同步器

2023年11月29日发(作者：cng双燃料汽车)

锁环式惯性同步器工作原理/v_show/id_XMjA2NDMyNjQ=.html

/down/jiaoxue/dipan/tujie/chapter1/html/

/down/jiaoxue/dipan/

百科名片

由于变速器输入轴与输出轴以各自的速度旋转，变换档位时合存在一个\"同步\"问题。两个旋转速度

不一样齿轮强行啮合必然会发生冲击碰撞，损坏齿轮。因此，旧式变速器的换档要采用\"两脚离合\"

的方式，升档在空档位置停留片刻，减档要在空档位置加油门，以减少齿轮的转速差。但这个操作

比较复杂，难以掌握精确。因此设计师创造出\"同步器\"，通过同步器使将要啮合的齿轮达到一致的

转速而顺利啮合。

什么是同步器

同步器（Synchronizer），是使在换挡中相互接合的齿轮实现同步的装

置。

在换挡过程中，应当使准备啮合的那一对齿轮的接合齿圈的圆周速度达到相等（即同步），才

能平顺地挂上挡。否则，两齿轮齿圈间会发出冲击和噪音，影响齿轮的寿命。为了便于换挡，现代

汽车变速器在常用的各挡间都装有同步器，使相啮合的一对齿轮先同步，而后啮合。

同步器就是使你的车的变速箱中的每一个档位的齿轮与发动机输出的转速保持一致，减少换档

离合过程中蹩齿轮的可能，所以现在的车换档只用踩一脚离合器踏板，原来的车都需要踩两次的，

目的就是人为使其同步。

主要分类

同步器有常压式和惯性式。

目前全部同步式变速器上采用的是惯性同步器，它主要由接合套、同步锁环等组成，它的

特点是依靠摩擦作用实现同步。

接合套、同步锁环和待接合齿轮的齿圈上均有倒角（锁止角），同步锁环的内锥面与待接

合齿轮齿圈外锥面接触产生摩擦。锁止角与锥面在设计时已作了适当选择，锥面摩擦使得待啮

合的齿套与齿圈迅速同步，同时又会产生一种锁止作用，防止齿轮在同步前进行啮合。

当同步锁环内锥面与待接合齿轮齿圈外锥面接触后，在摩擦力矩的作用下齿轮转速迅速降

低（或升高）到与同步锁环转速相等，两者同步旋转，齿轮相对于同步锁环的转速为零，因而

惯性力矩也同时消失，这时在作用力的推动下，接合套不受阻碍地与同步锁环齿圈接合，并进

一步与待接合齿轮的齿圈接合而完成换档过程。

作用

相邻档位相互转换时，应该采取不同操作步骤的道理同样适用于移动齿轮换档的情况，只

是前者的待接合齿圈与接合套的转动角速度要求一致，而后者的待接合齿轮啮合点的线速度要

求一致，但所依据的速度分析原理是一样的。

变速器的换档操作，尤其是从高档向低档的换档操作比较复杂，而且很容易产生轮齿或花

键齿间的冲击。为了简化操作，并避免齿间冲击，可以在换档装置中设置同步器。

惯性式同步器是依靠摩擦作用实现同步的，在其上面设有专设机构保证接合套与待接合的

花键齿圈在达到同步之前不可能接触，从而避免了齿间冲击。

1 手动变速器同步器的作用：

汽车手动变速器的换档是控制接合套左右移动，与不同齿轮前的啮合齿啮合组合出不同的档

位，为了使接合套与啮合齿顺利的啮合，接合套与啮合齿轮之间的速度必须瞬时同步，以保证平顺

换档。

下面以变速器2档换1档的过程说明同步器在换档时的做用：

后驱手动变速器结构的工作原理图

我们先设发动机的转速为2000转，因为发动机的动力经过离合器传递给变速器的输入轴及输

入轴的上齿轮D，所以齿轮D的转速为2000转；齿轮D带动中间轴的齿轮旋转，因为中间轴上的

齿轮与轴是一体的，所以中间轴上的齿轮转速相同。中间轴上齿轮驱动输出轴上的齿轮A、B、C，

因为齿轮齿数的关系，我们设齿轮A的转速为500转，齿轮B的转速为1000转，齿轮C的转速为

