本发明涉及汽车变速器技术领域，具体涉及一种同步环、双锥同步器以及三锥同步器。
背景技术：
汽车换档过程中的同步时间很大程度上决定了换挡的平顺性，随着汽车行业的发展，驾驶者对汽车换挡的平顺性要求越来越高，随之要求同步时长也越来越短。目前，换挡过程中的同步环烧环、异常磨损等现象较为普遍，也是同步环失效的主要模式。
同步过程中，外力施加不均匀、零件加工误差等都会引起同步环偏磨，使得同步环的摩擦力矩降低。而换挡过程在短时间内需要较大的换挡力，选换挡机构到拨叉再到齿套，推动同步器滑块推动同步环，较大的换挡力、较小的摩擦面积、较大的转速差会造成较长的同步时间，长时间高转速的局部摩擦，使得同步环的局部温度迅速升高。同步环的硬度、强度和关键尺寸如锥面圆度、角度、花键部分重要参数等受局部温度影响发生变化会引起偏磨，加速中环的磨损，造成同步环组件早期失效，进而引起同步器功能失效。
在必须满足驾驶者对换挡的平顺性要求的前提下，为延长同步环的使用寿命，可以采取降温措施对上述局部高温区域进行快速降温，目前常用的降温措施是采用润滑油对同步环进行润滑，并由润滑油将热量带走。然而，出于经济性和效率的考虑，目前变速器一般都设计为被动润滑，同步环环间间隙较小，润滑困难，局部产生的高温很难由润滑油及时带走。部分技术采用主动润滑的方式对同步环进行润滑，但是也带来的一些负面影响，例如润滑油油量增加，拖曳力矩增大，能量损耗增加，传递效率降低；多档位布置主动润滑油管，结构复杂性增加，布置难度加大，成本增加。
技术实现要素：
本发明的目的在于解决同步过程中的局部高温引起的烧环和异常磨损问题。为了实现上述目的，本发明提供了一种同步环，具体技术方案如下所述：
一种同步环，包括内环、中环和用于带动所述内环旋转的外环，
所述内环、所述中环和所述外环由内向外依次同轴套接，所述内环的外锥面与所述中环的内锥面配合形成第一摩擦副，所述中环的外锥面与所述外环的内锥面配合形成第二摩擦副；所述中环的基体上涂覆有耐磨耐高温涂层；
所述中环上设置有突出于所述外环和所述内环的第一卡爪，所述外环的外壁上设有沿周向分布的第一啮合齿。
进一步地，所述耐磨耐高温涂层采用热喷涂或电镀的方式处理形成。
进一步地，所述中环的基体采用钢质材料制作形成。
进一步地，所述外环的基体采用粉末冶金材料压制烧结而成，所述外环的内锥面粘贴有碳层；所述内环的基体采用粉末冶金材料压制烧结而成，所述内环的外锥面粘贴有碳层。
进一步地，所述外环的内壁上设有第一卡槽，所述内环上设有卡接于所述第一卡槽的第二卡爪，所述内环通过所述第二卡爪与所述外环传动连接；
所述第一卡槽和所述第二卡爪均设置在所述同步环的一端，所述第一啮合齿和所述第二卡爪均设置在所述同步环的另一端。
进一步地，所述内环的内锥面粘贴有碳层。
本发明还提供了一种双锥同步器，包括齿套、结合齿和上述的同步环，
所述齿套上设有与所述第一啮合齿匹配的第二啮合齿，所述齿套通过所述第二啮合齿与所述外环的所述第一啮合齿传动连接；
所述结合齿上设有与所述第一卡爪匹配的第二卡槽，所述结合齿通过所述第二卡槽与所述中环的所述第一卡爪卡合连接。
本发明还提供了一种三锥同步器，包括齿套、结合齿和上述的同步环；
所述齿套上设有与所述第一啮合齿匹配的第二啮合齿，所述齿套通过所述第二啮合齿与所述外环的所述第一啮合齿传动连接；
所述结合齿上设有与所述第一卡爪匹配的第二卡槽，所述结合齿通过所述第二卡槽与所述中环的所述第一卡爪卡合连接；所述结合齿的外锥面与所述内环的内锥面配合形成第三摩擦副。
