CN1177684A - 销式同步器 - Google Patents

Abstract

一种锁销型、双作用同步装置(10),该装置具有摩擦环(26,46和28,48),通过定位器(44)沿轴向被固定在一起的爪件(30,38和32,40),三个周向具有间距的销(50),该销包括用于防止爪式离合器产生非同步啮合的闭锁台肩及预增力总成(52),用以保证摩擦环和台肩的初始啮合以响应换档法兰(42)的初始啮合运动,及自增力斜面(20a—20d及62a—62d)。所述同步器包括改进型爪件及自增力斜面,一改进型换档法兰,改进型预增力总成及改进型爪件定位器。

Description

销式同步器

本发明涉及对一种供传动装置使用的销式同步器的改进。

众所周知，在多级变速传动技术中，同步器可被用来减少所有或部分传动比的换档时间。并且我们还知道，通过使用自行增力式同步装置可减少车辆驾驶员所需的换档力，即施加给变速杆的力。由于驾驶员的换档力通常随车辆尺寸而增大，自行增力式同步装置对于重型卡车特别重要。与本文中同步器有关的同步器的现有技术可参见美国专利US5,078,244，US5,092,439及US5,339,936。

本发明的目的在于提供一种销式同步器，该同步器带有供爪件使用的改进型轴向定位器。

根据本发明，在美国专利US5,092439中披露的一种锁销式同步器作为权利要求1的前序部分，该同步器为能选择操作的销式同步器，以摩擦方式同步并刚性连接能绕轴的轴线作相对转动的第一或第二传动装置；所述同步器包括：第一和第二爪件，这些爪件被分别固定在第一和第二传动装置上，并分别可与位于所述传动装置之间、能够轴向运动的第三和第四爪件啮合，所述第三和第四爪件具有内花键，与固定在轴上的外花键无相对转动地滑配合。第一和第二锥形摩擦环，被分别固定以便能随所述第一和第二传动装置转动，及第二和第四锥形摩擦环，与所述轴同轴设置并在所述传动装置间可轴向移动，以便分别与第一和第二摩擦环摩擦啮合以提供一能用于使传动装置与所述轴同步的同步转矩；一沿径向延伸的法兰，具有位于第三和第四爪件之间及第三和第四摩擦环之间的轴向相对端侧，用于轴向移动所述爪件及环，以形成响应作用于所述法兰上的双轴向换档力(Fo)的所述啮合。在形成同步之前，用于防止爪件间啮合的可操纵闭锁装置，所述闭锁装置包括多个周向具有间距的销，所述销在所述第三和第四摩擦环之间沿轴向刚性延伸并能进入所述法兰的第一组开孔内，每一销均具有一闭锁台肩，该台肩能与一由相应开孔限定的闭锁台肩相啮合。第一装置，用以保护所述法兰不受与第三和第四爪件有关的轴向运动的影。

该同步器的改进结构包括：所述第一装置包括多个周边具有间距的定位器，每一定位器具有一轴向延伸部分，该部分相对于所述第三和第四爪件的一径向外伸部分设置，以及轴向具有间隔且沿径向向内伸出的部分，该部分环绕着第三和第四爪件的轴向相对端部。每一沿轴向伸出的部分具有轴向间距并沿径向外伸的端部，这些部分的设置应使其能在第三和第四摩擦环的径向内伸的部分间形成相对紧密的滑动关系以防止定位器的径向向外移动。

下面，通过附图对本发明的自增力同步装置加以说明，其中：

图1为一示意图的剖面图，示出处于一中间位置的双作用同步装置；

图2为图1中向右啮合的同步器；

图3为图1中同步器部件的详细分解视图；

图4为图1中部分轴的详细视图；

图5为沿图4中线5-5所示的轴的剖面图；

图6和7为沿图4中线6-6所示的一部分轴的视图，该轴具有加装在该处的图3中所示、啮合的自增力斜面；

图8是用图示法表示了作用在同步器中换档法兰上的轴向力及转矩。

此处所用的术语“同步离合装置”，表示一种所使用的离合装置，通过一刚性离合器将一选定的变速轮无转动地连接到一轴上，其中在通过一与所述硬性离合器相关的同步摩擦离合器而使硬性离合器件达到基本同步之前，应防止所述硬性离合器试啮合的形成。术语“自增力”表示包括斜面或偏心轮或类似物的同步离合装置，用于以与摩擦离合器的同步转矩成正比的方式来提高同步离合器的啮合力。

