第一章 绪论
1.1 引言
汽车工业的迅速发展和国际竞争加剧，使产品零部件设计与生产过程的高性能、低成本成为提高市场竞争力的途径。同步环是汽车变速箱的关键零件，主要用于保证汽车行驶平稳变速换档，操纵轻巧灵活。早期的同步环的制造用铜合金。随着人们对同步环使用性能要求提高，铜基合金已难满足要求。钢由于其特性能满足使用要求，同一规格的同步环，铜质同步环的重量比钢质同步环的重量要重 14%，钢质同步环可以降低成本。钢质同步器齿环的制造和研发是必然的。
1.2 汽车同步器的工作原理
同步器是在接合套换档机构基础上发展起来的，其中除包括接合套、花键毅、对应齿轮上的接合齿圈外，还增设了使接合套与对应接合齿圈的圆周速度迅速达到并保持一致(同步)的机构，以及阻止二者在达到同步之前防止冲击的机构。目前广泛采用的是惯性式同步器，它是依靠摩擦作用实现同步的。惯性式同步器从结构上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，以避免齿间发生冲击和产生噪声。汽车同步器的零件如图1.1所示。
轿车和轻、中型货车的变速器广泛采用锁环式惯性同步器，其结构和工作原理可以解放CA1091型汽车六档变速器中的五、六档同步器为例说明，如图1.2所示。将花键毅7套装到的二轴上后，即用卡环轴向固定。在花键毅两端与齿圈1和相同齿圈之间，各有一个青铜制成的锁环(也称同步环)。锁环上有断续的短花键齿圈，花键齿的断面轮廓尺寸与齿圈1及花键毅7上的外花键均相同。两个锁环上的花键齿，在对着结合套的一端都有倒角(称为锁止角)，且与结合套齿端的倒角相同。锁环具有与齿圈1上的锥形摩擦面锥度相同的内锥面，锥面上制出螺旋槽，以便两锥面接触后破坏油膜，增加锥面间的摩擦。三个滑块5分别嵌合在花键毅的三个轴向槽内，并可沿槽轴向滑动。三个定位销4分别插入三个滑块的通孔内。在弹簧G的作用下，定位销4压向接合套3，使定位销端部的球面正好嵌在接合套中部的凹槽内，起到空挡定位的作用。滑块5的两端伸入锁环2的三个缺口中，锁环的三个凸起部8分别伸入到花键毅7的三个通槽中，只有当凸起部8位于缺口的中央时，接合套与锁环的齿方可接合。
当接合套3刚从五档退到空档时，齿圈1和接合套3(连同锁环2)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(如图中箭头所示)旋转。设它们的转速分别为：n1,n2和n3，则此时n1=n2,n1>n3，即n2>n3。锁环2在轴向上是自由的，故其内锥面与齿圈1的外锥面并不接触，如图1.2(a)所示。若要挂入六档，可如图1.2(b)所示拨叉拨动接合套3，并通过定位销4带动滑块5一起向左移动。档滑块左端面与锁环2的缺口的端面接触时，便推动锁环移向齿圈2，使具有转速差(n1>n2)的两锥面一经接触便产生摩擦作用，齿圈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，直到锁环的凸起部8与花键毅7通槽的另一侧面接触时，锁环便与接合套同步转动。接合套的齿与锁环的齿较锁环的凸起部8位于花键毅的通槽中央时错开了约半个齿厚，花键毅通槽宽度为锁环凸起部8的宽度加上接合套的一个齿厚，从而使接合套的齿端倒角与锁环相应的齿端倒角正好抵触而不能进入啮合。
1.3 重载汽车同步器齿环的国内外现状
1.3.1 我国重载汽车和同步器的发展现状
重载汽车与国民经济生产部门的发展息息相关。20世纪70年代，我国重载汽车性能落后，可靠性差。随着科技人员的不断努力，重载汽车有了很大进步，到目前为止，我国民用重载汽车总保有量约为80万辆，重卡市场年需求量约为10万辆。据报道，重型汽车市场目前已经进入快速增长的阶段，有数据显示，2001年产销量增幅最大，重型汽车出现畅销火暴的场面。2002年我国重载汽车市场需求量为30万辆；由此可见重型汽车有着良好的市场前景。目前，我国重型汽车产品只停留在经济性和实用性上，有些企业追求的只是考虑大功率，低成本，经济型。大多数企业没有考虑更加安全，环保和舒适的重型车。我国卡车生产已经有40多年的历史，产品的承载能力，动力性和排放标准等都达到了一定的水平。但是，从所有生产重型车的企业来看，目前还是没有一家企业能生产出世界高水平，高科技含量的重型车。
第二章 钢制同步齿环精锻工艺设计分
2.1 引言
