CN102016339A - 用板材制成的同步环 - Google Patents

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Abstract

同步装置的板材同步环(40),它具有:锥形的环体(42);用于锁止一滑动套筒(10)的轴向运动的外齿部(54);和至少一个依轴向折弯的定位凸耳(44),该定位凸耳限制同步环(40)在一同步毂(14)中的转动,其中,所述定位凸耳(44)在至少一侧具有凸耳扩展部(50)。

Description

用板材制成的同步环
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的同步装置的板材同步环。
板材同步环是采用冲压及拉伸法由平的(金属)板材制造的。这样就可以实现下述目的,即,没有那种在锻造的黄铜同步环中所常见的实心轴向止挡。为了避免同步环依周向相对于同步毂转动,DE 35 19811 A1公开了这样的一种板材同步环,其中,轴向止挡是构造为依轴向折弯的定位凸耳(Indexlappen)。然而,这种设计结构不适用于具有环形弹簧的同步装置,因为所述定位凸耳不具有用于限制同步弹簧轴向移动的支承面。
DE 10 2005 060 572 A1公开了一种通过变形加工而成的板材同步环,其具有用于限制同步弹簧轴向移动的支承面。为此,在其侧面止挡之间的定位凸耳是成形为翻边结构。DE 20 2006 008 636 U1公开了这样一些结构形式,其中,定位凸耳都具有材料穿孔,它们形成一种用于同步弹簧的止挡。所述及的两种结构形式却都有一缺点,即,它们只能为同步弹簧提供很小的、几乎是点状的支承面。因此不能精确引导同步弹簧,这一点可能导致不良的换挡操作平顺感,或者甚至导致弹簧卡死现象。此外,由于制造条件的限制,在成型区段(翻边、穿孔)和同步环外表面之间,在其摩擦锥体的较小的直径处,有一个缝隙保持敞开,该缝隙在不利的设计情况下也会导致同步弹簧卡死的后果。
在通过变形加工而成的板材同步环中,另一个问题是同步环在同步毂中的定心。不同于已知的用黄铜锻造的同步环(这些同步环都具一种几乎呈圆筒状的外表面,因而保证了在同步毂的呈圆筒状成形的内腔中的准确定心),板材同步环则由于制造条件所决定而具有摩擦锥体的锥形外表面。由于同步环在换挡操作过程中是由滑动套筒依轴向朝擒纵轮(Gangrad)的方向从同步毂中被推出,所以板材同步环的定心因摩擦锥体的外表面缩小到较小直径之故而丧失。同步环的定心如果丧失,则会导致功能变坏,与此关联的是发生磨损和较高的拖曳力矩。
DE 20 2006 008 636 U1介绍了这样一种实施形式,依该实施形式板材同步环是可以定心的。除了定位凸耳之外,还设置了附加的定心凸耳,它们在同心毂的内腔中引导同心环。而这种附加的定心凸耳也是有缺点的,因为附加定心凸耳只有牺牲在圆周范围内成形的锁止齿才有可能加以构造。这样就减少了锁止齿的数目,从而会导致在其余锁止齿顶面上的比负荷增高,最终可能导致锁止齿受损甚至断裂。
因此,本发明的目的是,提出一种用于同步装置的板材同步环,它或者是能保证在同步毂的内腔中实现同步环的定心,而并不随此增大对锁止齿的负荷,或者是具有限制同步弹簧轴向运动的大面积的支承面,其中,该同步环优选既能保证实现定心、又有大面积的支承面。
按照本发明,上述目的通过这样一种用于同步装置的板材同步环得以实现,它具有:锥形的环体;用于锁止滑动套筒轴向运动的外齿部;至少一个依轴向折弯的定位凸耳,该定位凸耳限制同步环在同步毂中的转动,其中,所述定位凸耳在至少一侧具有凸耳扩展部。