1500转。齿轮A、B、C均与输出轴空套连接，所以在空档时没有动力输出。

二档时，接合套与齿轮B前的接合齿啮合，齿轮B通过接合套及花键毂驱动变速器输出轴输

出，因为齿轮B的转速为1000转，所以接合套、花键毂及输出轴的转速为1000转。当我们要换一

档时，首先踩下离合器踏板，离合器分离，切断发动机与变速器输入轴的动力传递，但是在运动惯

性力下，接合套、花键毂及输出轴的转速仍为1000转，而齿轮A的转速为500转，此时，1000转

的接合器要与500转的接合齿啮合，必须需要两者之间的瞬时同步。

同步器的作用就是在接合套与接合齿啮合前两者的转速达到瞬时同步，保护换档平顺。

2 同步器的类型：

同步器有常压式，惯性式和自行增力式等种类。

惯性式同步器结构

花键毂7与第二轴用花键连接，并用垫片和卡环作轴向定位。在花键毂两端与齿轮1和4

之间，各有一个青铜制成的锁环（也称同步环）9和5。锁环上有短花键齿圈，花键齿的断面轮

廓尺寸与齿轮 1，4及花键毂 7上的外花键齿均相同。在两个锁环上，花键齿对着接合套8的一

端都有倒角（称锁止角），且与接合套齿端的倒角相同。锁环具有与齿轮1和4上的摩擦面锥

度相同的内锥面，内锥面上制出细牙的螺旋槽，以便两锥面接触后破坏油膜，增加锥面间的摩

擦。三个滑块2分别嵌合在花键毂的三个轴向槽11内，并可沿槽轴向滑动。在两个弹簧圈6的

作用下，滑块压向接合套，使滑块中部的凸起部分正好嵌在接合套中部的凹槽10中，起到空档

定位作用。滑块2的两端伸入锁环9和5的三个缺口12中。只有当滑块位于缺口12的中央

时，接合套与锁环的齿方可能接合。

在挂三档时，用拨叉3拨动接合套8并带动滑块2一起向左移动。当滑块左端面与锁环9

的缺口12的端面接触时，便推动锁环9压向齿轮1，使锁环9的内锥面压向齿轮1的外锥面。

由于两锥面具有转速差（n1＞n9），所以一接触便产生摩擦作用。齿轮1即通过摩擦作用带动

锁环相对于接合套超前转过一个角度，直到锁环9的缺口12与滑块的另一侧面,接触时，锁环

便与接合套同步转动。此时，接合套的齿与锁环的齿错开了约半个齿厚，从而使接合套的齿端

倒角面与锁环相应的齿端倒角面正好互相抵触而不能进入啮合。当变速器由二档换入三档（直

接档）时，接合套8从二档退到空档，齿轮1和接合套 8连同锁环9都在其本身及其所联系的

一系列运动件的惯性作用下，继续沿原方向旋转。驾驶员的换档操纵力通过接合套作用于锁环

的锁止角斜面上，在此斜面上产生的法向压力为N。法向压力N可分解为轴向力F1和切向力

F2。切向力F2所形成的力矩M2有使锁环相对于接合套向后（用箭头指示M2）转动的趋势，

称为拨环力矩。轴向力 Fl则使齿轮1 通过摩擦锥面对锁环9作用一与转动方向同向摩擦力矩

M1（用箭头指示M1）。这一摩擦力矩M1阻止锁环相对接合套向后退转。如果拨环力矩M2大

于摩擦力矩M1，则锁环9即可相对于接合套向后退转一个角度，以便二者进入接合；若M2＜

M1（此时还有滑块对锁环缺口一侧的阻挡作用），则二者相对位置不变，不可能进入接合。在

设计同步器时，适当地选择锁止角和摩擦锥面的锥角，便能保证在达到同步（n1=n9）之前，齿

轮1施加在锁环9上的摩擦力矩M1总是大于切向力F2形成的拨环力矩M2，不论驾驶员通过

操纵机构加在接合套上的轴向推力有多大，接合套齿端与锁环齿端总是互相抵触而不能接合。

锁环9对接合套的锁止作用是由于上述摩擦力矩M1造成的。因为此摩擦力矩的作用与锁

环9（及与之连接的接合套8、花键毂7、变速器输出轴及整个汽车等）和齿轮1（及与之连接

的离合器从动部分和变速器内部分齿轮）两部分的转动惯性有关，故称此种同步器为\"惯性式\"