精密成形技术是指成形的零件，仅少量机械加工或不加工，就可用作机械构件的成形技术。采用精密模锻工艺获得的锻件比铸造件质量高，能承受大的冲击力作用，其塑性和韧性等力学性能都比铸件好。采用锻件可以在保证零件设计强度的前提下，减轻机器的自身重量；获得的产品表面质量好，机械加工余量少并且尺寸精度高；节约金属材料；提高生产效率。精密模锻有如下特点：
（1）大幅度降低产品零件成本。锻件加工余量少、公差小、表面粗糙度值小，能部分或全部代替零件的机械加工。因此节约材料和机械加工工时，提高劳动生产率。
（2）提高产品的力学性能和使用寿命。锻件的金属流线没有被切断，而且流线分布合理。锻造零件的强度比切削加工高约 20%，抗应力、腐蚀能力强，使用寿命长。
（3）对形状较复杂、质量要求较高、材料昂贵的零件，最能产生经济效益，因为对于这些难于用机械加工方法制造的零件，消耗大，价格高，精锻节约效果明显。
（4）适合大批量生产，批量越大，效益越好。
第三章 同步器齿环精密成形数值模拟分析......................... 30-43
3.1 引言........................ 30
3.2 有限元数值模拟技术........................ 30-31
3.3 刚塑性材料的变分原理 ........................31-34
3.4 模型的建立和模拟条件........................ 34-35
3.5 数值模拟分析........................ 35-42
3.6 本章小结........................ 42-43
第四章 同步齿环精密塑性成形锻模设计........................ 43-52
4.1 引言........................ 43-44
4.2 模具结构设计........................ 44-48
4.3 冷精整模具的设计........................ 48-49
4.4 锻模材料和热处理规范........................ 49
4.5 提高锻模使用寿命的措施........................ 49-50
4.6 模具的加工工艺........................ 50-51
4.7 本章小结 ........................51-52
第五章 生产试验验证........................ 52-58
5.1 引言........................ 52
5.2 试验设备及模具........................ 52-54
5.3 试验用的材料和试验参数........................ 54
5.4 实验结果分析........................ 54-57
5.5 本章小结........................ 57-58
结论
本文以重载汽车同步器齿环为研究对象。通过查阅大量的文献资料，以及借助有限元模拟软件和实验数据的整理对比，对同步器齿环的精密模锻成形工艺和模具设计进行优化。得出如下结论：
(1)通过对资料的收集分析和相关的工艺计算和分析的基础上，确定钢制同步齿环的精密模锻方案是可行的。
(2)完成同步器齿环的工艺分析和计算，通过工艺设计，减小各个横截面差的方法改进同步齿环的成形性。设计凹模和凸模的配合间隙，改善材料的充型情况。
(3)通过模拟分析得到，坯料的合理定位尺寸为 145~150mm，优化后的下料尺寸为 Ф147/129×30mm，成形温度为 950℃。所得到的成形力曲线和工艺计算的吨位基本一致。
(4)在 1000T 双盘摩擦压力机上进行了实验验证。验证的试件与模拟的结果切近，说明模拟的参数和条件合理。
虽然完成了钢制同步齿环的精锻工艺和模具设计，还可以对坯料的尺寸进行进一步优化以达到节约成本的目的。另外，在实际实验时，发现模具在使用过程中，由于工作环境的冷热交替和不断的承受冲击载荷，寿命得不到保证。虽然在模具材料和结构以及安装使用维护上采取了不少改进措施，寿命较短使得成本升高，生产率降低。所以，如何从模具结构和材料上改进模具的寿命问题是以后该产品开发的新课题。
参考文献
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