换言之,同步装置的板材同步环具有:锥形的环体;用于锁止滑动套筒轴向运动的外齿部;和至少一个依轴向折弯的定位凸耳,该定位凸耳啮合到同步毂配置的相应空隙部中。定位凸耳的侧面起着转动止挡的作用,并且与所述空隙部的侧面相配合,从而使得同步环依周向的转动受到限制。此外,板材同步环还具有至少一个这样的定位凸耳,它在至少一侧有一凸耳扩展部。而优选的是,板材同步环具有三个定位凸耳。
对于在定位凸耳上所形成的凸耳扩展部,特别有利的是,它使定位凸耳的机械强度得以提高。凸耳扩展部的另一个优点是:锁止齿的数目可以保持恒定,这样就可以将作用的力分配到更多数目的锁止齿上,从而使其承受较少负荷,并具有更高的稳定性。
这样一种同步环既可用于单同步系统(Einfach-Synchronisierung),也可用于多同步系统(Mehrfach-Synchronisierung),其中,该同步环在多同步系统中被称为外环或外同步环。
根据一项有利的发展,凸耳扩展部是作为定心元件设计的,以用于同步环在同步毂中的定心。通过作为定心元件设计的凸耳扩展部,锥形的环体以及同步环便可对中定心地被支承在同步毂的一个呈圆筒状成形的内腔中。因此,在换挡操作过程中,同步环可以沿轴向移动,不会使定心受到不利影响。这样就可保证同步环的无干扰的工作方式。
根据一种优选的变型方案,凸耳扩展部是相对环体依周向或依轴向加接于定位凸耳上的。由于凸耳扩展部是相对环体依周向或依轴向加接在定位凸耳上,所以凸耳扩展部就可特别有利地相应于几何构形需要加以设计。根据一项有利的设计,相对环体依周向加接在定位凸耳上的凸耳扩展部设在定位凸耳的两侧。而为了确保同步环的无干扰的功能,下述设置方式就足够了:凸耳扩展部相对环体依周向只加接在定位凸耳的一侧。依轴向加接于定位凸耳上的凸耳扩展部可以设计成至少局部到定位凸耳是开槽的,但也可设计成无槽的。
根据另一个实施形式,凸耳扩展部是相对环体部分地依径向和部分地依周向取向的。凸耳扩展部的这种定位的优点在于:凸耳扩展部可以如此制造,即,成形简单而同时又具有高强度。
有利的是,依周向取向的凸耳扩展部的那个部分贴靠在环体的外锥面上。这样就可达到下述目的:如此设计的同步环可以毫无问题地用在以往通用的同步装置上,无需修改该同步装置的几何构造现状。依周向取向的凸耳扩展部的那部分贴靠在锥形环体的外面,并支撑在该环体上。这样,凸耳扩展部就有助于提高定位凸耳的强度。
根据另一项设计,定位凸耳和凸耳扩展部都具有与同步环其余部位基本上相同的材料厚度。由于定位凸耳、凸耳扩展部及同步环其余部位具有相同的材料厚度,所以在同步环的制造中不需要执行另外的成形步骤来改变材料厚度,从而降低了其制造成本。
有利的做法是,凸耳扩展部的依周向取向的那个部分的背离环体的那侧与一个带有外齿部的制齿凸缘形成一钝角(α)。这样,就可以有利地实现板材同步环的一种简单而经济的实施形式。利用90.5°至95°、最好是91°至93°的钝角α,同步环便可实现定心。利用大于95°的钝角,则凸耳扩展部只具有一个用于同步弹簧的支承面。
按照一项特别有利的发展,凸耳扩展部的依周向取向的那部分被冲压加工成楔形。通过凸耳扩展部的那个依周向取向的部分的楔形冲压成形,就可简单地转变两种技术现状。一方面,通过确定的冲压,即通过对凸耳扩展部的材料厚度的改变,凸耳扩展部的直径可以很精确地适配于所用同步毂的内腔的直径;另一方面,凸耳扩展部的外表面可以如此构造,使得它能将同步环在同步毂中加以定心。
有利的是,使凸耳扩展部的那个依周向取向的部分的背离环体的那侧与一个带有外齿部的制齿凸缘形成一锐角(β)或一直角。如果是锐角,则定心基本上是在凸耳扩展部的那个依周向定位的部分的上棱边上实现的。如果是直角,则凸耳扩展部的外表面至少是部分地呈圆柱状成形的。
按一项有利的发展,凸耳扩展部的那个依周向取向的部分与环体的外锥面是材料接合地相连的,特别是通过钎焊、熔焊或粘接,或者是形状锁合地相连的。通过凸耳扩展部与环体的材料接合或形状锁合式连接,便可在必要时进一步提高同步环的强度。
