CN101576159A - 换档控制机构 - Google Patents

Abstract

一种用于机动车变速箱的内部换档控制机构，该内部换档控制机构包括：叉架构件(4)，用于啮合变速箱的同步器衬套(1)并沿着轴向在中性位置和至少一个激活位置之间位移该同步器衬套；托架(3)，支撑所述叉架构件(4)，沿着轴向受到可位移地引导；换档轴(9)，具有相对于所述托架(3)位移方向横向延伸的旋转轴线，并承载换档臂(10)，该换档臂啮合形成在所述托架(3)上的换档门(6；29)。在所述激活位置，所述换档臂(10)和所述换档门(6；29)之间接触点上的切线垂直于从所述轴线向所述接触点延伸的半径。

Description

换档控制机构

技术领域

本发明涉及用于机动车变速箱的内部换档控制机构。

背景技术

传统换档控制器包括置于机动车乘客舱并由驾驶者操作的换挡杆，该换挡杆耦接到变速箱内的换档轴，用于旋转并轴向位移该换档轴。换档轴承载多条换档臂，其中一条换档臂借助换档轴的轴向位移与形成在可位移托架上的换档门啮合，并且该换档臂通过旋转而位移该托架。该托架进而包括叉架构件，其啮合变速器旋转轴上的同步器衬套。

旋转轴以及由此承载的齿轮失衡导致该轴振动。当啮合档位时，内部换档控制机构的换档臂抵靠同步器衬套向叉架构件轻微预加载。这意味着在啮合档位时，在整个换档控制机构上存在机械连接部。因此，该轴的振动从同步器衬套通过叉架构件传递到换档臂、换档轴，最后传递到换挡杆。在驾驶者操作换挡杆的任何时候都能感觉到这种振动。此外，换挡杆的振动以及其支撑件的振动导致向乘客舱内产生噪音。如果该振动非常强，则有跳档的风险，或者驾驶者可能难于啮合希望的档位，或者可能无意间啮合不希望的另一档位。

为了避免这种问题，希望通过换档控制机构传递到换挡杆的振动量最小化。实现这一目标的通常方案是使用弹性元件诸如橡胶衬套或类似物，在变速箱到换挡杆的路径上衰减该振动。这种方案的缺陷在于，弹性元件仅在控制机构中存在特定间隙的时候才有效，这种间隙降低了驾驶者控制变速箱内换档运动的精确度。显然，这样会增大误换档的可能性，并且这种方案暗含的换挡杆发软的感觉可能给驾驶者带来不希望的不确定感。此外，橡胶老化容易影响控制机构的行为。如果橡胶随着老化而变脆或者破裂，则必须更换，需要耗费劳动的维修工作。

防止振动传递到乘客舱的第二种通常方案是在换挡杆与同步器衬套之间传递路径上的某处形成机械间隙。这种方案的缺陷在于不可靠，并且对于误差很敏感，生产时通常需要耗费劳动的调节工作。一旦驾驶者将换挡杆位移并消除该机械间隙，就会传递振动，并且能感觉到和听到振动。

发明内容

因此，本发明的目标是提供一种用于机动车变速箱的内部换档控制机构，该换档控制机构能抑制振动从变速箱传递，而不需要在换挡杆与同步器衬套之间的换挡力传递路径上设置弹性元件或者间隙。

本发明的目标通过提供一种用于机动车变速箱的内部换档控制机构来实现，该换档控制机构包括：

-叉架构件，用于啮合同步器衬套并沿着轴向在中性位置和至少一个激活位置之间位移同步器衬套；

-托架，支撑所述叉架构件，沿着轴向受到可位移的引导；

-换档轴，具有相对于托架位移方向横向延伸的旋转轴线，并承载换档臂，该换档臂啮合形成在所述托架上的换档门，

其特征在于，在所述激活位置，换档臂和换档门之间接触点上的切线垂直于从所述轴线向所述接触点延伸的半径。在所述接触点，仅垂直于所述切线的力可以在换档臂和换档门之间传递。任何平行于该切线的力将导致该换档臂和该换档门相对于彼此滑动，但是不能有效地传递。但是，垂直于该切线的力平行于接触点处的半径，因此不会向换档轴施加扭矩。因此，不会引起换档轴振动，并且托架的振动不会传递到换档臂。此外，由于换档门不能将扭矩传递到换档轴，所以不会屈服于同步器衬套施加给它的力，因此能可靠地防止跳档。

