汽车同步器齿环碳纤维摩擦材料粘接夹具设计

第１ｌ期

２００９年１１月

文章编号：１００１—３９９７（２００９）１ｌ’０２４３—０２

机械设计与制造

Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ

Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ

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汽车同步器齿环碳纤维摩擦材料粘接夹具设计

陈成英

（陕西省机械研究院，咸阳７１２０００）

ＤｅｓｉｇｎｏｆｂｏｎｄｉｎｇｆｉｘｔｕｒｅｏｆａｕｔｏｍｏｂｉｌｅＳｙｎＣｈｒＯｎｉＺｅｒＲｉｎｇｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｆｒｉｃｔｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌ

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２０００，Ｃｈｉｎａ）

ｌ【摘要】碳纤维复合摩擦材料在高温高压下通过耐高温胶粘剂粘接到汽车同步器齿环摩擦面上。ｊ

；针对摩擦材料高温高压粘接固化工艺技术要求，设计了应用于摩擦材料高温高压粘接夹具，指出了夹具；

ｌ中关键零件的结构设计和设计要点，并叙述了粘接夹具的使用方法。实践证明，设计夹具达到了工艺要！

ｌ求，生产的产品质量稳定。

关键词：汽车同步器齿环；碳纤维摩擦材料；粘结夹具；设计ｉｌ

；

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｗｅｒｅｂｏｎｄｅｄａｔａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｒｒｉｎｇｕｓｉｎｇｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａ－｛；

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中图分类号：ＴＨｌ６文献标识码：Ａ

１引言

同步器齿环是汽车变速器换档机构中的—个重要零件，利用其锥面产生的摩擦力距，使两个换挡元件之间同步运转，从而实现换挡。目前国内常用的同步器齿环为铜合金或钢环喷钼，实践证明铜合金和钢环喷钼同步器齿环在使用过程中摩擦系数小，易磨损，摩擦性能不稳定，使用寿命短等缺陷。碳纤维复合材料具有较高的摩擦系数，耐磨损，摩擦性能稳定，耐温性能好，使用寿命长等显著优点，而被应用于汽车同步器钢制（锻钢）齿环摩擦面上，并且越来越受到人们的莺视。

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图１内锥面齿环

２技术要求及粘接工艺分析

如图所示是为变速箱厂家生产的同步器齿习。零种，如图１所示。

为内锥面齿环零件，如图２所示。为外锥面齿环零件。摩擦材料牯接在齿环锥面上，尺寸要求见图中所示。碳纤维复合材料是非金属摩擦材料，通过胶粘剂粘接在钢环上，因此摩擦材料与钢环的粘结强度将是影响成品质量和使用寿命的重要因素。根据同步器齿环使用：［况和使用性能，对摩擦材料粘接在齿环锥面上的物理性能要求如下：（１）剪切强度：３０ＭＰａ，摩擦系数：（０．２－．０２８），耐热性：平均工作温度：１８ａ℃，瞬

图２外锥面齿环

３夹具设计

（１）轴向加载粘接力：

摩擦面受力分析，如图２所示。

时工作温度：２５０℃。（２硅工作工黼复摩擦ｌＯ万次：摩擦材ｊ净｝不且蔸

载能力，为此配制耐高温胶粘剂，制备碳纤维复合摩擦材料，研制了

落。摩擦材料的粘接温度和粘接压力决定同步器使用工况温度Ｆ的承

同步器齿环摩擦材料高温高压粘接固化工艺。在粘接固化工艺过程中，摩擦材料上要有稳定的压力压在齿环粘接面，为了这一工艺的实施，以及保证图示粘接尺寸及精度要求，设计了专用粘接夹具。

★来稿日期：２００９一Ｏｌ一１４

式中：矿一剪切强度；蝴接面积；式中：蝴擦角

轴向总推力：终＝尸托Ｏ鲫

摩擦面总剪切力：Ｐ，＝ｔｒ＊Ｓ＝３０Ｓ

所以轴向要加载的最小粘接力为Ｂ（２）夹具加热后膨胀，膨胀量：ＡＬ＝ａ．ＡＬＬ

万方数据　

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陈成英：汽车同步器齿环碳纤维摩擦材料粘接夹具设计

第１Ｉ期

式中：ａ—夹具材料热膨胀系数；Ａｔ—升温温度；￡—受力螺杆长

度（根据结构初定）。夹具结构图（３）、图（５）所示（３）取碟簧加载荷１．２Ｂ承受热膨胀量△￡

碟簧刚度：Ｋ＝（１．２昝Ｐ２），△￡

加到碟簧上最小载荷Ｐ２时的压缩量△Ａ

△Ａ＝ＰＪＫ

（４）根据所选碟簧材料、碟簧刚度、安装结构，确定碟簧结构参数和对置碟簧数，计算实际螺杆长度以及受热后嘭胀量△Ｌ１。若△Ｌ．＞ＡＬ，工作时取碟簧压缩量Ａｂ＂＞ＡＬ。＋ＡＡ；若△厶＜ＡＬ，工作时取碟簧压缩量ＡＦ＞ＡＬ＋ＡＡ。