同步器。

目前全部同步式变速器上采用的是惯性同步器，它主要由接合套、同步锁环等组成，它的特点

是依靠摩擦作用实现同步。

接合套、同步锁环和待接合齿轮的齿圈上均有倒角（锁止角），同步锁环的内锥面与待接合齿

轮齿圈外锥面接触产生摩擦。锁止角与锥面在设计时已作了适当选择，锥面摩擦使得待啮合的齿套

与齿圈迅速同步，同时又会产生一种锁止作用，防止齿轮在同步前进行啮合。

当同步锁环内锥面与待接合齿轮齿圈外锥面接触后，在摩擦力矩的作用下齿轮转速迅速降低

（或升高）到与同步锁环转速相等，两者同步旋转，齿轮相对于同步锁环的转速为零，因而惯性力

矩也同时消失，这时在作用力的推动下，接合套不受阻碍地与同步锁环齿圈接合，并进一步与待接

合齿轮的齿圈接合而完成换档过程。

同步器的基本原理，是靠同步环的锥面在两个齿轮之间进行摩擦，使快的减慢，慢的加快。达

到同步后，才能使齿圈接合。同步器有常压式、惯性式、自动增力式等种类。目前广泛采用的是各

种形式的惯性同步器。

现在汽车变速器采用的同步器有两种，摩擦惯性锁环式和摩擦惯性锁销式。同步器有

常压式，惯性式和自行增力式等种类。这里仅介绍目前广泛采用的惯性式同步器。

惯性式同步器是依靠摩擦作用实现同步的，在其上面设有专设机构保证接合套与待接

合的花键齿圈在达到同步之前不可能接触，从而避免了齿间冲击。

惯性同步器按结构又分为锁环式和锁销式两种。

其工作原理可以北京BJ212型汽车三档变速器中的二、三档同步器（见图3－33）为

例说明。花键毂7与第二轴用花键连接，并用垫片和卡环作轴向定位。在花键毂两端与齿

轮1和4之间，各有一个青铜制成的锁环（也称同步环）9和5。锁环上有短花键齿圈，花

键齿的断面轮廓尺寸与齿轮 1，4及花键毂 7上的外花键齿均相同。在两个锁环上，花键齿

对着接合套8的一端都有倒角（称锁止角），且与接合套齿端的倒角相同。锁环具有与齿

轮1和4上的摩擦面锥度相同的内锥面，内锥面上制出细牙的螺旋槽，以便两锥面接触后

破坏油膜，增加锥面间的摩擦。三个滑块2分别嵌合在花键毂的三个轴向槽11内，并可沿

槽轴向滑动。在两个弹簧圈6的作用下，滑块压向接合套，使滑块中部的凸起部分正好嵌

在接合套中部的凹槽10中，起到空档定位作用。滑块2的两端伸入锁环9和5的三个缺口

12中。只有当滑块位于缺口12的中央时，接合套与锁环的齿方可能接合。

（1）锁环式同步器：应用于轿车及小型客车及货车的手动变速器；

（2）锁销式同步器：应用于大型客车及货车的手动变速器；

锁环式同步器：

（1） 锁环式同步器的组成：

锁环式同步器结构图 1和4－接合齿；2和11－滑块；3－拨叉；5和9－锁

环；12－锁环上缺口（三个）8－接合套；7－花键毂；6－弹簧圈；锁环式同步器的主要组成：接

合套、花键毂、滑块、弹簧圈、锁环、齿轮前的摩擦锥面。

同步装置

同步是使得套筒上的齿和齿轮（蓝色）啮合之前产生一个摩擦接触，见下图

齿轮（蓝色）上的锥形凸出刚好卡进套筒的锥形缺口，两者之间的摩擦力使得套筒和齿轮（蓝色）

同步，套筒的外部滑动，和齿轮啮合。

（2）锁环式同步器的工作原理

换档时，换档手柄通过操纵机构带动拨叉推动接合套左右移动时，接合套先带动滑块移动，滑块顶