现参照附图，这里示出了一齿轮和同步器的总成10，该总成包括一装配在一传动装置上绕轴线12a的转动轴12，轴向具有间隔的传动装置或齿轮14，16，及一双作用同步器22。

所述轴12具有可转动支承在齿轮上的圆表面12b，12c及一环形件12d，该环形件具有一直径大于所述圆表面直径的外圆周。所述环形件具有一通过轴向相对的轴肩12e，12f轴向长度，能够分离所述齿轮，其中所述轴肩能够限制齿轮间的移动。齿轮彼此间所产生的轴向远离运动可通过任意的已知技术而加以限制。所述环形件可制成一固定在轴上的环，或象本文中所述的那样，与轴形成整体。环形件外圆周包括在那里形成的外花键12g及轴向长度与环形件轴向长度相等的三个凹槽18及自增力斜面20a，20b，20c，20d，这些部件的结构将在下文中作进一步描述。所述凹槽应完全去除几个相邻的齿条12g，从而简化了自增力斜台的加工。

所述同步器22包括摩擦环26，28和与齿轮14，16形成整体的爪件30，32，具有内花键齿38，40的爪件34，36，所述花键齿38，40与形成在环形件12d外周面上的外花键齿12g滑配合，一沿径向延伸的换档法兰42，该法兰42具有夹在爪件34，36轴向相对面34a，36a之间的轴向相对侧42a，42b，三个沿轴向延伸的定位器44，用于保护所述法兰和爪件不受相对轴向运动的影响，由三个周向留有间距的销50固定在环形摩擦环46，48，所述销应沿每一摩擦件的轴向延伸并穿过法兰上的开孔42c，及三个预增力总成52，该总成52仅在图3中绘出。

所述摩擦环具有锥形摩擦面26a，46a及28a，48a，这些摩擦面用于在所述爪件啮合之前，确保以摩擦方式使齿轮与轴同步。环46，48包括三个周向具有间距且轴向开设的凹槽46b，48b，这些凹槽应沿周向延伸，以及六个周向具有间距且沿径向向内开设的凹槽46c，48c，这些凹槽轴向延伸贯穿摩擦环46，48。辅助凹槽46c，48c有助于摩擦环46，48的互换。如之后将进一步解释的那样，凹槽46b，48b能容纳预增力总成的端部且凹槽46，48c能够容纳定位器44。可使用一较大范围的锥角，在本文中使用了7.5度的锥角。摩擦面46a，48a和/或26a，28a可由固定在底座部件上、几种已知磨擦材料中的任意一种来确定。这里，优选美国专利US 4,700,823；US4,844,218和US4,778,548中所披露的热解碳磨擦材料。作为参考材料，可将这些专利文献应用于本申请中。

每一销50均包括较大直径部分50a，该部分的直径略小于法兰开孔42c的直径，一位于摩擦环46，48之间(在本申请中位于中间)的小直径或槽形部分50b，以及锥形闭锁台肩或/面50c，50d，它们应从所述销的轴线沿径向外伸并沿轴向、以垂直于所述轴线的平面以一定角度彼此分离。所述槽形部分，当被设置在与其相应的法兰开孔内时，能允许刚性摩擦环及销总成相对于所述法兰作有限的转动以实现所述销的闭锁台肩与法兰开孔42c所限定的斜削闭锁台肩间的啮合。所述销可以以任意已知方式被固定在摩擦环46，48上。