优选，同步器衬套可以在第一激活位置和第二激活位置之间位移，中性位置位于两者之间。在本发明的第一实施方式中，换档臂在两个激活位置之间的旋转角度约为40°。在第二实施方式中，为180°。

优选，换档轴的外轮廓包括定心在换档轴上的圆弧，并且接触点是所述圆弧上的点。

正如可以从以下内容更为详细地看出，换档控制机构可以制作得紧凑，和/或如果换档轴的外轮廓进一步包括靠近所述圆弧的凹弧的话，还可以实现换档轴旋转角度与换档门相应位移之间大约线性的关系。

出于同样的目的，如果由换档臂啮合的换档门切口具有根切形，将会有用。

具体来说，如果切口由两个指件界定，所述两个指件的面对的侧部优选具有凸形轮廓。

在本发明的另一种实施方式中，换档门可以是形成在托架上的孔，并且换档臂穿过该孔偏心延伸，以便在旋转换档臂的时候位移该托架。

在该实施方式中，接触点可以设置在换档臂的平坦面部上。

在这两种实施方式中，优选换档轴在换档臂啮合换档门的位置和换档轴的柱状部分啮合换档门并使其不能动的位置之间轴向位移。

在这种情况下，如果多个托架沿着换档轴布置，用来啮合不同档位，则换档臂可以沿着换档轴以这样的间隔布置，以便两条换档臂不会同时啮合换档门，就是说，如果其中一条换档臂啮合换档门，所有其他换档门都被啮合它们的换档轴的柱状部分阻挡。这样，确保了同一时刻不会多于一个同步器衬套处于激活位置，即排除了同时啮合两个不同档位。

换档臂优选包括弹簧构件，用来沿着径向向外的方向在接触点促动换档臂的表面。利用该弹簧构件，可以补偿变速箱和换档控制机构的尺寸公差，并且可以确保不论该公差如何，同步器衬套都能保持在精确限定的位置，当同步器衬套处于激活位置时，借助该弹簧构件靠接相邻齿轮的卡环。