在锁环的缺口上，推动锁环与待啮合的接合齿前的摩擦锥面产生摩擦，适当的使接合齿轮升速或降

速，当锁环与待啮合齿轮瞬时同步时，接合套超越滑块与接合齿啮合，保证平顺换档。

全同步式变速器上采用的是惯性同步器，它主要由接合套、同步锁环等组成，它的特点是

依靠摩擦作用实现同步。接合套、同步锁环和待接合齿轮的齿圈上均有倒角（锁止角），同步

锁环的内锥面与待接合齿轮齿圈外锥面接触产生摩擦。锁止角与锥面在设计时已作了适当选

择，锥面摩擦使得待啮合的齿套与齿圈迅速同步，同时又会产生一种锁止作用，防止齿轮在同

步前进行啮合。当同步锁环内锥面与待接合齿轮齿圈外锥面接触后，在摩擦力矩的作用下齿轮

转速迅速降低（或升高）到与同步锁环转速相等，两者同步旋转，齿轮相对于同步锁环的转速

为零，因而惯性力矩也同时消失，这时在作用力的推动下，接合套不受阻碍地与同步锁环齿圈

接合，并进一步与待接合齿轮的齿圈接合而完成换档过程。

输出轴三挡齿轮6与输入轴三档齿轮2的齿数之比（z6/z2）大于输出轴四挡齿轮5与输入

轴四挡齿轮4 的齿数之比（z5/z4）。由相互啮合传动齿轮的转速与齿数关系（n2/n6=z6/z2，

n4/n5=z5/z4），可以得出齿轮2与齿轮6转速之比（n2/n6）大于输入轴四挡齿轮4与输出轴

四挡齿轮5 转速之比（n4/n5）的结论。而输出轴三挡齿轮6与齿轮5的转速又是一样的

（n6=n5），所以在传动过程中，齿轮2转速永远比齿轮4转速高，即n2>n4。当变速器从低速

档（三档）换人高速档（四档）时，首先要踩离合器踏板，使离合器分离，接着通过变速杆等

将接合套3右移，进入空档位置。在接合套3与齿轮2刚分离这一时刻，两者转速还是相等

的，即n3=n2。而n2>n4，由此可以得出n3>n4，即接合套3的转速大于齿轮4转速的结论。这

时如果立即把接合套3推向齿轮4上接合齿圈，就会发生打齿现象。

此时，由于变速器处于空档，接合套和齿轮之间没有联系，离合器从动盘又与

发动

机万向传

脱离，所以接合套与齿轮的转速都在分别逐渐降低。 因为齿轮与齿轮、输出轴、

动装置

、驱动桥、行驶系以及整个汽车联系在一起，惯性很大，所以n4下降较慢；而接合

套只与输入轴和从动盘相联系，惯性很小，故n3下降较快。因为n3原先大于n4，

离合器

n3下降得又比n4快，所以过一会儿后，必然会有n3＝n4（同步）的情况出现。最好能在

n3＝n4的时刻使接合套右移而挂入四档。 与接合套联系的一零件的惯性越小，则n3

系列

下降得越快，达到同步所需时间越少，并且在同样速度差的情况下，齿间的冲击力也小，

因此离合器从动部分转动惯量应尽可能小一些。

同步器的优缺点是什么

优点：

1.由于变速器输入轴与输出轴以各自的速度旋转，变换档位时存在一个“同步”问题。两个旋转

速度不一样的齿轮强行啮合必然会发生冲击碰撞，损坏齿轮。同步器可使将要啮合的齿轮达到一致

的转速而顺利啮合。

2.同步器能消除或减轻齿轮间的冲击和噪声，并使换档轻便并且迅速。

缺点：同步器本身容易损坏，特别对重载和频繁换档的车辆来说，同步器更成为易损

件。因此，现在我公司重型卡车和中型卡车部分产品均装配不带同步器的变速箱；而在低

吨位产品中，同步器适用较为广泛。