根据一个优选的变型方案,凸耳扩展部具有一个支承面,以用于限制一个弹簧元件的轴向移动。该凸耳扩展部是特别有利的,因为它为一个可能用在同步系统中的同步弹簧提供了足够大的支承面,这样就能为弹簧获得一种精确的导引,从而导致一种良好的换挡操作平顺感。排除了同步弹簧的卡死现象,并确保有安全可靠的功能。
根据一个特别有利的实施形式,凸耳扩展部同时起到定心元件的作用,以用于同步环在同步毂中的定心;和起到支承面的作用,以用于限制弹簧元件的轴向移动。
根据另一个实施形式,凸耳扩展部是设计成阶梯状的。凸耳扩展部的阶梯状成形结构可以特别简单地通过变形加工予以实现。
按另一项发展,加接在定位凸耳轴向侧上的凸耳扩展部是相对环体依径向加以弯曲的。
根据另一个实施形式,加接在定位凸耳轴向侧上的凸耳扩展部是依周向加以弯曲的。这样便可获得特别稳定的定位凸耳。
有利的是,将同步环、定位凸耳和凸耳扩展部按一体式加以制造。所用原始材料是一种平的金属板,由该板材通过变形加工而制造出具有其全部组成部分的同步环。一体式的同步环由于其整体性之故,不需要对成形在其上的各组成部分进行费事的配合或固定步骤。
按一项有利的设计,定位凸耳的凸耳扩展部的依周向取向的部分与相邻定位凸耳的凸耳扩展部的依周向取向的部分是间隔开的。这样就可减小同步环的质量(重量),而且可以减少凸耳扩展部的依周向取向的那部分与环体的外锥面和弯曲处相适配的麻烦。
根据另一个实施形式,定位凸耳的依周向取向的凸耳扩展部的那部分是如此之长,使得它接触到相邻定位凸耳的凸耳扩展部的相应部分。这样就能实现在同步毂中沿着凸耳扩展部的整个外表面导引同步环的目的。
下面将参照附图和文字说明对几个实施例作详细解释。附图表示:
图1一个同步单元通常所具备的各部件;
图2配有定心部件的板材同步环(现有技术);
图3本发明提出的板材同步环的第一个实施形式;
图4图3的一个放大的局部图示;
图5本发明提出的板材同步环的第二个实施形式的局部图示;
图6本发明提出的板材同步环的第三个实施形式的局部图示;
图7本发明提出的板材同步环的横剖视图,是在具有依周向的凸耳扩展部的部位。
图1中作为范例示出了一个已知的同步单元,带有对于实现同步最为重要的一些部件。该同步单元具有:一个滑动套筒10;一个同步毂14;和一个擒纵轮60,及一个与之相连的摩擦锥体62。摩擦锥体62与一个用黄铜制造的同步环20的一个锥形环体22配合作用,并在同步环20和摩擦锥体62之间构建一个摩擦力矩。在所示的实施例中,同步单元在同步环20和同步毂14之间具有呈环状构形的同步弹簧64,在该弹簧上安置了三个压力件66。这些压力件66一端伸入到同步环20的一个凹部26中,另一端伸入到同步毂14的一个的圆周侧的第一凹部16中。同步弹簧64被压向滑动套筒10。每个压力件66都具有一个凸起的止动突出部,该止动突出部是设置在滑动套筒10的一个止动轮廓12中。
通过滑动套筒10的轴向移动,便可在换挡操作过程中经由滑动套筒10的止动轮廓12依轴向带动压力件66和同步弹簧64。在此,同步弹簧64的轴向活动性必须在同步环20上通过一个相应设计的支承面32加以限制。由于滑动套筒10的轴向运动,压力件66便将同步环20依轴向压向擒纵轮60的摩擦锥体62,这样便构建起一种预同步作用力,从而使同步环20基于所产生的摩擦力矩而依周向被旋入到一个确定的锁止位置中。
轴向止档24规定出锁止位置,这些止挡伸入到同步毂14的所配置的空隙部18中。轴向止挡24的侧面与所配置的空隙部18的侧面配合作用,并且以此方式与同步毂14形成一种形状锁合的连接。锻造的同步环20的环体22具有这样一个外表面28,该外表面与一个制齿凸缘36形成一个接近直角的角度,或者换言之,其形状大致是圆筒状的,这样便可在同步毂14的按圆筒状成形的内腔68中实现准确的定心。