３．１内锥面齿环摩擦材料粘结夹具

如图ｌ所示，要加工的齿环零件。

３．１．１夹具结构

如图３所示，为内锥面齿环摩擦材料粘接夹具。此夹具由夹具主体ｌ，压锥２，蝶簧３，螺母４组成。夹具主体ｌ上（见图４）导向轴ｄ与压锥２导向孔ｄ。有配合要求，导向轴ｄ与基座上工件定位孔Ｄ有同轴度要求；与定位面曰、基准面ｃ有垂直度要求。压锥２限位面Ｆ与锥面大端相交处直径为ｔ，ｔ为零件锥面大端直径值；限位面Ｆ与锥面、导向孔ｄ。有跳动度要求。蝶簧３的作用是保持夹具加热后压锥限位面始终压紧齿环端面，如图４所示。

图３内锥面齿环摩擦材料粘结夹具

１．主体２．压锥３蝶簧４．螺母

图４夹具主体和压锥

３．１．２夹具使用

见图（３）所示。将齿环基体锥面清洁后涂胶粘剂，放置在夹具主体ｌ（见图４）基座工件定位孔Ｄ中，然后将制备好的摩擦材料围在涂胶锥面上，压锥２通过主体ｌ上导向轴压入碳布粘接锥面孔中，通过压力设备按图示加压力ＪＰ（ｎ，Ｐ２）使压锥２端面Ｆ与齿环锥大端面压紧，按图示装上蝶簧３、拧紧螺母４且使碟簧压缩量为ＡＦ，卸掉加压设备。然后将夹具整体放人加热器中，按加热固化工艺进行，完成碳布粘接工序。

３．２外锥面摩擦材料粘结夹具

如图２所示，为要加工的齿环零件图。

万　

方数据３．２．１夹具结构

如图５所示，为制造该零件的夹具。此夹具由夹具主体１，压盖２，蝶簧３，螺母４组成。夹具主体上（见图６）锥面Ａ大端真径Ｄ。设计为零件锥面大端直径口。锥Ａ与端面Ｂ有跳动度要求，与导向轴如有同轴度要求。导向轴如与端面Ｂ、基准面ｃ有垂直度要求。压盖导向孔如与其端面，有垂直度要求、与导向轴ｄ２有配合要求，如图６所示。

图５外锥面齿环摩擦材料粘结央具

１．主体２．压盖３牒簧４＿螺母

图６夹具主体和压盖

３．２．２夹具使用

见图（５）所示，首先将制备好的摩擦材料围在夹具主体１锥

面上，然后将涂好胶粘剂的齿环基体放置到围好碳布的锥面中，压盖２通过主体ｌ上导向轴压齿环进入粘接锥面，通过压力设备按图示加压力尸（压力Ｊ陟Ｐ２）使压盖端面Ｆ紧贴主体端面日和齿环端面，按图示装上蝶簧３、拧紧螺母４，且使碟簧压缩量为ＡＦ，卸掉加压设备，然后将夹具整体放入加热器中，按加热固化工艺进行，完成碳布粘接工序。

４结束语

此夹具的特点是，结构紧凑，装卸简单方便，重复使用ｔｉｆｆ。摩擦材料均匀地粘接在钢环七，台架试验３０万次摩擦材料不脱落，零件尺寸—致陛好，加工质量不受操作者技术水平的影响。经过两年生产使用，加１：产品质量叮靠，效果非常好，为变速箱厂家供应了一

定数量的同步器齿环。该夹具制造成本低，但性价比高，对产品质量的保障起ｒ重要作用。随着汽车工业技术的发展，汽车零部件的性能要求越来越高，尤其随着载重车向大吨位、大扭矩方向发展，铜合金强度无法满足使用要求，同步器齿环逐步向钢环发展，再加上碳纤维摩擦材料同步器齿环具有比铜合金齿环或钢基喷钼齿环更优越的摩擦使用性能，所以它会逐步应用到各种汽车变速箱中。

参考文献

ｉ王晓洁．Ｔ－１０００碳纤维骄氧树脂基复合材料性能研究［Ｊｌ材料科学与工

艺，２００Ｓ（５）：９４－０７

２陈莉萍．提高同步器摩擦系数的材料及其应用技术的研究［Ｊ］．汽车工艺与材料，２００７（５）：７７－７９