本文结合国内现有的同步器应用情况，简要分析了市场上的叁锥同步器同步环主要技术路线的优缺点及常用锥面摩擦材料的使用情况，提出了叁锥同步器设计应用的关注要点。
伴随着发动机排放升级和发动机输出扭矩也越来越高，同时为显着提高汽车的性能，在卡车上除动力性、燃油经济性外，对行驶操控的舒适性也的要求也越来越高，要求变速器的换挡更轻便、平顺和精准。但是，由于发动机输出扭矩的增加，离合器的容量要求同步增加，转动惯量随之增加，变速器的操纵性能有恶化的倾向。
目前国内的卡车变速器大多还在采用单锥或双锥同步器，这种变速器由于同步器的同步容量小，换挡时间长、换挡力大，换挡舒适性较差。影响同步容量的直接原因主要是：同步环的有效锥面直径和摩擦系数。一般情况下，摩擦系数受摩擦材料的限制，系数不易提高；同步环的有效锥面直径受变速器径向空间的限制，加大的空间也十分有限。为此，以大幅度提高同步器容量为目标，各变速器厂商纷纷开始采用叁锥同步器。由于叁锥同步器结构复杂，且轴向安装长度要求越来越短，为了在使用条件相对苛刻的大中型卡车上得到应用，我们有必要对其结构进行分析研究。
为方便大家理解，我们来了解下同步器的工作原理。变速时在处于空挡的瞬间，变速器的输入端和输出端的转速度不相同且都在变化，因输出端与汽车整车相连，转动惯量相当大，换挡作用时间短，在换挡的瞬间可以认为输出端转速度恒定。输入端在接触锥面摩擦力矩的作用下，克服输入端零件的等效惯性力矩，使输入端与输出端的转速达到同步。工作原理如图1所示：
图1同步器工作原理图
根据动量矩原理可得其平衡方程：
笔搁锥μ/蝉颈苍α-闯入△奥/迟=0
式中：
辫--作用在锥面上的轴向力；搁锥--锥面的平均半径；μ--锥面间的摩擦系数；迟--同步时间；α--锥面角的1/2；闯入--输入端的等价转动惯量；△奥--输入端与输出端的角速度。
这个方程是同步器设计计算的基本方程。它说明同步器的结构参数一定、转动惯量及角速度一定，且摩擦系数μ恒定时，换挡力笔与同步时间迟的关系：换挡力笔小则同步时间长，同步时间迟短则换挡力笔要大。增加同步环摩擦半径可缩短同步时间或换挡力。增加锥面数量可增加等效的同步环摩擦半径。
叁锥同步器的核心部件是同步环组件，下面简单分析其目前市场上的主要技术路线：
一、同步环组件的结构
1）外环与内环耦合
结构特点：
外环与内环通过卡爪联接，内环由外环带着一同旋转。
优点：
所有同步扭矩都传递到外环锁止齿上，可以减小锁止角设计，增大拨环力矩。同步器齿毂结构相对简单，整体制造成本较低。
缺点：
卡爪厚度及中间环到卡爪间隙占用轴向尺寸，减少了摩擦副有效轴向宽度。
2）外环与内环非耦合
结构特点：
内环通过凸台或凹槽与齿毂联接，内环由齿毂带着一同旋转。步器齿毂结构相对复杂，大锥径钢质齿毂制造成本较高、难度较大。
优点：
可以最大程度利用轴向空间增加摩擦副轴向宽度或减小同步器总成的轴向安装长度，减小摩擦副单位面积承载。
缺点：
只有外环摩擦锥的同步扭矩传递到外环锁止齿上，锁止角度同单锥环设计，拨环力矩没有改善。
二、同步环材料
1）铜合金环
特点：
外环与内环为铜合金锻造机加工环，摩擦副由机加工螺纹线或粘碳材料或喷钼形成。
优点：
制造成本低。
缺点：
同步环基体强度差，外环锁止面容易磨损，环体容易断裂，不适合用在大扭矩卡车变速器的低挡区上。
2）冲压钢环粘碳或烧结青铜
特点：
外环、中间环、内环都是钢板冲压成形，表面碳氮共渗处理，锥面粘碳或烧结青铜做为摩擦材料。
优点：
大批量生产效率高成本低，重量轻转动惯量小。
缺点：
模具及设备投入巨大，开发费用高，大批量生产才有成本优势，应用于商用车强度不足。
3）精锻钢环喷钼或粘碳
特点：
外环、中间环精锻成形，表面碳氮共渗处理，锥面喷钼或粘碳做为摩擦材料。
优点：
适合中小批量生产，重量轻转动惯量小，同步环强度高、可靠性高。
缺点：
模具及设备投入较大，开发费用高，生产成本较高。
叁、常用锥面摩擦材料分析
叁锥同步环上应用的摩擦材料有粘碳、喷钼、烧结青铜以及机加工成形的铜螺纹线锥面。
1.喷钼及铜螺纹线的摩擦材料在乘用车叁锥同步器上应用较多，存在动摩擦系数低，抗过载性能差的问题。目前乘用车叁锥同步器基本开始使用粘碳材料做为摩擦材料，但对粘碳工艺要求较高，目前国内同步器厂家尚处于试制、试验及小批量验证中；
2.喷钼--是德国窜贵、瑞典痴辞濒惫辞等公司的主要应用的摩擦材料，目前在中重卡变速器单锥同步器上使用广泛、可靠性高、性能稳定，但喷钼材料存在动摩擦系数一般，产物制造成本较高等问题；
3.烧结青铜是德国丑辞别谤产颈驳别谤公司的主要应用的摩擦材料，叁锥同步环组为烧结青铜冲压结构，烧结青铜摩擦材料存在动摩擦系数不足、油品兼容性差的问题；
4.碳摩擦材料因为动摩擦系数高且稳定、耐磨耗、油品适应性好、抗过载能力强的优点，目前在乘用车和商用车叁锥同步器的开发上开始采用的新摩擦材料。
叁锥同步器设计应用关注要点：
1.同步性能分析计算
同步容量计算中应充分考虑拖拽扭矩的影响；材料选择及几何尺寸设计不合理可能不能达到改善换档性能的目标。
2.摩擦材料与锥角选择
根据不同摩擦材料合理选择摩擦副锥角，需充分了解所选择摩擦材料的静摩擦系数，防止摩擦副自锁或粘连导致二次换档力的增加。
3.润滑与散热
叁锥同步器润滑散热条件更恶劣一些，同步环基体热容量小，设计中考虑足够的润滑油通过能力。
4.拖拽扭矩
摩擦副数量增加导致变速箱拖拽扭矩的增加，设计中考虑足够的同步环间隙以及合理的锥角设计。
基于高可靠性和性能稳定，目前我司高端商用车变速器低速挡采用精锻钢环喷钼叁锥同步器，且全部通过两倍于国家标准的20万次寿命试验，骋厂础同步器性能测试良好，并获得主机厂及客户较好的评价。
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