实施本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过对同步环中的中环增设耐磨耐高温涂层，解决了同步过程中局部高温引起的同步环中环刚性和强度的降低、表面硬度降低、组织的变化极大等问题，延长了同步器同步环的使用寿命，提高了换挡可靠性。
2、本发明无需对同步环的结构作出其他改动，仅在同步环的中环涂覆耐磨耐高温涂层即可改善使用效果，可应用于不同结构的同步环，具有适用范围广，成本低等优点。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明提供的同步环组件及结合齿的结构示意图；
图2是本发明提供的同步环的中环的结构示意图；
图3是本发明提供的同步环的中环的剖视示意图；
图4是本发明提供的同步器及齿轮结构的示意图。
其中，1-内环，11-内环的外锥面，12-第二卡爪；2-中环，21-中环的基体，22-耐磨耐高温涂层，23-第一卡爪；3-外环，31-外环的内锥面，32-第一啮合齿，33-第一卡槽；4-结合齿，41-第二卡槽。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以使直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
目前大部分汽车(除单级纯电动汽车)都使用变速器，无论手动变速器还是自动变速器(除cvt变速器外)都会使用同步器进行换挡动作。同步器换挡极大限度的增加了换挡品质，减少换挡冲击。同步器中起到换挡作用的主要是同步环，目前同步环有多种结构和形式，主要工作原理都是利用摩擦副间的摩擦产生的摩擦力矩来降低同步端和被同步端的转速差，从而在转速差为0的时候换挡，从而实现最佳的换挡品质。同步环(以锁环式同步环为例)有单锥、双锥和三锥。目前市场上变速器低档位主要使用双锥和三锥，低档位在换挡过程中产生的热量较高档位多。
实施例1
图1是本发明提供的同步环组件及结合齿4的结构示意图，如图1所示，本发明提供了一种同步环，包括内环1、中环2和用于带动所述内环1旋转的外环3，所述内环1、所述中环2和所述外环3由内向外依次同轴套接，所述内环的外锥面11与所述中环2的内锥面配合形成第一摩擦副，所述中环2的外锥面与所述外环的内锥面31配合形成第二摩擦副。
图2是本发明提供的同步环的中环2的结构示意图，如图2所示，所述中环的基体21上涂覆有耐磨耐高温涂层22；所述中环2上设置有突出于所述外环3和所述内环1的第一卡爪23，所述外环3的外壁上设有沿周向分布的第一啮合齿32。
图3是本发明提供的同步环的中环2的剖视示意图，如图3所示，所述中环的基体21上涂覆有耐磨耐高温涂层22，所述耐磨耐高温涂层22采用热喷涂或电镀的方式处理形成。从技术角度出发，将同步环中环2表面采用耐磨耐高温涂层22(涂层耐高温可达1000度以上)，涂层采用热喷涂或电镀等方式进行处理，涂层厚度设计由涂层热稳定性和高温温度要求综合决定。此时形成的热能，部分由润滑油带走，部分热能仍聚集在同步环摩擦副局部区域。在产生的热量不可避免的情况下，耐磨耐高温涂层22最大限度的避免中环2钢环因局部高温造成刚性和强度的极大降低，使中环2基体基本不受干扰，保证同步环的寿命和换挡可靠性。在同步过程结束后，再由润滑油带走热能，降低温度。