图2表示一种从现有技术中已知的板材同步环40的局部图示。该同步环是采用冲压和拉伸法用平的(金属)板材制造而成的同步环40,它具有三个依轴向折弯的定位凸耳44,图中只示出其中一个定位凸耳,这些定位凸耳起着轴向止挡的作用,它们的侧面与一个同步毂14的三个所配置的空隙部18的侧面配合作用,从而限制同步环40依周向相对于同步毂14的转动。环体42无论在其内侧或在外侧上都是呈锥形的。由于锥形环体42的逐渐减小的直径,同步环40在同步毂14的圆筒状内腔68中实现定心基本上是不可能的。
为了确保该同心环40的定心,除了那三个定位凸耳44之外,还成形了三个附加的定心凸耳70,在其背离环体42的那侧,同步环40在同步毂14的内腔68中被导引,并以此方式得以定心。但对于附加的定心凸耳70,却也有不利之处,即,附加的定心凸耳70只有在牺牲处于同步环40的圆周范围内的锁止齿54的情况下才能加以构造。在定心凸耳70所处的同步环40的制齿凸缘56范围内,是不能构造锁止齿54的。锁止齿54数目的这种减少会导致其余锁止齿54顶面上的比负荷提高,从而可能导致锁止齿54的受损甚至断裂。
图3中示出板材同步环40的第一个实施形式。该同步环40具有一个锥形的环体42,在该环体的下端上设置了一个制齿凸缘56,该制齿凸缘带有一个外齿部54,该外齿部被定位凸耳44所中断。板材同步环40具有一个优选数目为三个的依轴向折弯的定位凸耳44,这些定位凸耳作为转动止挡46而啮合到一个同步毂14所配置的空隙部18中,并限制依周向的转动。必要时当然也可以配置两个、四个或更多的定位凸耳44。定位凸耳44在依环体42周向定向的两侧上具有一凸耳扩展部50。或者,另一种做法是,也可以只在定位凸耳44的一侧上配置一个凸耳扩展部50。在所示的实施例中,两个相邻定位凸耳44的彼此对向的凸耳扩展部50是相互间隔开的。或者,凸耳扩展部50也可如此程度地在环体42上加以导引,使得相邻定位凸耳44的凸耳扩展部50彼此接触。
图4示出图3中所示板材同步环40的局部放大图,配有阶梯式成形的凸耳扩展部50。凸耳扩展部50加接在依轴向弯曲的定位凸耳44的依环体42周向定向的两侧上,在此,凸耳扩展部50′首先依径向朝环体42延伸,以便过渡到凸耳扩展部50″的一个依周向取向的部分中。依径向朝环体42定向的凸耳扩展部50′形成一个转动止挡46,该止挡与同步毂14的空隙部18的配置的转动止挡配合作用。
凸耳扩展部50″的依环体42周向定向的那个部分承担两项任务:其一,凸耳扩展部50″起着定心元件的作用,该定心元件在板材同步环40依轴向运动时将其对中定心地保持在同步毂14的圆筒状内腔68中。其二,凸耳扩展部50″的背离外齿部54的那侧作为支承面52,确保环形弹簧元件64的轴向移动受到限制。如图所示,支承面52可以与环体42的背离外齿部54的那侧齐平,或者可以相对于那一边向后错开或向前突出。这一情况同样适用在图5和6中所示的实施形式。
由于限制使用三个定位凸耳44,不要求附加的定心凸耳70,所以锁止齿54的数目与已知的在图2中所示的同步环40相比,明显增加了,从而减小了每个单一锁止齿54的负荷,并排除了锁止齿54受损的危险。
图5中示出了同步环40的另一个实施形式。在该设计中,凸耳扩展部50加接在定位凸耳44的轴向侧上,并具有两个边翼。凸耳扩展部50′首先依径向朝环体42延伸,以便过渡到凸耳扩展部50″的一个依周向转动的部分中。按这一实施形式,定位凸耳44的侧面形成了一个转动止挡46,该转动止挡与同步毂14的一个配置的空隙部18的转动止挡配合作用。同步环40的外齿部54被定位凸耳44所中断。
