​汽车中那些精彩绝伦的机械设计（一）——同步器

汽车中那些精彩绝伦的机械设计（一）——同步器

汽车绝对可以称得上是工业艺术品，那些潜藏在车身之下的绝妙机械设计，为其赋予了一种独特美感，本文将为大家展现那些汽车中精彩绝伦的机械设计，从不同维度多个角度进行介绍，带您感受汽车的机械之美。限于篇幅，每篇文章仅介绍一种结构。

本期的主角在汽车历史上有着举足轻重的地位，甚至可以称其改变了人类的驾驶习惯，其自1918年发明至今仍未被市场淘汰。它，就是同步器。

在同步器诞生以前，执行换挡操作需要踩两次离合才能顺利进行，这是由于发动机的动力输出存在转速要求，同时刚性的连接方式导致车速调节过程中必须要中断动力，由此产生了发动机转速与车速的不匹配的情况，而速度上的不匹配又导致了零件接合困难以及机械部件磨损的问题，故而需要人为干预。

其工作过程可以总结为两个阶段，第一个阶段为牵引，这一阶段同步器可以使传动轴与发动机的转速差下降，使二者转速逐渐同步，起到减小冲击，降低刚性连接难度的作用；第二个阶段为导入，当二者转速相近时便可以通过同步器上的花键进一步搭建刚性连接。

(图中黄色部分为同步环、蓝色部分为档位齿轮结合齿、红色部分为滑块、橙色部分为结合套、中间的灰色零件为传动轴花键毂)

上图为同步器的结构爆炸图，可以看到其基本组成为同步环、结合套、传动轴花键毂等零件，其中同步环为关键功能部件，同步器工作时的两阶段均在该零件上进行，其余零件分别起动力传输、刚性连接以及辅助引导的作用。

工作过程中，结合套起到刚性连接的作用，该零件套在传动轴花键毂之外，可沿轴向滑动，滑动过程中可带动滑块推动同步环，使同步环与档位齿轮结合齿锥面产生摩擦力，同时滑块的一部分嵌入同步环的凹槽当中，起换挡过程中向传动轴输出转矩的作用，令传动轴转速与档位齿轮转速逐渐接近。

同步环的外花键中设计有齿面倒角，该设计可以产生拨环力矩，既在有转速差的状态下，结合套的齿端倒角面与结合齿的齿端倒角面相互抵住，驾驶员施加的轴向力在倒角作用下会产生拨动同步环的力矩。当同步环位移至极限位置时，得益于滑块宽于同步环凹槽一个齿宽的空隙，同步环在拨环力矩的作用下可以相较于其他部件向前或向后旋转一个角度，与结合套内齿相啮合，进一步促使其他零件转速趋于同步，为将其导入至档位齿轮中做准备。

档位齿轮的结合齿同样采用了与同步环外花键拥有相同的倒角，同样可以产生拨环力矩，随着转速的同步以及驾驶员作用的轴向推力，拨环力矩逐渐加大，使同步环内齿与档位齿轮结合齿咬合，完成齿轮间的刚性连接。

同步器通过巧妙的机械设计，用较少的零件与简单的结构完美解决了发动机与变速器之间的转速同步问题，其运用精巧的结构原理，在保证效率的前提下完成了一项复杂工作，同步器的诞生推动了车用技术的跃进，同时其独特结构对设计制造技术的较高要求，也从侧面充分展现了汽车工业的发展速度。

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