所述预增力总成52为在前所提到的美国专利US5,339,936中详细描述的开口销。每一预增力总成在摩擦环46，48间沿轴向延伸并穿过在开孔42c之间交替配置的开孔42d。仅在图3中绘出的每一预增力总成，包括两个相同的槽壳54，夹在且偏置于所述槽壳的最少两个相同的片簧56，两个套在所述片簧端部56a上的定位器58，椭圆形杯形件60，该杯形件位于每一摩擦环46，48上的椭圆形凹槽46b，48b内。所述椭圆形杯形件60及凹槽46b，48b在摩擦环周向延伸，并在摩擦环径向具有足够大的尺寸以允许所述槽壳54的相对端部54a的滑动。每一对槽壳54均具有一大直径部分，在被压在一起时其直径小于开孔42d的直径，所述槽壳还具有带有斜削端面54c的半圆形槽54b及端部54a。如已知的那样，端部54a会反作用于摩擦环46，48且斜面54c会反作用于法兰42上开孔42d的斜面以响应法兰42的初始啮合运动。杯形件60在摩擦环46，48与所述端部54a间刚性连接，以便在其间提供一耐磨材料。例如，杯形件可由钢制成，而摩擦环可由铝或其它一些软材料制成。

如以前所述，爪件34，36包括内花键齿38，40，它们与固定在所述轴上的外花键齿12d滑配合。所述外花键具有沿平行轴线延伸的侧面，并且在该处与爪件侧面的啮合能够防止它们之间的相对转动。

法兰42还包括从其相对侧沿轴向伸出的环形加强环42e，42及f自增力齿62，该齿沿径向向内伸入轴上环形件12d的外周面的凹槽18内。每一齿62均包括自增力面62a，62b，62c，62d，它们分别配合或反作用于所述自增力斜面20a，20b，20c，20d。每一加强环包括一径向内伸端面42h，用以容纳爪件34，36的环形径向外伸端面34c，36c。所述加强环能够在制造及使用期间，减小法兰42的轴向变形。所述斜面能允许法兰相对于爪件34，36和轴12作有限的转动，并在锥形离合器和轴间的反同步转矩提供一辅助的轴向自增力，以便在换档力作用于法兰42上时，锥形离合器起始啮合的啮合力，从而能增加所述锥形离合器所提供的同步转矩。在遇到提速和减速的情况下，设置所述斜面，用于增加一个和两个齿轮所需的同步力和/或增加响应于每一方向上转矩的同步力。

所述定位器44均包括一轴向延伸部分44a，该部分相对于爪件34，36的径向外伸部分34b，36b设置轴向间距，和环绕爪件34，36上轴向相对端部34’b，36b’的径向内伸部分44b。所述定位器不受约束地穿过法兰42的开孔42e，以便允许它们之间作有限的相对转动。每一轴向伸出的部分具有轴向间距和径向外伸的端部44c，该端部被安装在摩擦环凹槽46c，48c内并相对于所述凹槽的径向内伸端部具有较小的滑动间隙。端部44c应足够长以保持其能相对于所述的凹槽内伸端部产生滑动。齿轮14，16b包括沿轴向延伸的凹槽14a，16a，用于在爪件啮合时，能接收定位器的端部。参见图2，凹槽46c，48c的径向延伸侧能够保持所述凹槽的周向间距。固定在轴12上的斜面20a，20b分别反作用于法兰齿62上的斜面62a，62b以提供辅助轴向力，以增强或促进响应每一方向上转矩的齿轮16的同步率和/或换档质量。斜面20c，20d分别反作用于斜面62c，62d以向齿轮14提供响应每一方向上同步转矩的辅助轴向力。所述斜面的角度可以变化以便为提速和减速及为高、低速率提供不同的辅助轴向力。还有，如果不希望在一个或多个齿轮的一个方向上产生辅助轴向力，那么所述斜面则可平行于轴线，即不设置产生作用的斜面。所述轴向辅助力的大小或数值，象下文中进一步解释的那样，是一个摩擦离合器及自增力斜面的平均半径比的函数。因此，作为由一拨叉施加给换档法兰42的一给定换档力的辅助力的大小可通过改变所述斜面角度和/或平均半径比而变化。

