CN103089842A

CN103089842A - 新型锁销式多片同步器

Info

Publication number: CN103089842A
Application number: CN2013100241751A
Authority: CN
Inventors: 牛秦玉; 王勇智
Original assignee: Xian University of Science and Technology
Current assignee: Xian University of Science and Technology
Priority date: 2013-01-23
Filing date: 2013-01-23
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2033-01-23
Also published as: CN103089842B

Abstract

本发明提供一种新型锁销式多片同步器，在相邻的档位齿轮与摩擦片壳体之间通过不同形状和适当锥度的摩擦片顺序安装；结合套与输出轴通过花键直接啮合；结合套通过定位销与摩擦片壳体连接；锁销与摩擦片壳体刚性连接；在结合套径向孔中安装有弹簧。本发明中摩擦片具有适当的锥度，此锥度的选择要能够确保在最少摩擦片的情况下，仍能保证摩擦片之间工作时所需要的摩擦力，使换挡时同步的时间更短，确保换挡时同步器反应迅速，从而降低换挡时间，大大提高了汽车操纵性。同时本发明不仅可以根据不同的载重车型增加或者减少摩擦片的片数，改变同步摩擦力，也降低了对摩擦片材料的选择，降低成本，从而大大增加了本同步器的适用范围。

Description

新型锁销式多片同步器

技术领域

本发明涉及汽车传动装置技术领域，尤其涉及一种同步器。

背景技术

中重型载货汽车变速箱中，以采用锁销式同步器最为普遍。因为锁销式同步器零件数量少，摩擦面平均半径大，使转矩容量增加。其缺点是轴向尺寸较大，但在载货汽车设计中，对变速箱尺寸约束较小。

但近年来，随着载货汽车的快速发展，锁销式同步器的其他缺陷也暴露出来。最主要的体现就是同步时间过长，使用寿命短。

湿式离合器是传动系统的重要组成部分，传动系统通过它与动力源连接，可以使车辆平稳起步，减小车辆的换档冲击度，对传动系统还起到过载保护的作湿用，同时压力油的循环还可以降低摩擦片的温度，从而大大提高传动系统零部件的使用寿命。

分析湿式离合器的工作过程，离合器结合时,压力油经控制油道进入活塞左侧油缸,活塞在油压作用下向右移动,推动外齿钢片逐渐压紧内齿摩擦片,二者经过滑摩逐步达到同步,从而实现动力由传动轴经离合器鼓至传动齿轮的传递。离合器分离时,控制油路与油箱接通,工作油液经控制油道流回油箱,油缸内的结合油压快速下降,活塞在回位弹簧力的推动下迅速向左移动,外齿钢片与内齿摩擦片实现分离。而在机械式变速箱中，拨叉提供的轴向力是通过驾驶员手动推动换挡拨杆提供，根本不足以与液压油缸相比较。另外，机械式变速箱为飞溅润滑，其散热能力不足以与湿式离合器相比较。

分析锁销式同步器工作过程，我们发现其工作时，同步元件的转动惯量仅为变速箱中各挡位齿轮及轴的转动惯量，而湿式离合器传递的为提供整车行驶的力矩。另外摩擦元件的摩擦锥角结构可使得摩擦力矩扩大5～8倍。

通过结构比较分析，现拟将湿式离合器结构与锁销式同步器结构相结合，设计出一种新型锁销式多片同步器，解决锁销式同步器换挡时间过长，使用寿命短等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型锁销式多片同步器，将摩擦片的布置形式改为倾斜布置，充分利用多片结构传递大扭矩和倾斜放置扩大摩擦力矩的优点，从而解决了锁销式同步器换挡时间长，使用寿命短等问题。

本发明的技术方案是：一种新型锁销式多片同步器，它包括档位齿轮、摩擦片壳体、锁销和定位销，其特征是在相邻的档位齿轮与摩擦片壳体之间通过不同形状的摩擦片顺序安装；结合套与输出轴通过花键直接啮合；结合套通过定位销与摩擦片壳体连接；锁销与摩擦片壳体刚性连接；在结合套径向孔中安装有弹簧。