附图说明

本发明其他特征和优势将会从以下参照附图说明的实施方式中体现出来。

图1是根据本发明第一实施方式的托架和换档臂控制机构的示意图；

图2是根据第二实施方式的控制机构处于中性位置的视图，类似于图1；

图3是图2所示控制机构处于激活位置的视图；

图4是第二实施方式中的换档臂的截面图；

图5是图4所示换档臂的透视图；

图6示出了同步器衬套与处于激活位置的齿轮的卡环啮合；

图7是用于图2和3所示换档控制机构的换档臂替代实施方式的平面图；

图8示出了图7所示换档臂处于中性位置；

图9示出了图7所示换档臂处于中间位置；

图10示出了图7所示换档臂处于激活位置；

图11示出了根据本发明第三实施方式的换档控制机构处于中性位置；

图12示出了图8所示换档控制机构处于激活位置；

图13是根据本发明第四实施方式的视图，类似于图9；

图14是根据本发明第三和第四实施方式、处于换挡杆和换档轴之间的传动机构的视图。

附图标记

1同步器衬套

2杆

3托架

4叉架

5凹槽

6换档门

7指件

8表面

9换档轴

10换档臂

11圆形区段gr

12圆形区段kl

13螺旋区段

14凸起

15切口

16凹陷区段

17芯部

18片簧

19平直区段

20凸起

21螺钉

22侧向区段

23凹槽

24销

25芯部元件

26外部元件

27滚珠轴承

29螺旋弹簧

29孔

30偏心部分

31平坦面部

32凹口

33销

34齿轮

35齿条

36转轴

37圆形外轮廓区段

38轴向孔

39齿

40齿

41齿轮

42齿

43齿

44柱状主体

45凸形区段

具体实施方式

在图1中，附图标记1指代同步器衬套或同步器环套，其借助同步器轮毂旋转锁止到机动车的未示出轴上。在轮毂任一侧，齿轮可以旋转安装在该轴上，每个齿轮具有卡环，卡环面对同步器衬套1，并且如果同步器衬套1向卡环位移并与其啮合，则卡环可以与该轴锁止啮合。由于全部这些部件和传统同步器的其他部件对于本领域的技术人员是已知的，所以不需要更为详细地介绍，而且图中未示出。

同步器衬套1连同所述轴围绕平行于图面的轴线旋转。

杆2或者任何其他适当类型的导向轨道平行于变速箱旋转轴延伸并可移动地支撑托架3。托架包括啮合同步器衬套1的周边凹槽5的叉架4。托架3还包括U形换档门6。换档门6具有两个带有彼此面对且相互平行表面8的指件7。换档轴9围绕垂直于图面的轴线旋转，并承载形状类似偏心盘的换档臂10。换档臂10周边可以分成4个区段，两个半径不同的圆形区段11、12，各自扫过角度α，其圆心与换档轴9的轴线重合；和两个形状为相对倾斜的阿基米德螺线的区段13，各自扫过角度β＝180°-α。在图中，α≈60°，但是也可以取其他值。

在图1所示配置中，圆形区段11、12与指件7的表面8接触。只要形成这种情形，则托架3将不会因换档轴9的旋转而发生位移。当换档臂10进一步旋转时，其两个螺旋区段13与两个表面8接触，移动托架3，并且其位移直接与旋转角度成比例。由于两个指件7都与换档臂10接触而不论其取向如何，所以托架的位移受到严格控制，没有间隙。在图1所示配置中，托架3处于其向右的最大位移处，且同步器衬套1处于啮合其右手侧齿轮的激活位置。如果换档轴9逆时针旋转地略微大于β，则托架3处于其向左的最大位移处，并啮合其左手侧的齿轮。两者之间，在旋转角大约为1/2β时，同步器衬套1处于中性位置，与两个齿轮都不啮合。

如果托架被旋转轴激励而振动，则该振动可以认为是水平和垂直振动的合成。指件7的垂直振动无法有效激励换档臂10的振动，因为指件7在垂直方向可以相对于换档臂10自由振动。水平振动可以导致水平力施加在换档臂10上，但是由于换档臂10和指件7之间的接触点与换档轴9的轴线处于同一水平面上，即在接触点和该轴线之间延伸的半径垂直于彼此接触的表面，因此没有扭矩施加在换档臂10上。因此，振动不会从托架3传递到换档轴9，并且不会存在换档轴被指件7旋转的风险，所以一旦其啮合，就能可靠地锁止档位。

图2和3示出了根据本发明第二实施方式的换档控制机构，该机构优于图1所示机构，因为在尺度显著减小的换档臂10和换档门6上实现了与图1所示实施方式一样的托架3行程。在该实施方式中，换档门6的两个指件具有彼此面对的半圆形凸起14，赋予了两个指件7之间的切口15以根切形状。啮合该根切部15的换档臂10具有圆形周边区段和位于圆形区段11两侧的S形区段16、45。每个S形区段具有凹陷区段16，并且在凹陷区段16和圆形区段11之间存在曲率半径小于圆形区段11的凸区段45。

在图2所示配置中，托架3处于中性位置。两个凸起14与换档臂10的S形区段14、45接触。这些区段16、45的形状适配凸起14的半圆形形状，以便在换档轴9旋转时，换档臂10的推压侧(在逆时针旋转时为右手侧)及其相关凸起14之间的接触点沿着各周边移动，同时可以在换档臂的另一侧及其相关凸起14之间存在微小间隙。这样，通过转动换档轴9，驾驶者可以严格地且基本上无间隙地控制托架3的位置。

