鎖環式慣性同步器結構與工作過程

　　鎖環式慣性同步器是依靠摩擦作用實現同步。它可以從結構上保證接合套與待接合的花鍵齒圈在達到同步之前不可能接觸，以避免齒間沖擊和發生噪聲。

　　轎車和輕、中型貨車的變速器廣泛采用鎖環式慣性同步器，其結構和工作原理可以解放CAl091型汽車六檔變速器中的五、六檔同步器（圖14—13a）為例說明。將花鍵轂15套裝到第二軸上后，即用卡環18軸向固定。在花鍵轂兩端與齒圈3和9之間，各有一個青銅制成的同步鎖環（也稱同步環）4和8。鎖環上有斷續的短花鍵齒圈（圖14—13b），花鍵齒的斷面輪廓尺寸與齒圈3、9及花鍵轂15上的外花鍵齒均相同。

　　兩個同步鎖環上的花鍵齒，在對著接合套的一端，都有倒角（稱鎖止角），且與接合套齒端的倒角相同。同步鎖環具有與齒圈3和9上的錐形摩擦面錐度相同的內錐面，錐面上制出細牙的螺旋槽，以便兩錐面接觸后，破壞油膜，增加錐面間的摩擦。三個滑塊5分別嵌合在花鍵轂的三個軸向槽b內，并可沿槽軸向滑動。三個定位銷6分別插入三個滑塊的通孔中。在彈簧16的作用下，定位銷壓向接合套，使定位銷端部的球面正好嵌在接合套中部的凹槽a中，起到空檔定位作用。

　　滑塊5的兩端伸入鎖環4和8的三個缺口c中。鎖環的三個凸起部d分別伸入到花鍵轂的三個通槽e中，只有當凸起部d位于缺口e的中央時，接合套與鎖環的齒方可能接合。

　　以變速器由五檔換入六檔（直接檔）為例，鎖環式慣性同步器的工作過程如圖14—14所示。當接合套7剛從五檔退到空檔時（圖14—14a），齒圈3和接合套7（連同鎖環4）都在其本身及其所聯系的一系列運動件的慣性作用下，繼續沿原方向（如圖中箭頭所示）旋轉。設它們的轉速分別為n3、n7和n4，此時，n4＝n7，n3＞n7，即n3＞n4。鎖環4在軸向是自由的，故其內錐面與齒圈3的外錐面并不接觸。

　　若要掛入六檔，可用撥叉撥動接合套7，并通過定位銷6帶動滑塊5一起向左移動。當滑塊左端面與鎖環4的缺口c（圖14—13）的端面接觸時，便推動鎖環移向齒圈3，使具有轉速差（n3＞n4）的兩錐面一經接觸便產生摩擦作用（圖14—14b）。齒圈3即通過摩擦作用帶動鎖環相對于接合套超前轉過一個角度，直到鎖環的凸起部d與花鍵轂15通槽e的另一側面接觸時，鎖環便與接合套同步轉動。此時，接合套的齒與鎖環的齒，較鎖環的凸起部d位于花鍵轂的通槽e中央時錯開了約半個齒厚（花鍵轂通槽寬度為鎖環凸起部d的寬度加上接合套的一個齒厚A），從而使接合套的齒端倒角與鎖環相應的齒端倒角正好互相抵觸而不能進入嚙合。

　　顯然，此時若要接合套的齒圈與鎖環的齒圈接合上，必須使鎖環相對于接合套后退—個角度。由于駕駛員始終對于接合套施加一個軸向力，使接合套齒端倒角壓緊鎖環齒端倒角，于是在鎖環的鎖止角斜面上作用有法向壓力N。力N可分解為軸向力F1和切向力F2。切向力F2所形成的力矩力圖使鎖環相對于接合套向后退轉，稱為撥環力矩。軸向力F1則使鎖環4與齒圈3二者的錐面產生摩擦力矩，使二者轉速n3與n4迅速接近，并且實際上可認為n4不變，只是n3趨近于n4。這是因為鎖環4連同接合套7通過花鍵轂15與整個汽車相聯系，轉動慣量大，轉速下降很慢。而齒圈3僅與離合器從動部分相聯系，轉動慣量很小，速度降低較前者快得多。因為齒圈3是減速旋轉，根據慣性原理，即產生慣性力矩，其方向與旋轉方向相同。此慣性力矩通過摩擦錐面作用到鎖環上，阻止鎖環相對接合套向后退轉。亦即在鎖環上作用著兩個方向相反的力矩：其一為切向力F2形成的力圖使鎖環相對于接合套向后退轉的撥環力矩M2；另一為摩擦錐面上阻止鎖環向后退轉的慣性力矩M1。

　　在n3尚未等于n4之前，兩個錐面間摩擦力矩的數值與齒圈3慣性力矩相等。

　　如果M2＞M1，則鎖環4即可相對于接合套向后退轉一個角度，以便二者進入接合；若M2＜M1，則二者不可能進入接合。摩擦力矩M1與軸向力F1的垂直于摩擦錐面的分力成正比，而M2則與切向力F2成正比。F1和F2都是法向力N的分力，二者的比值取決于花鍵齒鎖止角的大小。故在設計同步器時，適當地選擇鎖止角和摩擦錐面的錐角，便能保證在達到同步（n3＝n4）之前，齒圈3施加在鎖環4上的慣性力矩M1總是大于切向力F2形成的撥環力矩M2，因而，不論駕駛員通過操縱機構加在接合套上的軸向推力有多大，接合套齒端與鎖環齒端總是互相抵觸而不能接合。

　　這說明鎖環4對接合套的鎖止作用是齒圈3的慣性力矩造成的，而不像常壓式同步器那樣由定位銷的彈力造成的，此即“慣性式”名稱的由來。

　　只要駕駛員繼續加力于接合套上，摩擦作用就迅速使齒圈3轉速降到與鎖環4轉速相同，而后二者保持同步旋轉，即齒圈3相對于鎖環的轉速和角減速度均為零，于是其慣性力矩便消失。但由于軸向力F1的作用，兩個摩擦錐面還是緊密接合著的。因而此時切向力F2形成的撥環力矩M2便使鎖環連同齒圈3及與之相連的所有零件一起相對于接合套向后退轉一個角度，使鎖環凸起部d又移到花鍵轂毅15的通槽中央，兩個花鍵齒圈不再抵觸，此時接合套壓下定位銷6繼續左移，而與鎖環的花鍵齒圈進入接合（圖14—14c），鎖環的鎖止作用即行消失。

　　接合套與鎖環接合后，軸向力F1不再存在，錐面間的摩擦力矩也就消失。如果此時接合套花鍵齒與齒圈3的花鍵齒發生抵觸，如圖14—14c所示，則與上述相似，作用在齒圈3花鍵齒端斜面上的切向分力，使齒圈3及其相連零件相對于鎖環及接合套轉過一個角度，使接合套與齒圈3進入接合（圖14—14d），而最后完成了換入六檔（由低速檔換入高速檔）的全過程。

　　如果是由六檔（直接檔）換入五檔（由高速檔換入低速檔），上述過程也適用。但應注意，此時齒圈9和齒輪10（圖14—13a）被加速到與鎖環8（亦即與接合套7）同步，從而使接合套先后與鎖環及齒圈9進入嚙合而完成換檔過程。