锁环式同步器-同步器的工作原理
曹广玉
摘 要：在同步器的使用中，结合同步器的工作原理，研究同步器的参数优化，可以缩短同步器同步的时间，实现高速、平稳的同步器换挡，同时，对于相关参数的优化也可以提高同步其使用的可靠性，节省工作时。基于此，下面，本文以锁环式同步器为例，探析锁环式同步器的参数优化工作。
关键词：锁环式同步器；参数优化；优化工作；分析探讨
引言：在当前的发展背景下，许多机械产业有了巨大的改变，而同步器则是现今机械产业使用较为广泛的一个零件，同步器对于机械中变速箱换挡的使用有着极大的推动作用，同步增加为同步器这一零件有效的提高了同步的吻合度，实现换挡时的平稳性。而作为比较常见的锁环式同步器来说，国内研究的大多数是同步器的理论与工作原理，因此，锁环式同步器的参数优化工作是现今比较多的一种研究，通过研究锁环式同步器的参数优化可以有效地对同步器进行数学建模，进而找出适合不同机械使用的同步器，提高同步器的使用寿命，也为相关产业的发展降低经济成本。所以，下面，本文将会分析锁环式同步器的基本原理，进而分析锁环式同步器的参数优化工作。
一、锁环式同步器
1.同步器介绍
同步器有多种结构形式，目前汽车上广泛采用摩擦惯性式同步器。它是依靠摩擦作用实现同步的。结构上除有接合套、花键毂、对应齿轮上的接合齿圈外，还增设了使接合套与对应齿圈的圆周速度迅速达到同步的机构，以及阻止两者在达到同步之前接合以防止冲击的机构。锁环式同步器是其中一种，其结构紧凑，但径向尺寸小、锥面间摩擦力矩较小，多用于传递转矩不大的轿车和轻型货车的变速器。
2.锁环式同步器主要参数
2.1.摩擦系数f
汽车在行驶过程中换挡，同步器工作频繁。同步器是在同步环与连接齿轮之间存在角速度差的条件下工作，要求同步环有足够的使用寿命，应当选用耐磨性能良好的材料。为了获得较大的摩擦力矩，又要求用摩擦因数大而且性能稳定的材料制作同步环。另一方面，同步器在油中工作，使摩擦因数减小，这就为设计工作带来困难。（1）铜合金环：适用于小吨位、小扭矩变速箱（2）钢环增磨处理：喷钼、非金属摩擦材料环。其中，喷钳比较成熟，在铟质或球墨铸铁同步环的锥面上喷镀一层钼（厚约0.3～0.5m），使其摩擦因数在钢与铜合金摩擦副范围内，而耐磨性和强度有显著提高。也有的同步环是在铜环基体的锥孔表面喷上厚0.07～0.12mn的钼制成，喷钼环的寿命是铜环的2～3倍。摩擦因数除与选用的材料有关外，还与工作面的表面粗糙度、润滑油种类和温度等因素有关。作为与同步环锥面接触的齿轮上的锥面部分与齿轮做成一体，用低碳合金钢制成。对锥面的表面粗糙度要求较高，用来保证在使用过程中摩擦因数变化小。若锥面的表面粗糙度差，在使用初期容易损害同步环锥面。
2.2换挡参数
在同步器的使用中，同步器的主要功能就是对于设备起一种推动作用，提高操作的舒适性，而同步器的主要工作位置就是换挡是对于换挡的控制，在这个时候，就产生了换挡参数，换挡参数是指在换挡过程中变速器工作不断变化产生的参数。换挡参数的确定对于同步器的使用寿命、以及内部零件损坏程度的降低有着极大的促进作用，因此，研究换挡参数的优化是极为重要的。
二、锁环式同步器的参数优化
上面，本文简单介绍了同步器的分类，以及锁环式同步器的概念，进而分析了锁环式同步器使用过程中需要重视的几个参数，依据此，可以看出，锁环式同步器的使用过程中对于相关参数的研究以及优化是很有意义的。因此，下面，本文将会分析一些有关锁环式同步器参数的优化方案，对于锁环式同步器的使用提供一点参考意见，提高锁环式同步器的工作效率。
1.建立优化设计的数学模型
1.1设计变量
1.2目标函数。以同步器同步时间最短作为目标。
1.3约束条件
性能约束和边界约束如下：对于同步器各个零件的尺寸设计，必须保证在任何軸向力下，摩擦锥面的力矩大于锁止面上方向相反的拨环力矩，μ1是材料的特性可作常数，即可得约束条件为μ≥R2（1-μ1tanβ）sinαtanβ+μ1（17）为防止同步环与接合锥面自锁的约束条件tan α≥μ（18）摩擦锥面的强度约束条件，摩擦锥面的比压 P应满足条件P =FAs=FN2πR1b≤[P]（ 19）式中，b为锥面工作宽度； As为摩擦锥面面积；[P]为比压许用值，取[P]= 2 000 k Pa。锥面平均半径与锥面工作宽度之比，满足条件2≤R1b≤5（20）
2.Matlab优化设计
利用Matlab软件特有的一种工具箱设计针对同步时间优化的程序帮助我们进行优化计算，因为 Matlab语言提供了一些专用的函数用于优化问题的求解，所以使用Matlab 工具箱进行此类问题的优化是比较方便的。通过分析目标函数和约束条件，这是一种有约束的多元函数最小值的求解，于是首先建立非线性约束条件的M文件，按程序输入某轿车的原始数据，最后得到模型参数的最优解。
3.换挡参数的优化
在锁环式同步器的使用中，主要就是换当时对于换挡力的控制问题，合适的换挡力才能产生合适的同步力，进而产生合适的同步力矩，合理的控制同步器的换挡，延长同步器的使用寿命。因此，在不同的同步器使用时，换挡参数时必须要慎重选择的，不同的换挡参数对于不同的同步器所起的效果是截然不同的，在锁环式同步器的使用中，就要注意针对各种车型选择正确的换挡参数，优化换挡参数的同时，提高同步力，达到换挡时所需的同步力矩的要求，进而提高同步器的使用寿命，叫声工作时间，降低经济成本。
结束语：通过上述本文的分析可知，随着现今科技的发展，同步器的研究越来越多，相对于国外来说，虽然有些差距，但正在不断地赶上这些差距，不断的发展同步器的工作使用状况，提高同步器的使用效率。因此，研究最多被使用的锁环式同步器的相关参数的优化问题，不仅是一个同步器的研究，更是一个对于同步器使用前景的一种研究，我们要吃一种积极的态度，不断的优化这些问题，改进同步器使用中出现的问题，提高同步器的使用寿命，促进我国相关事业的发展。
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