锁环式同步器图文

锁环式同步器的工作原理
锁环式同步器是一种基于互斥锁（Mutex）和条件变量（Condition variable）的同步机制，用于多线程间的协同操作。

它的主要工作原理如下：
1. 锁环式同步器内部维护了一个循环数组，每个元素对应一个线程的状态信息，包括状态标志、等待线程队列等。

2. 当一个线程需要进行某个共享资源的操作时，它首先尝试获取元素对应的锁。

如果锁已经被其他线程持有，该线程进入等待状态，并在条件变量上等待。

3. 当持有锁的线程完成了对共享资源的操作后，它释放锁并唤醒等待线程队列中的一个线程。

4. 被唤醒的线程再次尝试获取锁，如果锁仍然被其他线程持有，则该线程继续等待。

5. 当一个线程获取到锁后，它可以执行相应的共享资源操作，并在操作完成后释放锁。

6. 各个线程循环执行上述步骤，实现了对共享资源的安全访问。

锁环式同步器的优势在于通过循环数组的方式，使得线程等待和唤醒的开销减小，提高了多线程协同操作的效率。

同时，锁环式同步器的实现较为复杂，需要考虑线程安全、等待队列管理等问题，因此在使用时需要谨慎处理。

汽车传动系统——变速器和同步器图解三轴五当变速器传动简图1-输入轴2-轴承3-接合齿圈4-同步环5-输出轴6-中间轴7-接合套8-中间轴常啮合齿轮此变速器有五个前进档和一个倒档，由壳体、第一轴（输入轴）、中间轴、第二轴（输出轴）、倒档轴、各轴上齿轮、操纵机构等几部分组成。

两轴五当变速器传动简图1-输入轴2-接合套3-里程表齿轮4-同步环5-半轴6-主减速器被动齿轮7-差速器壳8-半轴齿轮9-行星齿轮10、11-输出轴12-主减速器主动齿轮13-花键毂与传统的三轴变速器相比，由于省去了中间轴，所以一般档位传动效率要高一些；但是任何一档的传动效率又都不如三轴变速器直接档的传动效率高。

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。

前置发动机后轮驱动汽车变速器的外操纵机构1-变速器壳体2-变速连动杆3-变速杆一般前置发动机后轮驱动汽车的变速器距离驾驶员座位较近，换档杆等外操纵机构多集中安装在变速器箱盖上，结构简单、操纵容易并且准确。

两轴五当变速器传动简图此变速器有五个前进档和一个倒档，由壳体、第一轴（输入轴）、中间轴、第二轴（输出轴）、倒档轴、各轴上齿轮、操纵机构等几部分组成。

1-输入轴 2-轴承 3-接合齿圈 4-同步环5-输出轴 6-中间轴 7-接合套 8-中间轴常啮合齿轮三轴五挡变速器传动简图两轴五当变速器传动与传统的三轴变速器相比，由于省去了中间轴，所以一般档位传动效率要高一些；但是任何一档的传动效率又都不如三轴变速器直接档的传动效率高。

1-输入轴 2-接合套 3-里程表齿轮 4-同步环 5-半轴 6-主减速器被动齿轮 7-差速器壳8-半轴齿轮 9-行星齿轮 10、11-输出轴 12-主减速器主动齿轮 13-花键毂两轴五当变速器传动简图关于换挡动作的控制形式上图为推杆连接的换挡方式的4速手动挡变速箱模型一般的手动变速箱，都是通过推杆连接或者是拉线来控制换挡的。

推杆连接的换挡控制方式，更为直接但是传递的振动会很大；而拉线式的虽然没有振动，但是挡位显得不是很清晰，可谓是各有优劣。

除了这两种纯机械式的换挡控制，此外，还有使用电控装置换挡的手动变速箱，它可以很好的结合推杆和拉线换挡之间的优点。

这种变速箱在换挡的时候，挡拨动变速杆到相应的挡位，在变速器里就会有电机驱动相应的拨叉控制套筒与齿轮咬合，因此不存在挡位不清晰的问题，而且换挡的行程也可以控制在很理想的围。

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BJ212型汽车三档变速器中的二、三档同步器为例说明。

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。

变速器和同步器图解三轴五当变速器传动简图1-输入轴 2-轴承 3-接合齿圈 4-同步环 5-输出轴 6-中间轴 7-接合套 8-中间轴常啮合齿轮此变速器有五个前进档和一个倒档，由壳体、第一轴（输入轴）、中间轴、第二轴（输出轴）、倒档轴、各轴上齿轮、操纵机构等几部分组成。