具体地，所述中环的基体21采用钢质材料制作形成。随着汽车行业的极速发展和对换挡品质的追求，目前同步环的摩擦副基本上使用碳材料+钢组成摩擦副。各种类型的碳材料摩擦系数较大，可靠性高，耐高温、热稳定性好。双锥锁环式同步环一般将碳层贴合在中环2内外锥面，考虑到碳层贴合的工艺难度，也有贴在内外环3锥面。但是无论如何布置，与碳层配合组成摩擦副的另一个锥面大部分都是钢材质。
具体地，所述外环3的基体采用粉末冶金材料压制烧结而成，所述外环的内锥面31粘贴有碳层；所述内环1的基体采用粉末冶金材料压制烧结而成，所述内环的外锥面11粘贴有碳层。
具体地，所述外环3的内壁上设有第一卡槽33，所述内环1上设有卡接于所述第一卡槽33的第二卡爪12，所述内环1通过所述第二卡爪12与所述外环3传动连接；
所述第一卡槽33沿所述外环3的周向均匀设置。在一个实施例中，所述第一卡槽33的数量为3个，所述第二卡爪12的尺寸为3个，所述第二卡爪12的尺寸略小于所述第一卡槽33的尺寸；在一个实施例中，所述第一卡槽33的数量为6个，所述第二卡爪12的尺寸为6个。
所述第一卡槽33和所述第二卡爪12均设置在所述同步环的一端，所述第一啮合齿32和所述第二卡爪12均设置在所述同步环的另一端。
可选地，所述内环1的内锥面粘贴有碳层。
本实施例通过对同步环中的中环增设耐磨耐高温涂层，解决了同步过程中局部高温引起的同步环中环刚性和强度的降低、表面硬度降低、组织的变化极大等问题，延长了同步器同步环的使用寿命，提高了换挡可靠性。本实施例提供的同步环可应用于不同结构的同步环，且无需对同步环的结构作出其他改动，仅在同步环的中环涂覆耐磨耐高温涂层即可改善使用效果，具有适用范围广，成本低等优点。
实施例2
图4是本发明提供的同步器及齿轮结构的示意图，如图4所示，本发明提供了一种双锥同步器，包括齿套、结合齿4和权利要求1-5任意一项所述的同步环，
所述齿套上设有与所述第一啮合齿32匹配的第二啮合齿，所述齿套通过所述第二啮合齿与所述外环3的所述第一啮合齿32传动连接；
所述结合齿4上设有与所述第一卡爪23匹配的第二卡槽41，所述结合齿4通过所述第二卡槽41与所述中环2的所述第一卡爪23卡合连接。
具体地，同步器还包括齿毂和滑块。
锁环式同步器同步过程包括如下步骤：预同步，拨动同步环转动；锁止过程，同步环摩擦降低转速差；解除锁止，同步环拨动半个齿；啮合过程，结合齿4拨动半个齿；接合过程，同步器限位，强制接合传递扭矩。
锁止过程是换挡同步过程中最恶劣过程，对同步环寿命和换挡可靠性有很大影响。在锁止过程中，拨叉推动齿套锁止面与同步环锁止面贴合产生摩擦力矩，此摩擦力矩将转速差产生的动能通过摩擦转化为热能释放，形成局部高温。
图1是本发明提供的同步环组件及结合齿4的结构示意图，如图1所示，外环3卡槽带动内环1卡爪一起旋转，中环2卡爪卡在结合齿4卡槽中，与结合齿4一起旋转。当外环3受到同步器齿套轴向力时，会带动中环2和内环1一起轴向移动，当轴向压紧时轴向换挡力会在二个锥面形成摩擦力矩，将克服转速差过程中形成的动能转化为热能，形成局部高温。该过程中产生的部分热能由润滑油带走，部分热能短时间无法由润滑油带走。
现有技术中的同步环外环3内锥面与内环1外锥面均设有碳层，中环的基体21采用钢质材料制成，在同步过程中，因为碳层隔热能力强，短时间无法由润滑油带走的热能大部分被中环2吸收，很容易造成烧环，高温回火，刚性变差，异常磨损。