当法兰42处于图1中的空档位置时，销50的小直径部分50b与其相应的法兰开孔42c应在径向上相匹配，锥形离合器的摩擦面应留有很小的间隙并通过预增力总成52的斜切或成角度的预增力面54c来保持这种间隙关系，其中预增力总成52通过片簧56的力作用于法兰开孔42c附近的预增力总成斜切面上。由于锥形离合器表面之间油的粘性剪力作用，由预增力表面提供的轴向力最好通过自增力斜面而将任意附加轴向力反作用于法兰42上。当希望将每一齿轮与所述轴结合时，应将一合适但并未示出的，如美国专利US4,920,815中所披露的并在本申请中参考使用的换档装置，以已知方式连接在法兰42的外周边上，以便沿轴12的轴线方向轴向移动法兰42或向左连接齿轮14或向右连接齿轮16。所述换档装置可由驾驶员通过一联动系统手动操纵，也可通过一促动器作选择性移动，或可通过能自动引发换档装置运动且还能控制由换档装置施加的力的数值的装置来移动。当换档装置被手动操作时，力与由驾驶员向操纵杆施加的力成正比。无论手动还是自动操纵，均应沿轴向向法兰42施加力，且由图8中的箭头Fa的长度表示。

依靠驾驶员换档力Fo产生的法兰42的初始向右轴向运动通过预增力面54c被传送至销50，以促进锥面48a与锥面28a的初始摩擦啮合。所述锥面的初始啮合力理所当然是片簧56的力及预增力面的角度的函数。所述初始摩擦啮合(会产生一种非同步条件存在条件并会暂时忽略自增力斜面)能产生一初始锥形离合器啮合力和同步转矩To，其能够确保法兰42与备啮合的摩擦环之间的有限相对转动，由此而使销的小直径部分50b可向法兰开孔42c的适宜侧运动以保证销的闭锁台肩50d与开孔42c的闭锁台肩之间的啮合。当所述闭锁台肩被啮合时，法兰42上的全部驾驶员换档力Fo便通过所述闭锁台肩被送至摩擦环48，从而通过驾驶员换档力Fo而使锥形离合器啮合以提供一有效的操纵同步转矩To。在图8中，该操纵同步转矩To由箭头To表示。由于所述闭锁台肩以一定角度相对于驾驶员换档力Fo的轴线设置，所以它们能产生一反作用力或解锁扭矩，在非同步条件下，该力或扭矩与锥形离合器产生的同步转矩相反，但其值应较小。当达到基本同步时，同步转矩应小于解锁扭矩，从而所述闭锁台肩能够将所述销移至与开孔42c同轴的位置，以允许法兰的连续轴向运动及内花键/爪件36的爪件齿40与外花键齿/爪件32的爪件齿相啮合，如图2所示。花键/爪件齿的结构可参考结合使用美国专利US3,265,173及US4,246,993中所示的结构。若忽略自增力斜面的作用，由力Fo所提供的锥形离合器转矩由等式(1)表示：

          To＝FoRcμc/sin a

其中：

Rc＝锥形摩擦面的平均半径，

μc＝锥形摩擦面的摩擦系数，及

a＝锥形摩擦面的角度。

现参看自增力斜面的影响且应特别参见图6和7，由于驾驶员施加了轴向换档力Fo，所述同步转矩To理所当然地通过销50被传送至法兰42且通过自增力斜面反作用于轴12。当被啮合时，所述自增力斜面限制了法兰相对于轴12和爪件34，36的转动，并产生一以与换档力Fo方向相同且作用于法兰的轴向力分量或轴向辅助力Fa。这些力会合并提供一合力Tt，从而进一步提高了锥形离合器的啮合力以提供一辅助同步转矩Ta，该转矩Ta能与所述转矩To相加以提供一总转矩Tt。图6表示了当换档法兰42处于与图1位置相应的中间位置时自增力斜面的位置。图7表示了当通过啮合的锥面28a，48a使齿轮形成同步时，所述斜面和花键所处的位置。所述啮合的锥面会产生一在方向上能够促进法兰斜面62a与轴斜面20a相啮合的同步转矩。因此，如图8所示，用于啮合锥形离合器的轴向力总和为Fo加Fa，而有锥形离合器产生的同步转矩的总和为To加Ta，对于一给定的操纵换档力Fo和一操纵同步转矩To，所述轴向辅助力的数值最好为啮合自增力斜面角度的函数。这一角度最好应足够大以能产生辅助力Fa，其值根据驾驶员给出的一合适的给定换档力应足以显著提高同步转矩并缩短同步时间。但是，该角度也应足够小以能产生一可控制的轴向辅助力Fa，即力Fa必须根据力Fo的增加或减小而增加或减小。如果斜面角度较大，斜面则会发生自锁而不会产生自增力作用。因此，一旦形成了锥形离合器的初始啮合，力Fa将会迅速且无法控制地增加，因此便会驱动锥形离合器形成无法控制的锁死现象。自锁而不是自增力的产生会降低换档质量或换档感觉，并可能过度压迫同步器元件，也可能会产生过热并加速锥形离合器面的磨损，并甚至可能拒绝变速杆的操纵运动。