当换档臂10从图2所示位置旋转地足够远的时候，两个接触点之一最终离开凹陷区段16，并接触圆形区段11。在图3所示配置中，右手侧凸起14与圆形区段11接触。圆形区段11和右手侧指件7的凸起14之间接触点上的接触表面切线在图3中由虚线示出。在接触点上，仅垂直于该切线的力矢量F可以从发生振动的托架3传递到换档臂10。但是，该力矢量不会在换档臂10上施加扭矩，并且因此不会在其上引发振动。再换档臂的左手侧，通常不会与左手侧指件7接触。如果在左手侧指件7和面对的凹陷区段16之间发生接触，则所述切线也垂直于接触点处的半径，并且不会传递扭矩。因此，托架3的振动不会沿着换档轴9传递到换挡杆。

容易看出，当设计图2和3所示的换档臂10时，针对圆形区域11的角度宽度存在一定的取舍。圆形区段11越宽，则换档臂10将托架3从其中性位置位移到激活位置或者从一个激活位置移动到另一个激活位置所必须旋转的角度越小。优选，在两个激活位置之间的该旋转角度应该大约为40°，因为传统换档控制机构的旋转角度就是在这个范围内，所以市售换挡杆以及换挡杆和换档轴9之间的传动机构可以用在本发明中。

通常，变速箱具有若干同步器衬套，它们由相同的换档轴经由相关托架进行控制。为此，若干换档臂安装在同一换档轴9上，夹置在柱状主体44之间，该主体直径经过选择，从而配合在换档门6内，同时换档轴9处于图2所示取向。在该取向时，通过轴向位移换档轴9，换档臂10移出换档门，而另一个替代的柱状主体44移入，并且换档臂10或另一个换档臂移入另一个托架的换档门。现在，换档轴9的转动将位移另一个托架及其相关同步器衬套，同时图3所示托架被柱状主体44所阻挡。在图3所示配置中，换档轴9不能进行轴向位移，因为左手侧的指件7啮合在两个柱状主体44之间。

图4和图5示出了根据本发明优选实施方式的换档臂10的截面图和透视图。在该实施方式中，换档臂10并不是完全刚性的，而是包括刚性芯部17，该芯部固定到换档轴9；和片簧18，该片簧形成换档臂10周边的圆形区段11。准确地说，片簧18具有两个圆形区段11a、11b和连接两者的平直区段19。圆形区段不连续而是被平直区段19中断这一事实对于换档轴10的操作并无影响，因为平直区段19永远不会面对任一个凸起14。在片簧的圆形区段11a、11b后面，存在芯部17的圆形外轮廓区段37a、37b。平直区段19中心受到芯部17凸起20的支撑并借助螺钉21固定到该凸起20。在片簧圆形区段11a、11b后面，存在芯部17的圆形外轮廓区段37a、37b。

在圆形区段11a、11b的外边缘处，存在突然弯折部，超过突然弯折部之后，片簧18的侧向区段22限定换档臂10周边凹陷区段16的一部分。从图5中可以看出，片簧18端部部分啮合芯部17的凹槽23，并且呈发卡形围绕两个销24弯折。

片簧18和芯部17在凸起20两侧的外轮廓设计成当换档臂10处于激活位置时，即其中圆形弹簧区段11a、11b与凸起14接触且啮合一档位时，该圆形区段11a或11b向关联的圆形外轮廓区段37a或37b偏转，如图4中的虚线所示，以便换档弹簧的弹性力将同步器衬套1按压成与齿轮的卡环啮合。

图6示意性地示出了这种啮合状态。同步器衬套1的齿39与齿轮41的卡环齿40、垫圈(baulk ring)的齿42以及同步器轮毂的齿43重叠，以使扭矩可以在齿轮41和承载该齿轮的轴之间传递。弹簧18的弹性力促动齿39抵靠齿轮41主体。同步器衬套1抵抗弹簧18的力自由移动到图6中虚线所示的位置。在该限制位置，弹簧18抵靠其相关联圆形外轮廓区段37a或37b，并且不能进一步后退。该限制位置的精确地点由于变速箱制造公差以及变速箱和控制器的安装情况，对于不同变速箱可以变化，但是保持齿39和40之间的重叠部足够长，可以可靠地防止跳档。