图6示出同步环40的另一个实施形式,该同步环的外齿部54由定位凸耳44所中断。凸耳扩展部50也是加接在定位凸耳44的轴向侧上,并且是首先依径向、然后依轴向加以弯曲的,在此,凸耳扩展部50″的一部分朝向环体42的周向。依该实施形式,定位凸耳44的侧面也形成一个转动止挡46,该转动止挡与同步毂14的一个配置的空隙部18的转动止挡配合作用。
对于图3、4和5中所示的各实施形式都适用的一点是:凸耳扩展部50″的那个朝环体42的周向定向的部分贴靠在环体42的外锥面上,其中,凸耳扩展部50″单纯从成形技术而言是固定在环体42的锥形外表面上的。在此,在环体42的锥形外表面和凸耳扩展部50″之间可能留下一个小的间隙。在机械要求提高的情况下,凸耳扩展部50″是形状锁合地或材料接合地如通过钎焊、熔焊或者粘接的方式与环体42的外表面相连的。
作为原始材料,使用一种平的(金属)板材,由该板材制造出一个一体式的同步环40。所有的同步环组成部分,即环体42、定位凸耳44、凸耳扩展部50、制齿凸缘56和外齿部54都是采用变形工艺技术从原始板材制造出来的。
图7中示意性地示出了凸耳扩展部50″构造设计的四个变型方案a)、b)、c)和d)的周向横截面。在图7a中,凸耳扩展部50″具有依周向大致与同步环40其余部位即例如与环体42或制齿凸缘56相同的材料厚度。凸耳扩展部50″靠置在环体42的外锥面上。在凸耳扩展部50″的背离环体42的那侧和制齿凸缘56之间形成一个钝角α。
用于限制环形弹簧元件64轴向移动的支承面52与环体42的端部齐平地相接。支承面52当然也可相对于端接着环体42的那面往后错开或往前突出。这一点也适用于变型方案b)、c)和d)。
图7b示出一个成楔形冲压成形的凸耳扩展部50″,该凸耳扩展部贴靠在环体42的外锥面上,其对置于环体42的那侧与制齿凸缘56形成一个锐角β。通过凸耳扩展部50″的楔形结构,确保同步环40在同步毂14的圆筒形内腔68中实现定心。
图7c同样示出一个成楔形冲压成形的凸耳扩展部50″,但其冲压成形是如此实现的:使得凸耳扩展部50″的背离环体42的那侧形成一个圆筒形面,并确保同步环40在同步毂14的内腔68中实现定心,其中,同步环40沿着圆筒形面被导引。凸耳扩展部50″的背离环体42的那侧与制齿凸缘56形成一个直角。
图7d中的凸耳扩展部50″依周向具有与同步环40其余部位即例如与环体42或制齿凸缘56大致相同的材料厚度。凸耳扩展部50″部分地贴靠在环体42的外锥面上。在凸耳扩展部50″的背离环体42的那侧和制齿凸缘56之间形成一个直角。凸耳扩展部50″的外表面48形成一个圆筒形面,该圆筒形面确保同步环40在同步毂14的内腔68中实现定心,其中,使同步环40沿着圆筒形面被导引。
板材同步环40的制造首先是按已知方式通过冲裁预成形件加以实现的。该预成形件按照相关的部件具有必要的结构,包括配有凸耳扩展部50的定位凸耳44。在多个变形步骤中,冲裁出来的预成形件获得了在图3至7中所示的最终形状。为此,在模具中拉制成形出环体42,并冲制加工齿部54。在一个中间步骤中,将凸耳扩展部50相应于环体42锥角地冲压成楔形,以便在变形加工之后形成一种圆筒形的外表面。附加地,在这一制造步骤的过程中,将凸耳扩展部50的厚度冲压加工到合乎要求的尺寸,以设定用于实现对中定心的准确的外径。然后,进行凸耳扩展部50的变形加工,其中,作为变形的辅助措施,可以在预成形件上便已经往待变形的凸耳扩展部冲压加工出弯曲槽,这些弯曲槽确保能准确地形成边棱。同步环的第一个实施形式可以通过一种简单的变形工艺进行制造,而其它两个实施形式则实现了侧向支承面的精密构造。
附图标记一览表
10    滑动套筒
12    止动轮廓
14    同步毂
16    第一凹部
18    配置的空隙部
20    同步环
22    环体
24    轴向止挡
26    转动止挡
28    环体的外表面
30    凹部
32    支承面
