，使兩摩擦面緊密結(jié)合著，從而在切向分力 F1形成的撥環(huán)力矩 M1的作用下，使鎖環(huán)連同齒輪及與之相連的所有輸入端的零件一起相對(duì)于九江學(xué)院機(jī)材學(xué)院車輛工程畢業(yè)設(shè)計(jì) A0721王雄 5 接合套反向倒轉(zhuǎn)一角度，使兩個(gè)花鍵齒不再抵觸，鎖環(huán)的鎖止作用消除，于是接合套壓圈繼續(xù)前左移。而與鎖環(huán)的花鍵齒圈進(jìn)入接臺(tái)狀態(tài) (圖 )。 圖 摩擦力矩增長(zhǎng)時(shí)同步器工況 圖 完成換擋時(shí)同步器工況 完成換檔，接合套齒圈與鎖環(huán)齒圈接后，作用在鎖環(huán)齒圈的軸向分力 F1不再存在，錐面上正壓力和錐面間的摩擦力矩也就消失。如果此時(shí)接合套花鍵齒與齒輪的花鍵齒端發(fā)生抵觸 (圖 )，則與上述相似。作用在齒輪花鍵齒倒角面上的切向反力便使齒輪及與其相聯(lián)系的輸入端零件相對(duì)于鎖環(huán)和接合套反轉(zhuǎn)一個(gè)角度．使接合套與齒輪的花鍵齒圈進(jìn)入接合狀態(tài)．而最后完成換入直接擋 (低擋換高擋 )的過程。 如果高擋換低檔時(shí)，上述過程也相似，只是接合套向相反 方向 (右 )移動(dòng)。 同步器總方案的分析 同步器位置布置從理論上看有兩種可能性 : 1） 接合套在空轉(zhuǎn)齒輪上，同步環(huán)布置在接合套和軸之間。 2） 接合套在軸上，同步環(huán)布置在接合套和齒輪之間。 但是第一種布置方式接合套只能用于一個(gè)檔。而第二種方式一個(gè)接合套可以用來掛二個(gè)檔?？論鯐r(shí)，同步環(huán)可與接合套或空轉(zhuǎn)齒輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，但必須保證同步環(huán)有一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以使同步初期同步環(huán)可周向轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，鎖止副起作用。因此目前同步器都是采用這種布置形式。 同步器各功能元件位置布置總結(jié)如下 : 同步元件應(yīng)位于存在轉(zhuǎn)速差的兩元件 之間，如同步環(huán)與接合套一起轉(zhuǎn)動(dòng)，九江學(xué)院機(jī)材學(xué)院車輛工程畢業(yè)設(shè)計(jì) A0721王雄 6 摩擦面位于同步環(huán)和空轉(zhuǎn)齒輪之間 。同步環(huán)與空轉(zhuǎn)齒輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，摩擦面位于同步環(huán)和接合套之間。 鎖止元件位于空檔時(shí)一起轉(zhuǎn)動(dòng)的兩元件之間，即同步環(huán)與接合套一起轉(zhuǎn)動(dòng)，鎖止元件位于同步環(huán)和接合套之間，同步前阻止接合套軸向移動(dòng)穿過同步環(huán)進(jìn)入嚙合。同步環(huán)與空轉(zhuǎn)齒輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，鎖止元件位于同步環(huán)和空轉(zhuǎn)齒輪齒圈之間，同步前阻止接合套和同步環(huán)一起軸向移動(dòng)進(jìn)入嚙合。彈性元件布置應(yīng)使得接合套能夠自動(dòng)回位處于空檔位置，接合套在無軸向外力作用下無法離開空檔位置，接合套運(yùn)動(dòng)初期 (鎖止元件起作用后，由鎖止副傳遞 軸向力 )或整個(gè)同步過程可傳遞軸向力。布置方案如圖 。 圖 同步器布置方案 本章小結(jié) 通過查閱相關(guān)資料，了解了同步器的 類型、結(jié)構(gòu)及作用。 結(jié)合 UG/Unigraphics和 MathCAD兩軟件各自的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)， 并提出了同步器設(shè)計(jì)方案 ，初步確定了本論文的主體內(nèi)容。 九江學(xué)院機(jī)材學(xué)院車輛工程畢業(yè)設(shè)計(jì) A0721王雄 7 第二章 同步器設(shè)計(jì) 同步器具體參數(shù)選擇 同步器類型的選取 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，且鎖止安全性及抗摩損強(qiáng)度高、嚙合傳遞性好。 滑塊式同步器工作可靠，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。 鎖銷式同步器的摩擦面位于外側(cè)故換擋力較小，可以分開調(diào)整鎖止件形狀和換擋嚙合圈，但摩擦面和換檔行程串接故零件總成長(zhǎng)度較大且鎖止面易摩損，多用于中、重型貨車變速器。 