浅谈同步器对手动变速器换挡打齿的影响

高道呈，马石祥，赖强，蓝健，甘好林

（格特拉克江西传动系统有限公司，江西 南昌 330000）

前言

现如今，随着人们生活水平的提高，消费者对手动换挡汽车的驾驶体验也越来越严苛。变速箱作为汽车核心零部件之一，承担着将换挡性能直接展现给客户的职责，可如果在行驶过程中出现打齿现象，消费者的驾驶体验及购车意愿将会受到极大的影响。文章从一款实际应用的手动变速器出发，主要分析同步器对手动变速箱打齿现象的影响。

1 变速箱打齿概述

在变速器换挡过程中，由于变速器内需要被同步的齿轮没有达到同步，即齿套和结合齿这两零件的转速差未达到零，齿套在与结合齿接合的过程中发生碰撞，从而发出“咔”的一声异响，俗称打齿。打齿会对结合齿及齿套产生极大的损伤，严重影响变速器的寿命及安全。

2 同步器结构及原理

（1）同步器结构

以博格华纳单锥同步器为例，如图示结构。

图1 博格华纳单锥同步器结构图

（2）换挡同步过程原理

在换挡过程中，同步器可以细化到五个阶段，具体如下：

2.1 预同步阶段

换档力F作用在齿套4，齿套带着同步器钢球5向5档方向移动，同步器钢球5接触到同步环3后，钢球对同步环3施加压力，这时同步环锥面与五档接合齿2锥面产生摩擦力矩，同步环3则随着五档接合齿2转过一个角度。转过的角度使得同步器齿套4与同步环3的锁止面正好贴合，进入到阶段2。

2.2 同步阶段

同步器齿套在换档力F的作用下，齿套锁止面紧紧贴合同步环的锁止面，同步环的摩擦锥面与五档接合齿的摩擦锥面产生摩擦力矩，从而使转速差△w=0，进入到阶段3。

2.3 拨环阶段

在转速差△w=0的下，齿套将同步环反向拨回一个角度。

2.4 接合阶段

齿套穿过同步环，与五档接合齿接触。

2.5 进档阶段

齿套继续移动，直到完全与接合齿接合。

图2 换挡同步过程

3 打齿故障分析

原理上已知，在转速差△w≠0才会发生打齿，细化到同步器工作的5个阶段中，只有预同步阶段，或同步阶段出了问题，才会造成△w≠0。

即：

（1）没有预同步：预同步间隙太大或预同步力太小。

（2）没有同步：同步容量不足或锁止比不足导致齿套直接穿过同步环。

4 锁止比对换挡打齿的影响

在大多数机械式同步器中锁止力取决于相同原则。摩擦力矩TR的作用锁止同步器，与斜面上的分力引开的脱开力矩TZ（通常被称作拨正力矩T1）方向相反。只要存在转速差，锁止力矩就大于脱开力矩。

由同步器散热设计法可得，锁止力矩计算式为：

摩擦力矩计算式为：

综合公式一、公式二可得：

可以得到锁止角β的设计方程如下：

式中，105°＜β＜125°。

理论上锁止比＞1，同步器齿套与同步环可以锁住，传递换挡力。如果未锁住，则齿套在未同步情况下，直接穿过同步环，从而打齿。因而加大锁止比，即加大锁止角β，相当于加大了安全系数。

5 换挡打齿改善措施

理论上，锁止角的范围是105°＜β＜125°。如果锁止角β小于下限值，会发生打齿；所以适当增加锁止角，能有效减小打齿的风险。但这并不意味着可以无限加大锁止角，因为如果锁止角β超过上限（即125°），换挡力会增加，从而影响换挡舒适性。所以在同步器的设计中，锁止比要综合各方面因素，才能做出最优设计。

6 结论

在现代汽车的大环境下，手动变速器面临的冲击越来越大。手动车要赢得消费者满意，必须在自身质量上下功夫，而像打齿这种影响驾驶体验的故障，需要尽可能降低。在设计之初，需要综合考虑各方面的因素，确保产品达到最优设计，从而提高产品的市场竞争力。