本实施例提供的同步器相对于现有技术而言，在中环的基体21表面增设了耐磨耐高温涂层22，该设置使得中环2基体基本不受同步环摩擦副局部区域热能聚集的干扰，聚集在同步环摩擦副局部区域的热能能够在同步过程结束后再由润滑油带走。相对于现有技术中提供的双锥面同步器而言，本实施例提供的双锥面同步器使用寿命长、换挡可靠性好。耐磨耐高温涂层22最大限度的避免中环2钢环因局部高温造成刚性和强度的极大降低，使中环2基体基本不受干扰，保证同步环的寿命和换挡可靠性。
实施例3
图4是本发明提供的同步器及齿轮结构的示意图，如图4所示，本发明提供了一种三锥同步器，具体技术方案如下所述：
一种三锥同步器，包括齿套、结合齿4和同步环；
所述齿套上设有与所述第一啮合齿32匹配的第二啮合齿，所述齿套通过所述第二啮合齿与所述外环3的所述第一啮合齿32传动连接；
所述结合齿4上设有与所述第一卡爪23匹配的第二卡槽41，所述结合齿4通过所述第二卡槽41与所述中环2的所述第一卡爪23卡合连接；所述结合齿4的外锥面与所述内环1的内锥面配合形成第三摩擦副。
图1是本发明提供的同步环组件及结合齿4的结构示意图，如图1所示，本发明提供了一种同步环，包括内环1、中环2和用于带动所述内环1旋转的外环3，所述内环1、所述中环2和所述外环3由内向外依次同轴套接，所述内环的外锥面11与所述中环2的内锥面配合形成第一摩擦副，所述中环2的外锥面与所述外环的内锥面31配合形成第二摩擦副。
图2是本发明提供的同步环的中环2的结构示意图，如图2所示，所述中环的基体21上涂覆有耐磨耐高温涂层22；所述中环2上设置有突出于所述外环3和所述内环1的第一卡爪23，所述外环3的外壁上设有沿周向分布的第一啮合齿32。
图3是本发明提供的同步环的中环2的剖视示意图，如图3所示，所述中环的基体21上涂覆有耐磨耐高温涂层22，所述耐磨耐高温涂层22采用热喷涂或电镀的方式处理形成。从技术角度出发，将同步环中环2表面采用耐磨耐高温涂层22(涂层耐高温可达1000度以上)，涂层采用热喷涂或电镀等方式进行处理，涂层厚度设计由涂层热稳定性和高温温度要求综合决定。此时形成的热能，部分由润滑油带走，部分热能仍聚集在同步环摩擦副局部区域，中环2基体基本不受干扰，在同步过程结束后，再由润滑油带走热能，降低温度。
具体地，所述中环的基体21采用钢质材料制作形成。随着汽车行业的极速发展和对换挡品质的追求，目前同步环的摩擦副基本上使用碳材料+钢组成摩擦副。各种类型的碳材料摩擦系数较大，可靠性高，耐高温、热稳定性好。双锥锁环式同步环一般将碳层贴合在中环2内外锥面，考虑到碳层贴合的工艺难度，也有贴在内外环锥面。但是无论如何布置，与碳层配合组成摩擦副的另一个锥面大部分都是钢材质。
具体地，所述外环3的基体采用粉末冶金材料压制烧结而成，所述外环的内锥面31粘贴有碳层；所述内环1的基体采用粉末冶金材料压制烧结而成，所述内环的外锥面11粘贴有碳层。
具体地，所述外环3的内壁上设有第一卡槽33，所述内环1上设有卡接于所述第一卡槽33的第二卡爪12，所述内环1通过所述第二卡爪12与所述外环3传动连接；
所述第一卡槽33和所述第二卡爪12均设置在所述同步环的一端，所述第一啮合齿32和所述第二卡爪12均设置在所述同步环的另一端。相对于现有技术中提供的三锥面同步器而言，本实施例提供的三锥面同步器使用寿命长、换挡可靠性好。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改和变型。