全同步式变速器上采用的是惯性
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。接合套、同步锁环和待接合齿轮的
齿圈上均有倒角(锁止角),同步锁环的内锥面与待接合齿轮齿圈外锥面接触产生摩擦。锁止角与锥面在设计时已作了适当选择,锥面摩擦使得待啮合的齿套与齿圈迅速同步,同时又会产生一种锁止作用,防止齿轮在同步前进行啮合。当同步锁环内锥面与待接合齿轮齿圈外锥面接触后,在
摩擦力矩的作用下齿轮转速迅速降低(或升高)到与同步锁环转速相等,两者同步旋转,齿轮相对于同步锁环的转速为零,因而惯性力矩也同时消失,这时在作用力的推动下,接合套不受阻碍地与同步锁环齿圈接合,并进一步与待接合齿轮的
齿圈接合而完成换档过程。 输出轴三挡齿轮6与输入轴三档齿轮2的齿数之比(z6/z2)大于输出轴四挡齿轮5与输入轴四挡齿轮4 的齿数之比(z5/z4)。由相互啮合传动齿轮的转速与齿数关系(n2/n6=z6/z2,n4/n5=z5/z4),可以得出齿轮2与齿轮6转速之比(n2/n6)大于输入轴四挡齿轮4与输出轴四挡齿轮5 转速之比(n4/n5)的结论。而输出轴三挡齿轮6与齿轮5的转速又是一样的(n6=n5),所以在传动过程中,齿轮2转速永远比齿轮4转速高,即n2大于n4。当变速器从低速档(三档)换人高速档(四档)时,首先要踩
离合器踏板,使离合器分离,接着通过变速杆等将接合套3右移,进入空档位置。在接合套3与齿轮2刚分离这一时刻,两者转速还是相等的,即n3=n2。而n2大于n4,由此可以得出n3大于n4,即接合套3的转速大于齿轮4转速的结论。这时如果立即把接合套3推向齿轮4上接合
齿圈,就会发生打齿现象。 此时,由于变速器处于
空档,接合套和齿轮之间没有联系,离合器从动盘又与发动机脱离,所以接合套与齿轮的转速都在分别逐渐降低。 因为齿轮与齿轮、输出轴、
万向传动装置、
驱动桥、行驶系以及整个汽车联系在一起,惯性很大,所以n4下降较慢;而接合套只与输入轴和
离合器从动盘相联系,惯性很小,故n3下降较快。因为n3原先大于n4,n3下降得又比n4快,所以过一会儿后,必然会有n3=n4(同步)的情况出现。最好能在n3=n4的时刻使接合套右移而挂入四档。 与接合套联系的一系列零件的惯性越小,则n3下降得越快,达到同步所需时间越少,并且在同样速度差的情况下,齿间的冲击力也小,因此离合器从动部分
转动惯量应尽可能小一些。
相邻档位相互转换时,应该采取不同操作步骤的道理同样适用于移动齿轮换档的情况,只是前者的待接合
齿圈与接合套的转动
角速度要求一致,而后者的待接合齿轮啮合点的
线速度要求一致,但所依据的速度分析原理是一样的。
变速器的换档操作,尤其是从高档向低档的换档操作比较复杂,而且很容易产生轮齿或
花键齿间的冲击。为了简化操作,并避免齿间冲击,可以在换档装置中设置同步器。
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大于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