两轴五当变速器传动简图1-输入轴 2-接合套 3-里程表齿轮 4-同步环 5-半轴 6-主减速器被动齿轮 7-差速器壳8-半轴齿轮 9-行星齿轮 10、11-输出轴 12-主减速器主动齿轮 13-花键毂与传统的三轴变速器相比，由于省去了中间轴，所以一般档位传动效率要高一些；但是任何一档的传动效率又都不如三轴变速器直接档的传动效率高。

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。

同步器说明书同步器说明书同步器分为常压式，惯性式和惯性增力式。

但是在现在的汽车领域中，得到广泛使用的是惯性式同步器。

惯性式同步器有锁销式，滑块式，锁环式，多片式和多维式几种。

今天我们设计的是以款锁环式同步器。

一，同步器工作原理：同步器换挡过程由三个阶段组成。

第一阶段：同步器离开中间位置，做轴向移动并靠在摩擦面上。

摩擦面相互接触瞬间，由于齿轮的角速度和滑动齿套的角速度不同，在摩擦力矩作用下锁销相对滑动齿套转动一个不大的角度，并占据锁止位置。

此时锁止面接触，阻止了滑动齿套向换挡方向移动。

第二阶段：来自手柄传至换挡拨叉并作用在滑动齿套上的力F，经过锁止元件又作用在摩擦面上。

由于齿轮的角速度和滑动齿套的角速度不相同，在上述表面产生摩擦力。

滑动齿套和齿轮分别与整车和变速器输入转动零件相连接。

于是，在摩擦力矩作用下，滑动齿套和齿轮的转速逐渐接近，其角速度差减小了。

在角速度差等于零的瞬间同步过程结束。

第三阶段：角速度差等于零，摩擦力矩消失，而轴向力F仍作用在锁止元件上，使之解除锁止状态，此时滑动锁套和锁销上的斜面相对移动，从而使滑动齿套占据了换挡位置。

二，主要参数的确定1．摩擦系数f汽车在行驶过程中换挡，特别是在高档区换挡次数较多，意味着同步器工作频繁。

同步器是在同步环与连接齿轮之间存在角速度差的条件下工作，要求同步环有足够的使用寿命，应当选用耐磨性能良好的材料。

为了获得较大的摩擦力矩，又要求用摩擦因素大而且性能稳定的材料制作同步环。

另一方面，同步器在油中工作，使摩擦因数减小，这就为设计工作带来困难。

摩擦因数除与选用的材料有关以外，还与工作面得表面粗糙度，润滑油种类和温度等因素有关。

作为与同步环锥面接触的齿轮部分与齿轮做成一体，用低碳合金钢制成。

对锥面的表面粗糙度要求比较高，用来保证在使用过程中摩擦因数变化小。

若锥面的表面粗糙度差，在使用过程初期容易损害同步环锥面。

同步环常选用能保证具有足够高的强度和硬度,耐磨性能良好的黄铜合金制造，如锰黄铜，铝黄铜和锡黄铜等。

锁环式惯性同步器结构与工作过程锁环式惯性同步器是依靠摩擦作用实现同步。

它可以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，以避免齿间冲击和发生噪声。

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CAl091型汽车六档变速器中的五、六档同步器(图14—13a)为例说明。

将花键毂15套装到第二轴上后，即用卡环18轴向固定。

在花键毂两端与齿圈3和9之间，各有一个青铜制成的同步锁环(也称同步环)4和8。

锁环上有断续的短花键齿圈(图14—13b)，花键齿的断面轮廓尺寸与齿圈3、9及花键毂15上的外花键齿均相同。

两个同步锁环上的花键齿，在对着接合套的一端，都有倒角(称锁止角)，且与接合套齿端的倒角相同。

同步锁环具有与齿圈3和9上的锥形摩擦面锥度相同的内锥面，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5分别嵌合在花键毂的三个轴向槽b内，并可沿槽轴向滑动。

三个定位销6分别插入三个滑块的通孔中。

在弹簧16的作用下，定位销压向接合套，使定位销端部的球面正好嵌在接合套中部的凹槽a 中，起到空档定位作用。

滑块5的两端伸入锁环4和8的三个缺口c中。

锁环的三个凸起部d分别伸入到花键毂的三个通槽e中，只有当凸起部d位于缺口e的中央时，接合套与锁环的齿方可能接合。

以变速器由五档换入六档(直接档)为例，锁环式惯性同步器的工作过程如图14—14所示。

当接合套7刚从五档退到空档时(图14—14a)，齿圈3和接合套7(连同锁环4)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n 3、n 7和n 4，此时，n 4＝n 7，n 3＞n 7，即n 3＞n 4。

锁环4在轴向是自由的，故其内锥面与齿圈3的外锥面并不接触。

若要挂入六档，可用拨叉拨动接合套7，并通过定位销6带动滑块5一起向左移动。

当滑块左端面与锁环4的缺口c (图14—13)的端面接触时，便推动锁环移向齿圈3，使具有转速差(n 3＞n 4)的两锥面一经接触便产生摩擦作用(图14—14b)。

