淺談同步器對手動變速器換擋打齒的影響

高道呈，馬石祥，賴強，藍健，甘好林

（格特拉克江西傳動系統有限公司，江西 南昌 330000）

前言

現如今，隨著人們生活水平的提高，消費者對手動換擋汽車的駕駛體驗也越來越嚴苛。變速箱作為汽車核心零部件之一，承擔著將換擋性能直接展現給客戶的職責，可如果在行駛過程中出現打齒現象，消費者的駕駛體驗及購車意愿將會受到極大的影響。文章從一款實際應用的手動變速器出發，主要分析同步器對手動變速箱打齒現象的影響。

1 變速箱打齒概述

在變速器換擋過程中，由于變速器內需要被同步的齒輪沒有達到同步，即齒套和結合齒這兩零件的轉速差未達到零，齒套在與結合齒接合的過程中發生碰撞，從而發出“咔”的一聲異響，俗稱打齒。打齒會對結合齒及齒套產生極大的損傷，嚴重影響變速器的壽命及安全。

2 同步器結構及原理

（1）同步器結構

以博格華納單錐同步器為例，如圖示結構。

圖1 博格華納單錐同步器結構圖

（2）換擋同步過程原理

在換擋過程中，同步器可以細化到五個階段，具體如下：

2.1 預同步階段

換檔力F作用在齒套4，齒套帶著同步器鋼球5向5檔方向移動，同步器鋼球5接觸到同步環3后，鋼球對同步環3施加壓力，這時同步環錐面與五檔接合齒2錐面產生摩擦力矩，同步環3則隨著五檔接合齒2轉過一個角度。轉過的角度使得同步器齒套4與同步環3的鎖止面正好貼合，進入到階段2。

2.2 同步階段

同步器齒套在換檔力F的作用下，齒套鎖止面緊緊貼合同步環的鎖止面，同步環的摩擦錐面與五檔接合齒的摩擦錐面產生摩擦力矩，從而使轉速差△w=0，進入到階段3。

2.3 撥環階段

在轉速差△w=0的下，齒套將同步環反向撥回一個角度。

2.4 接合階段

齒套穿過同步環，與五檔接合齒接觸。

2.5 進檔階段

齒套繼續移動，直到完全與接合齒接合。

圖2 換擋同步過程

3 打齒故障分析

原理上已知，在轉速差△w≠0才會發生打齒，細化到同步器工作的5個階段中，只有預同步階段，或同步階段出了問題，才會造成△w≠0。

即：

（1）沒有預同步：預同步間隙太大或預同步力太小。

（2）沒有同步：同步容量不足或鎖止比不足導致齒套直接穿過同步環。

4 鎖止比對換擋打齒的影響

在大多數機械式同步器中鎖止力取決于相同原則。摩擦力矩TR的作用鎖止同步器，與斜面上的分力引開的脫開力矩TZ（通常被稱作撥正力矩T1）方向相反。只要存在轉速差，鎖止力矩就大于脫開力矩。

由同步器散熱設計法可得，鎖止力矩計算式為：

摩擦力矩計算式為：

綜合公式一、公式二可得：

可以得到鎖止角β的設計方程如下：

式中，105°＜β＜125°。

理論上鎖止比＞1，同步器齒套與同步環可以鎖住，傳遞換擋力。如果未鎖住，則齒套在未同步情況下，直接穿過同步環，從而打齒。因而加大鎖止比，即加大鎖止角β，相當于加大了安全系數。

5 換擋打齒改善措施

理論上，鎖止角的范圍是105°＜β＜125°。如果鎖止角β小于下限值，會發生打齒；所以適當增加鎖止角，能有效減小打齒的風險。但這并不意味著可以無限加大鎖止角，因為如果鎖止角β超過上限（即125°），換擋力會增加，從而影響換擋舒適性。所以在同步器的設計中，鎖止比要綜合各方面因素，才能做出最優設計。

6 結論

在現代汽車的大環境下，手動變速器面臨的沖擊越來越大。手動車要贏得消費者滿意，必須在自身質量上下功夫，而像打齒這種影響駕駛體驗的故障，需要盡可能降低。在設計之初，需要綜合考慮各方面的因素，確保產品達到最優設計，從而提高產品的市場競爭力。