图7是换档臂10的另一种实施方式的截面图。在该实施方式中，换档臂10包括两个刚性元件、固紧安装在换档轴9上的芯部元件25以及外部元件26，该外部元件包括换档臂10周边的圆形、凸起和凹陷区段11、45、16并且可以沿着对称面相对于芯部元件25径向位移。在图7中，外部元件26的线性位移由线性滚珠轴承27引导，但是在简化实施方式中，所述滚珠轴承可以被简单导轨取代。位于元件25、26之间的凹腔内的螺旋弹簧28将圆形区段11从换档轴9推开。类似于参照图4和5所述，当托架3处于激活位置，即同步器衬套1啮合关联齿轮的卡环且通过释放而促动同步器衬套1到达卡环上的靠接位置时，螺旋弹簧28受到压缩。

图4、5和7中弹簧加载的换档臂的操作在图8至10中详细示出。虽然在这些图中，仅示出了图7中的换档臂，但是技术人员应该明白，图4和5中的换档臂也可以按照相同方式操作。

图8是中性位置。弹簧28在芯部元件25和外部元件26允许的范围内扩张。两个凸起14与外部元件26接触，并且接触点处的切线指向使得仅向下的力F可以施加在外部元件上，以便其不能相对于芯部元件25滑动。

在图9中，换档臂旋转离开中性位置较小的角度。换档臂和右手侧凸起14之间的接触点沿着外部元件26和凸起14的周边移动，而所述切线变成平行于外部元件26的滑动方向。左手侧凸起14虽然不必直接接触换档臂，但是仍然阻挡外部元件26的位移。

当到达如图10所示的最终位置时，从中性位置旋转了大约20°之后，所述切线已经旋转成使得被传递的力F在外部元件26的滑动方向上具有分量，该分量将驱动外部元件26滑动。虽然换档臂类似刚性体那样作用，允许在其大部分旋转过程中精确控制换档运动，但是当同步器衬套1啮合其相关卡环时，该换档臂变得具有弹性。因此可以在啮合档位时，由弹簧28吸收托架3的振动。因此，换档轴9承受的径向力的量值远远小于刚性安装在换档轴6上的换档臂所造成的情况。

本发明的第三实施方式将参照图11和12进行说明，图11和12示出了类似于图2和3那样处于中性和激活位置的第三实施方式。在该第三实施方式中，换档轴9是垂直于图面延伸的基本上柱状的杆，其中该杆的一些区段径向偏移，类似于内燃机的凸轮轴。换档轴9延伸穿过托架3上略微细长的孔29。和前述实施方式一样，托架3包括啮合同步器衬套1周边凹槽5的叉架4。

在图11中，偏心部分30相对于换档轴9的轴线沿着垂直于同步器衬套1位移方向的方向偏移，并且同步器衬套1处于中性位置。如果换档轴9逆时针旋转90°，如图12所示，则托架3位移到右侧并到达激活位置。孔29具有垂直于同步器衬套1位移方向，即垂直于承载轴的衬套1轴线方向延伸的平行面对的侧部。偏心部分30具有平坦面部31，该面部在图12的配置中与孔29其中一个面对的表面接触。这里，同样，面部31和孔29的侧表面之间的接触包括这样的点，其相对于换档轴9轴线的半径垂直于接触平面，以便由托架3施加在换档轴9上的任何力都不能产生扭矩。因此，不会引起换档轴9振动。

图13是本发明第四实施方式的示意图，类似于图12。在该实施方式中，托架3与图11和12所示托架相同，除了两个销凹口32形成在孔29面对的表面上，和弹簧加载的销33可以在偏心部分30的径向孔中位移。类似于图4和5中的片簧18或者图7中的螺旋弹簧28，销33有效地补偿了变速器和控制机构的公差并且促动同步器衬套1向前到达相关卡环上的抵靠位置。作用在销33上的弹簧可以位于换档轴9的轴向孔38内。

