当变速器工作的时候,同步器就负责让输入轴与输出轴以相同的速度旋转,让将要啮合的齿轮做到“整齐划一”。

同步器作为保证变速器换挡性能的主要部件之一,需要保证换档动作迅速平稳、齿轮无冲击和噪音、同时提高齿轮寿命,因此同步器的性能直接影响整车操控性、动力性和燃油经济性。

随着整车和发动机技术的要求不断提高,对变速器中同步器的要求也越来越苛刻,高性能、长寿命,结构紧凑、几何尺寸小等等……这就要求同步器从结构设计、工艺材料等多方面提升来满足要求。

同步器主要分为常压式、惯性式和自增力式,普遍应用的是惯性式。惯性式同步器又分为锁环式同步器和锁销式同步器。后文将要提到的蜂巢易创9(H)DCT就是采用的锁环式同步器,也是本文将要介绍的重点。

如今同步器类型中使用最多的是锁环式同步器,具有结构紧凑、工作可靠、工艺性好等优点,但摩擦锥面半径受限,使扭矩容量受限,因此主要应用于轿车和轻型客、货汽车。

DCT变速器工作原理(解码DCT变速器中的同步器)(1)

同步器结构示意

作为惯性式同步器的分支,锁环式同步器也是由锁止元件、摩擦元件和弹性元件组成。换档时,轴向力使摩擦元件相接触,锁止元件防止同步前强行换档,直至惯性力矩作用下产生摩擦力矩使具有转速差的两部分逐渐同步,弹性元件保证齿套空档定位,在轴向力小于某一限定值时防止齿套和齿座间相互滑动,但又不能妨碍同步过程中的分离和接合。

DCT变速器工作原理(解码DCT变速器中的同步器)(2)

同步器工作过程

为改善同步器性能,主要是需要减少同步时间和增大摩擦力,例如增加同步器平均摩擦半径,降低输入端转动惯量,降低输入、输出端转速差,减小锥面角,增大摩擦系数等。

同步器摩擦材料和摩擦系数对同步器性能有很大影响。因此摩擦材料性能要求比较严格,既要做到低成本、高能量,也要可承受较高的摩擦表面温度、较低的润滑环境和各种粗暴操作,还需要良好的摩擦性能,保证卓越的生命周期、耐久性、免维护和稳定性。目前同步器中采用的摩擦材料主要有以下几种:喷洒烧结而成的铜基粉末冶金材料、钼基薄层、纸基材料及碳颗粒材料。

减小锥面角可以增大摩擦力矩,但如果锥面角减小到一定程度就会容易产生粘附和咬合现象,通常取α=6°~ 7.5°,可是6°锥角若锥面粗糙度没有严格控制,则有粘附和咬合现象发生。7°在相同粗糙度产生相同摩擦系数情况下,很少产生粘附和咬合现象。所以,同步环的内锥面应与锥毂的锥面精确配合,严格控制公差。在此基础上,锥面角越小越好。

DCT变速器工作原理(解码DCT变速器中的同步器)(3)

锥面角角度

对同步器锁止角角度的设计,为了换档时不产生换档冲击,保证同步后才能换档的锁止条件是:作用在同步器摩擦锥面上的摩擦力矩大于或等于作用在同步环上的拨环力矩(即Mm≥Mt)。实践表明,当摩擦力矩与拨环力矩的比值Mm/ Mt在1.1-1.2之间时同步器可获得比较满意的换档效果。小于下限值容易出现换档冲击,特别当同步器齿环使用磨损到一定程度后,摩擦锥面间的摩擦系数会有所下降,出现换档冲击的情况会更加严重;大于上限值时会引起换档力增大。

DCT变速器工作原理(解码DCT变速器中的同步器)(4)

锁止角角度

蜂巢易创9(H)DCT创新应用新型紧凑同步器,满足更紧凑的空间布局,较7DCT变速器,轴向空间节约5.8mm;更轻量化的设计使平均重量降低2.6%,同时拥有更高的承载能力,承载扭矩提升54%,具备更卓越的换挡品质,单挡位换挡耐久高达58万次

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7DCT VS 9DCT

DCT变速器工作原理(解码DCT变速器中的同步器)(6)

9(H)DCT同步器结构

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