34    外齿部
36    制齿凸缘
40    板材同步环
42    环体
44    定位凸耳
46    转动止挡
48    凸耳扩展部的外表面
50    凸耳扩展部
50′  径向朝环体的凸耳扩展部
50″  沿周向的凸耳扩展部
52    支承面
54    外齿部
56    制齿凸缘
60    擒纵轮
62    摩擦锥体
64    同步弹簧
66    压力件
68    内腔
70    定心凸耳

Claims (17)

1.同步装置的板材同步环(40),具有:锥形的环体(42);用于锁止一滑动套筒(10)的轴向运动的外齿部(54);和至少一个依轴向折弯的定位凸耳(44),该定位凸耳限制同步环(40)在一同步毂(14)中的转动,其特征在于:所述定位凸耳(44)在至少一侧具有凸耳扩展部(50)。
2.按权利要求1所述的同步环,其特征在于:所述凸耳扩展部(50)构造为定心元件,用于使同步环(40)在同步毂(14)中定心。
3.按权利要求1或2所述的同步环,其特征在于:所述凸耳扩展部(50)相对于环体(42)依周向或依轴向加接在定位凸耳(44)上。
4.按以上权利要求中任一项所述的同步环,其特征在于:所述凸耳扩展部(50)相对于环体(42)部分地依径向(50′)以及部分地依周向(50″)取向。
5.按权利要求4所述的同步环,其特征在于:所述凸耳扩展部(50″)的依周向取向的那部分贴靠在环体(42)的外锥面上。
6.按以上权利要求中任一项所述的同步环,其特征在于:所述定位凸耳(44)和所述凸耳扩展部(50)具有与同步环(40)其余部位基本上相同的材料厚度。
7.按权利要求4至6中任一项所述的同步环,其特征在于:所述凸耳扩展部(50″)的依周向取向的那部分的背离环体(42)的一侧与一个带有外齿部(54)的制齿凸缘(56)形成一钝角(α)。
8.按权利要求4或5所述的同步环,其特征在于:所述凸耳扩展部(50″)的依周向取向的那部分被冲压加工成楔形。
9.按权利要求4至6或8中任一项所述的同步环,其特征在于:所述凸耳扩展部(50″)的依周向取向的那部分的背离环体(42)的一侧与一带有外齿部(44)的制齿凸缘(56)形成一锐角(β)或一直角。
10.按权利要求4至9中任一项所述的同步环,其特征在于:所述凸耳扩展部(50″)的依周向取向的那部分材料接合地特别是通过钎焊、熔焊或粘接与环体(42)的外锥面相连接,或者形状锁合地与环体(42)的外锥面相连接。
11.按以上权利要求中任一项所述的同步环,其特征在于:所述凸耳扩展部(50)具有用于限制一弹簧元件(64)的轴向移动的支承面(52)。
12.按以上权利要求中任一项所述的同步环,其特征在于:所述凸耳扩展部(50)是呈阶梯状成形的。
13.按权利要求1至11中任一项所述的同步环,其特征在于:加接在定位凸耳(44)的轴向侧上的凸耳扩展部(50)是相对于环体(42)依径向弯曲的。
14.按权利要求1至11中任一项所述的同步环,其特征在于:加接在定位凸耳(44)的轴向侧上的凸耳扩展部(50)是依周向弯曲的。
15.按以上权利要求中任一项所述的同步环,其特征在于:所述同步环(40)、定位凸耳(44)和凸耳扩展部(50)是一体式制成的。
16.按以上权利要求中任一项所述的同步环,其特征在于:定位凸耳(44)的凸耳扩展部(50″)的依周向取向的部分与相邻定位凸耳(44)的凸耳扩展部(50″)的依周向取向的部分是间隔开的。
17.按权利要求1至15中任一项所述的同步环,其特征在于:定位凸耳(44)的凸耳扩展部(50″)的依周向取向的部分与相邻定位凸耳(44)的凸耳扩展部(50″)的相应部分接触。
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