用于计算自增力斜面角度的主要变量和公式可参见前面叙述的申请美国专利US5,092,439。

本申请已披露了一种销式同步器的最佳实施例。以下的权利要求将力图覆盖所披露的同步器的发明部分及被认为是在本发明思想范围内的变化和改进。

Claims (5)

1、一种能选择操作的销式同步器(22)，以摩擦方式同步并刚性连接能绕轴(12)的轴线(12a)作相对转动的第一或第二传动装置(14，16)；所述同步器包括：

第一和第二爪件(30，32)，所述爪件被分别固定在第一和第二传动装置(14，16)上，并分别可与位于所述传动装置间、能够轴向运动的第三和第四爪件(34，35)啮合，所述第三和第四爪件具有内花键(38，40)，与固定在轴(12)上的外花键(12g)无相对转动地滑配合；

第一和第二锥形摩擦环(26，28)，被分别固定以便能随所述第一和第二传动装置转动，及第三和第四锥形摩擦环(46，48)，与所述轴同轴设置并在所述传动装置间可轴向移动，以便分别与第一和第二摩擦环摩擦啮合以提供一能用于使传动装置与所述轴同步的同步转矩；

一沿径向延伸的法兰(42)，具有位于第三和第四爪件(34，36)间及第三和第四摩擦环(46，48)间的轴向相对端侧(42a，42b)，用于轴向移动所述爪件及环，以形成响应作用于所述法兰上的双轴向换档力的所述啮合；

在形成同步之前，用于防止爪件(30，38和32，40)间啮合的可操纵闭锁装置(50c，50d)，所述闭锁装置包括多个周向具有间距的销(50)，所述销在所述第三和第四摩擦环(46，48)之间沿轴向刚性延伸并进入所述法兰的第一组开孔(42c)内，每一销均具有一闭锁台肩(50c，50d)，该台肩能够与一由相应开孔(42c)限定的闭锁台肩相啮合；

第一装置(44)，用以保护所述法兰不受与第三和第四爪件有关的轴向运动的影响，所述改进结构包括：

所述第一装置包括多个周边具有间距的定位器(44)，每一定位器具有一轴向延伸部分(44a)，该部分相对于所述第三和第四爪件的一径向外伸部分(34b，36a)设置，以及轴向具有间隔且沿径向向内伸出的部分(44b)，该部分环绕着第三和第四爪件(34，36)的轴向相对端部，且每一沿轴向伸出的部分具有轴向间距并沿径向外伸的端部(44c)，这些部分的设置应使其能在第三和第四摩擦环(46，48)上径向内伸的部分(46c，48c)间形成相对紧密的滑动关系，以限制定位器的径向向外转动。

2、根据权利要求1所述的同步器，其特征在于：当第一和第三(30，38)或第二和第四(32，40)爪件被啮合时，所述定位器径向外伸端部(44c)之间的轴向距离应足以维持其相对于第三和第四摩擦环上径向内伸部分(46c，48c)的滑动。

3、根据权利要求1或2所述的同步器，其特征在于：第三和第四摩擦环(46，48)均包括径向内伸的开孔和周边具有间距的凹槽(46c，48c)，所述凹槽应沿轴向延伸并可滑动地容纳所述定位器，以便保持所述定位器的轴向间距。

4、根据权利要求3所述的同步器，其特征在于：所述第三和第四摩擦环(46，48)包括最少两倍于定位器(44)数量、沿径向内伸开设的凹槽(46c，48c)，用于允许所述环(46，48)间的可交换性。

5、根据权利要求1-4中任意一条所述的同步器，其特征在于：所述第一和第二传动装置(14，16)包括轴向延伸的凹槽(14a，16a)，用于在所述爪件被啮合时，能够接收定位器(44)的端部。