接合器中接合齿的设计分析

蔡 庆

（中国重汽集团大同齿轮有限公司技术中心，山西 大同 037305）

引言

同步器在工作过程中由于相啮合的两齿轮存在转速差异，导致接合齿齿端部承受强大冲击，造成端部金属表层剥落或磨损。这是接合齿损坏的两种主要形式，而剥落和磨损程度是依接合齿表面及心部硬度而定。在使用过程中很少因单纯受挤压而损坏，但通常是计算挤压应力，计算公式与花键计算公式相同，计算载荷按发动机最大扭矩［1］。

1 接合齿设计要点

1）接合齿参数选择。

通常将接合齿设计成渐开线齿形，齿形参数按标准渐开线花键选取；啮合套直径根据结构布置选定；花键模数是通过对比同类型汽车，参考使用条件以及传递的最大扭矩而确定。近似公式如下：

式中：m为接合齿模数，mm；Z为接合齿圈齿数；M为接合齿圈传递最大扭矩，N·mm。

当啮合套工作宽度B＝11～16mm时，系数c取0.19～0.34；B＝4～7mm 时，c取0.13～0.194。计算出模数后查手册按标准选取相近值。一般推荐轻、中型货车模数为2～3.54，重型载货车为3.5～5.04。

从工艺加工角度出发，各挡接合器中齿的模数最好保持一致。设计齿面工作宽度时可将其初步定为模数的2～5倍。

2）换档方便措施。

为换挡方便，接合齿齿端必须倒角，倒角大小可与同步器齿环倒角相同，也可不同。多数倒角为锥角90°。接合齿长度可制成间齿缩短形式，如图1所示。

图1 间齿缩短的接合齿的换挡过程

3）防止自动脱挡的措施。

自动脱挡是变速器常见故障之一［2］，可以从工艺角度考虑采取一些措施，例如提高齿轮和轴的加工精度、变速器装配精度等。在设计上可以通过改变结构，使冲击而产生的轴向力不作用在拨叉上。但在设计接合齿时，设法使接合器内部不产生脱挡的轴向力也是很重要的。目前常用的措施如下：

第一，相互接合的两齿中可以将其中一齿在接合齿端部设计的长于另一齿约2～3mm，在接合时可超过被接合的齿端部。经过反复的挂挡与摘挡便可使两齿相接合的部分产生磨损，形成台肩，这个齿侧面的台肩便可阻止接合件自动脱开，如图2。

图2 防止自动脱挡的结构措施1（mm）

第二，将同步器中与啮合套相连接的齿座部分齿段（接合或非接合齿面）在齿厚方向上减薄0.3～0.6mm，可使接合齿套在自动脱开接合位置时被加工形成的台肩挡住，如图3所示。

图3 防止自动脱挡的结构措施2（mm）

第三，将接合齿的齿向设计成锥面，形成侧锥，即齿侧有一定的斜度。这样相互咬合的两齿面便可产生阻止同步器啮合套自行脱挡的轴向力，如图4所示。该结构可靠、效果较佳，是目前采用较多的方法。倒锥锥度一般为3～5°。与接合齿倒锥相一致的齿套上的齿也制成相一致的倒锥，如图4。

图4 防止自动脱挡的结构措施3

2 结语

接合器的设计需要通过实践去检验，验证设计效果，有差异时需进行设计修改，是一个相互印证，反复实践的过程，这样才是科学的设计方法。按上述设计计算方法确定的方案，只是一种原始设计，按照这个设计试制出来的试件，还需要在同步器运转中反复经历几十万甚至是上百万次检验，才能评价设计效果，审视出现的各种问题，为下一步的调整设计作好铺垫，以期到达最理想的设计目标。

［1］ 罗新闻.汽车传动系统原理与检修［M］.北京：机械工业出版社，2010.

［2］ 王雅.汽车变速器维修精选.［M］.北京：化学工业出版社，2012.