接合器中接合齒的設計分析

蔡 慶

（中國重汽集團大同齒輪有限公司技術中心，山西 大同 037305）

引言

同步器在工作過程中由于相嚙合的兩齒輪存在轉速差異，導致接合齒齒端部承受強大沖擊，造成端部金屬表層剝落或磨損。這是接合齒損壞的兩種主要形式，而剝落和磨損程度是依接合齒表面及心部硬度而定。在使用過程中很少因單純受擠壓而損壞，但通常是計算擠壓應力，計算公式與花鍵計算公式相同，計算載荷按發動機最大扭矩［1］。

1 接合齒設計要點

1）接合齒參數選擇。

通常將接合齒設計成漸開線齒形，齒形參數按標準漸開線花鍵選取；嚙合套直徑根據結構布置選定；花鍵模數是通過對比同類型汽車，參考使用條件以及傳遞的最大扭矩而確定。近似公式如下：

式中：m為接合齒模數，mm；Z為接合齒圈齒數；M為接合齒圈傳遞最大扭矩，N·mm。

當嚙合套工作寬度B＝11～16mm時，系數c取0.19～0.34；B＝4～7mm 時，c取0.13～0.194。計算出模數后查手冊按標準選取相近值。一般推薦輕、中型貨車模數為2～3.54，重型載貨車為3.5～5.04。

從工藝加工角度出發，各擋接合器中齒的模數最好保持一致。設計齒面工作寬度時可將其初步定為模數的2～5倍。

2）換檔方便措施。

為換擋方便，接合齒齒端必須倒角，倒角大小可與同步器齒環倒角相同，也可不同。多數倒角為錐角90°。接合齒長度可制成間齒縮短形式，如圖1所示。

圖1 間齒縮短的接合齒的換擋過程

3）防止自動脫擋的措施。

自動脫擋是變速器常見故障之一［2］，可以從工藝角度考慮采取一些措施，例如提高齒輪和軸的加工精度、變速器裝配精度等。在設計上可以通過改變結構，使沖擊而產生的軸向力不作用在撥叉上。但在設計接合齒時，設法使接合器內部不產生脫擋的軸向力也是很重要的。目前常用的措施如下：

第一，相互接合的兩齒中可以將其中一齒在接合齒端部設計的長于另一齒約2～3mm，在接合時可超過被接合的齒端部。經過反復的掛擋與摘擋便可使兩齒相接合的部分產生磨損，形成臺肩，這個齒側面的臺肩便可阻止接合件自動脫開，如圖2。

圖2 防止自動脫擋的結構措施1（mm）

第二，將同步器中與嚙合套相連接的齒座部分齒段（接合或非接合齒面）在齒厚方向上減薄0.3～0.6mm，可使接合齒套在自動脫開接合位置時被加工形成的臺肩擋住，如圖3所示。

圖3 防止自動脫擋的結構措施2（mm）

第三，將接合齒的齒向設計成錐面，形成側錐，即齒側有一定的斜度。這樣相互咬合的兩齒面便可產生阻止同步器嚙合套自行脫擋的軸向力，如圖4所示。該結構可靠、效果較佳，是目前采用較多的方法。倒錐錐度一般為3～5°。與接合齒倒錐相一致的齒套上的齒也制成相一致的倒錐，如圖4。

圖4 防止自動脫擋的結構措施3

2 結語

接合器的設計需要通過實踐去檢驗，驗證設計效果，有差異時需進行設計修改，是一個相互印證，反復實踐的過程，這樣才是科學的設計方法。按上述設計計算方法確定的方案，只是一種原始設計，按照這個設計試制出來的試件，還需要在同步器運轉中反復經歷幾十萬甚至是上百萬次檢驗，才能評價設計效果，審視出現的各種問題，為下一步的調整設計作好鋪墊，以期到達最理想的設計目標。

［1］ 羅新聞.汽車傳動系統原理與檢修［M］.北京：機械工業出版社，2010.

［2］ 王雅.汽車變速器維修精選.［M］.北京：化學工業出版社，2012.