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，我們選擇鎖環(huán)式同步器作為所需的同步器類型。 接近尺寸和分度尺寸 慣性式同步器中有兩個(gè)主要尺寸 :接近尺寸 b和分度尺寸 a，如圖 。 分度尺寸 a就是當(dāng)滑塊的側(cè)邊與同步環(huán)缺口側(cè)邊接觸時(shí)，嚙合套齒與同步環(huán)接合齒中心線間的距離。 接近尺寸 b是當(dāng) 滑塊的側(cè)邊抵住同步環(huán)缺口側(cè)邊、嚙合套相對(duì)滑塊剛開始軸向移動(dòng)時(shí)，嚙合套齒與同步環(huán)接合齒倒角之間的軸向距離。 接近尺寸 b應(yīng)大于零，一般 b=～ m。對(duì)于滑塊式慣性同步器，分度尺寸 a等于接合齒的 1/4周節(jié) ， t=. b和 a是保證同步 器 處于正確鎖止位置的主要尺寸，必須予以控制。 1 ? ? ? 九江學(xué)院機(jī)材學(xué)院車輛工程畢業(yè)設(shè)計(jì) A0721王雄 8 圖 分度尺寸 a 與 接近尺寸 b 1．嚙合套齒 本設(shè)計(jì) 中 同步器分度尺寸和 接近尺寸 分別為： a=； b=。 滑塊寬度及內(nèi)嚙合套缺口寬度 鎖環(huán)式同步器中的嚙合套的缺口與同步鎖環(huán)擋塊之間轉(zhuǎn)動(dòng)距離的計(jì)算設(shè)計(jì)中，缺口與同步環(huán)擋塊之間轉(zhuǎn)動(dòng)距離直接影響分度尺寸。由于鎖環(huán)式同步器在結(jié)構(gòu)上與滑塊式同步器的相似，所以在滑塊寬度的設(shè)計(jì)中，可以采用滑塊式變速器的原理來設(shè)計(jì)鎖環(huán)擋塊的寬度以及嚙合套的缺口寬度。 圖 止面接觸最佳時(shí)的正投影，由此確定轉(zhuǎn)動(dòng)距離 c。未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，同步環(huán)的 A點(diǎn)與嚙合套的 B點(diǎn)重合，最佳接觸時(shí)的分度尺寸 a等于接合齒的 1/4周節(jié)，即 ta4?。由圖 : ? ? ?f uufRa RcacRR （ 21） 式中 Rf為接合齒分度圓半徑 。Ru為滑塊軸向移動(dòng)后的外半徑。 當(dāng)擋塊寬度 h確定后， H=E,就可以求出糟寬 H: 2? ? ?E h c (22) 九江學(xué)院機(jī)材學(xué)院車輛工程畢業(yè)設(shè)計(jì) A0721王雄 9 圖 滑塊與同步器缺口之間的轉(zhuǎn)動(dòng)距離的確定 同步器設(shè)計(jì)中 取 Ru= Rf= mz/2=； 本文計(jì)算得： c=； 當(dāng)取 h=9mm， 此時(shí)可得 E=。 同步器 裝配間隙 為了保證同步器換檔無沖擊，正常磨損后仍能有效地工作，必須對(duì)同步器有關(guān)裝配尺寸進(jìn)行合適的選擇。 如圖 。 滑塊端隙 δ 1不 能過大，如 δ 1δ 2，則造成換檔時(shí)摩擦錐面尚未接觸而嚙合套已處于與同步環(huán)齒端鎖止面相貼的位置，即接近尺寸 Z0，此時(shí)同步環(huán)還是浮動(dòng)的，因沒有摩擦力矩，嚙合套可以很快通過同步環(huán)，而使同步器失去鎖止作用 。 考慮到同步環(huán)正常磨損后，仍能繼續(xù)使用，在同步環(huán)端面與齒輪接合齒端面之間應(yīng)有一定的間隙 δ 2。以錐面角 α =7176。和錐面半徑方向 ，則端面間至少留 ，通常取δ 2=～ 2 mm。 本文 取δ 2 =。 九江學(xué)院機(jī)材學(xué)院車輛工程畢業(yè)設(shè)計(jì) A0721王雄 10 圖 同步器裝配尺寸確定 同 步 鎖 環(huán)主要尺寸確定 錐面角 sin???stts FrM （ 23） 可知， α 的值取得越小，則同步力矩 Ms就越大。在保持同步力矩 Ms不變的條件下，錐面動(dòng)摩擦系數(shù) μ 1越大，則 α 就可取得越大些。 由避免抱死條件： tan ?? ? s （ 24） 可知， α 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 。 綜合以上條件，錐面角 α 的 值一般取在 6～ 7176。之間。 本文中選 7176。 。 鎖止角的計(jì)算 在鎖環(huán)式同步器中，在齒端面上的鎖止角 β 一般取在 52～ 60176。 度之間 。 從下式 21121212s inta n s in? ??? ????? ?rrrr （ 25） 可以看出，鎖止角 β 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) μ 1了。 β 角要取得大些，使所產(chǎn)生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)摩擦力矩九江學(xué)院機(jī)材學(xué)院車輛工程畢業(yè)設(shè)計(jì) A0721王雄 11 消失，實(shí)現(xiàn)同步嚙合為止。鎖止角過