图14示意性地示出了用来根据图11至13所示实施方式的需求驱动换档轴9在两个激活位置之间旋转180°的传动机构。换档轴9承载卵形截面的齿轮34，其与燕尾形齿条35啮合，通过操作换挡杆，该齿条围绕转轴36旋转。图14中所示齿轮34和齿条35的配置对应于同步器衬套1的中性位置。当齿条35从图14所示中性位置旋转离开时，其有效半径增大，而齿轮34有效半径减小。这样，在同步器衬套1行程的较大部分范围内，齿条35的旋转角度与同步器衬套1的位移之间保持大约线性关系。接近行程结束时，位移和旋转角度之间的比率无可避免地减小，但是这也是相当期望的情况，因为这样允许在换档过程的同步和啮合阶段向同步器衬套1施加较高载荷。

Claims (13)

1.一种用于机动车变速箱的内部换档控制机构，该内部换档控制机构包括：

-叉架构件(4)，用于啮合变速箱的同步器衬套(1)并沿着轴向在中性位置和至少一个激活位置之间位移该同步器衬套；

-托架(3)，支撑所述叉架构件(4)，沿着轴向受到可位移地引导；

-换档轴(9)，具有相对于所述托架(3)位移方向横向延伸的旋转轴线，并承载换档臂(10)，该换档臂啮合形成在所述托架(3)上的换档门(6；29)，

其特征在于，在所述激活位置，所述换档臂(10)和所述换档门(6；29)之间接触点上的切线垂直于从所述轴线向所述接触点延伸的半径。

2.如权利要求1所述的内部换档控制机构，其特征在于，所述同步器衬套(1)可以在第一激活位置和第二激活位置之间经由中性位置位移。

3.如权利要求2所述的内部换档控制机构，其特征在于，所述换档轴(10)在所述两个激活位置之间的旋转角度为180°。

4.如权利要求1或2所述的内部换档控制机构，其特征在于，所述换档臂(10)的外轮廓包括定心在所述换档轴(9)上的圆弧(11、12；11a、11b；37a、37b)。

5.如权利要求4所述的内部换档控制机构，其特征在于，所述换档轴(10)的所述外轮廓进一步包括靠近所述圆弧(11a、11b)的凹弧(16)。

6.如前述权利要求任一项所述的内部换档控制机构，其特征在于，由所述换档臂(10)啮合的换档门(6)的切口具有根切形。

7.如权利要求6所述的内部换档控制机构，其特征在于，所述切口由两个指件(7)界定，所述两个指件的面对的侧部具有凸形曲率(14)。

8.如前述权利要求1至5任一项所述的内部换档控制机构，其特征在于，所述换档门是形成在所述托架(3)上的孔(29)，并且所述换档臂(10)穿过该孔(29)偏心延伸。

9.如权利要求8所述的内部换档控制机构，其特征在于，所述接触点位于所述换档臂(10)的平坦面部(31)上。

10.如前述权利要求任一项所述的内部换档控制机构，其特征在于，所述换档轴(9)在所述换档臂(10)啮合所述换档门(6)的位置和所述换档轴的柱状部分啮合所述换档门(6)并使其不能动的位置之间轴向位移。

11.如权利要求10所述的内部换档控制机构，其特征在于，多个所述托架(3)沿着所述换档轴(9)布置，并且所述换档臂(10)沿着所述换档轴(9)布置，以便两条换档臂(10)不会同时啮合换档门(6)。

12.如前述权利要求任一项所述的内部换档控制机构，其特征在于，所述换档臂(10)包括弹簧构件(18；28)，用来沿着径向向外的方向在所述接触点促动所述换档臂的所述表面。

13.如权利要求12所述的内部换档控制机构，其特征在于，所述激活位置是所述同步器衬套(1)的锁止范围，且所述弹簧构件(18；28)有效地促动所述同步器抵靠所述锁止范围端部的靠接部(41)。

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