同步器设计同步器有常压式、惯性式和惯性增力式三种。

常压式同步器结构虽然简单，但有不能保证啮合件在同步状态下(即角速度相等)换挡的缺点，现已不用。

得到广泛应用的是惯性式同步器。

惯性式同步器能做到换挡时两换挡元件之间的角速度达到完全相等之前，不允许换挡，因而能完善地完成同步器的功能和实现对同步器的基本要求。

按结构分，惯性式同步器有锁销式、滑块式、锁环式、多片式和多锥式几种。

虽然它们的结构不同，但都有摩擦元件、锁止元件和弹性元件。

图3—17a所示锁销式同步器的摩擦件是同步环2和齿轮3上的凸肩部分，分别在它们的内圈和外圈设计有相互接触的锥形摩擦面。

锁止元件位于滑动齿套1的圆盘部分孔中做出的锥形肩角和装在上述孔中、在中部位置处有相同角度的斜面锁销4。

锁销与同步环2刚性连接。

弹性元件是位于滑动齿套1圆盘部分径向孔中的弹簧7。

在空挡位置，钢球5在弹簧压力作用下处在销6的凹槽中，使之保持滑动齿套与同步环之间没有相对移动。

滑动齿套与同步环之间为弹性连接。

图3—17 惯性式同步器结构方菜a)锁销式 b)锁环式1、8--滑动齿套 2--同步环 3、10--齿轮 4--锁销 5--钢球 6--销 7--弹簧 9--锁环图3—17b所示锁环式同步器摩擦元件，是通过滑动齿套8及锁环9上的锥面来实现的。

作为锁止元件是锁环9的内齿和做在齿轮10上的接合齿端部。

齿轮10和锁环9之间是弹性连接。

在惯性式同步器中，弹性元件的重要性仅次于摩擦元件和锁止元件，它用来使有关部分保持在中立位置的同时，又不妨碍锁止、解除锁止和完成换挡的进行。

锁销式同步器的优点是零件数量少，摩擦锥面平均半径较大，使转矩容量增加。

这种同步器轴向尺寸长是它的缺点。

锁销式同步器多用于中、重型货车的变速器中。

滑块式同步器本质上是锁环式同步器，它工作可靠、零件耐用；但因结构布置上的限制，转矩容量不大，而且由于锁止面在同步锥环的接合齿上，会因齿端磨损而失效，因而主要用于轿车和轻型货车变速器中。

锁环式同步器的名词解释锁环式同步器是一种在信息传输和数据同步中常见的机制。

它通过利用锁的状态和环形结构来实现多线程或多进程之间的同步和互斥操作。

在本文中，我们将深入探讨锁环式同步器的定义、用途以及其工作原理，并进一步分析其在现代计算机系统中的重要性。

一、锁环式同步器的定义锁环式同步器是一种由软件或硬件实现的同步机制，用于协调多个并发操作的访问和修改共享资源的行为。

它使用一种称为“锁”的特殊数据结构，该数据结构在多线程或多进程环境中充当了一种信号量。

与传统的锁机制不同，锁环式同步器是基于环形结构的，其中每个线程或进程在获得锁之前必须按特定顺序依次尝试获取锁。

当一个线程或进程获得锁后，它可以执行其临界区代码，直到释放锁为止。

之后，锁将被传递给下一个线程或进程。

二、锁环式同步器的用途锁环式同步器广泛应用于许多计算机领域，包括操作系统、并发编程和分布式系统等。

它的主要作用是确保共享资源在多个线程或进程之间的顺序访问和修改。

在并发编程中，锁环式同步器常用于解决竞态条件（race condition）和死锁（deadlock）等问题。

例如，在操作系统中，锁环式同步器可以用于控制对关键数据结构的访问。

它可以防止多个线程或进程同时修改共享数据，从而避免了数据不一致和访问冲突的问题。

在分布式系统中，锁环式同步器可以用于实现分布式事务的一致性控制，确保多个节点之间的操作按照特定顺序进行。

三、锁环式同步器的工作原理锁环式同步器的工作原理可以简述为以下几个步骤：1. 创建一个环形结构，其中每个节点代表一个线程或进程，而锁作为环形结构的特殊数据结构。

2. 每个线程或进程按照一定顺序依次尝试获取锁。

如果当前线程或进程无法获取锁，则将其挂起并等待其他线程或进程释放锁。

3. 当前线程或进程成功获取锁后，可以执行其临界区代码。

在临界区代码执行完毕后，释放锁，并将锁传递给下一个线程或进程。

4. 重复步骤2和步骤3，直到所有线程或进程完成其任务。