其中不同形状的摩擦片至少有两片且摩擦片倾斜布置。

其中不同形状的摩擦片由摩擦片的锥角和锥面的工作长度决定。

其中在档位齿轮的外花键上端紧密配合一个摩擦盘，最里面的摩擦片镶嵌在摩擦盘上，第二个摩擦片上开有五个槽口，通过这五个槽口第二个摩擦片卡在摩擦盘或摩擦片外壳上，第三片直接套在花键套上。

相隔的两个摩擦片之间有波形弹簧。

结合套上的啮合齿与档位齿轮上的内啮合齿相啮合。

档位齿轮上的外花键一端有一小段凹槽，卡环位于凹槽内以定位花键套。

本发明摩擦片具有适当的锥度，此锥度能够确保在不增加摩擦片的情况下，仍能保证摩擦片之间工作时具有较大的摩擦力，使换挡时同步的时间更短。换挡时，该同步器工作时所需要的力矩可由摩擦片和一个摩擦片的壳体所接触的几个摩擦面工作，可以根据不同的发动机功率选择摩擦片的锥角以及摩擦片的片数，相邻摩擦片之间具有很小的间隙，以确保换挡时同步器反应迅速，从而降低换挡时间，大大提高了汽车操纵性。实现了同步器中摩擦片可以由两片到多片的变化，从而大大增加了本同步器的适用范围。也降低了对摩擦片材料的选择要求，降低成本。

附图说明

图1是本发明实施例一结构示意图。

图2是图1的局部放大图。

图3是摩擦片壳体示意图。

图4是单个摩擦片结构示意图。

图5是本发明摩擦片另一种实施方式结构局部示意图。

图6是本发明的另外一种实施方式的结构局部示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做详细说明。

以两档齿轮为例，如图1所示，在档位齿轮1和档位齿轮8与摩擦片壳体5之间通过三片不同形状的摩擦片2顺序安装，三片不同形状的摩擦片2倾斜布置；结合套6与输出轴14直接啮合,结合套6通过定位销10与摩擦片壳体5连接；锁销7与摩擦片壳体5刚性连接。在结合套6径向孔中安装有弹簧12；在空挡位置，钢球11在弹簧12压力作用下处在定位销7的凹槽中，使两个摩擦片壳体5与结合套6之间没有相对移动。

如图2所示，档位齿轮1和档位齿轮8的外花键上端紧密配合一个摩擦盘3，最里面的摩擦片2A镶嵌在摩擦盘3上,第三片摩擦片2C直接套在花键套4上。第二片摩擦片2B上有五个槽口，在摩擦片外壳5上有五个槽口，如图3所示，第二片摩擦片2B通过五个槽口与摩擦片外壳5相连。在摩擦片2A和2C之间有波形弹簧13，其目的在于能够使两片摩擦片2A和2C在没有工作时都能与摩擦片2B分开，避免不工作时摩擦片也在摩擦。同理同步器的另一侧也存在一个波形弹簧13。

图5是本发明的另一种实施方式，根据不同的发动机功率选择五片摩擦片，最里面的摩擦片2A镶嵌在摩擦盘3上,第三片和第五片摩擦片2C直接套在花键套4上。第二片和第四片摩擦片2B上有五个槽口，在摩擦片外壳5上有五个槽口，第二片和第四片摩擦片2B通过五个槽口与摩擦片外壳5相连。在摩擦片2A和2C之间有波形弹簧13。如果需要增加摩擦片数目，可以按照2B、2C、2B、2C……顺序依次增加。

如图6所示，是本发明的另一种实施方式，改变摩擦片壳体5与摩擦盘3的位置，那么最里面摩擦片2A镶嵌在摩擦盘3上,第三片摩擦片2C直接套在花键套4上。在摩擦盘3上有五个槽口，第二片摩擦片2B通过五个槽口与摩擦盘3相连。这样则可以实现摩擦片的反向安装。同理在摩擦片2A和2C之间有波形弹簧13。

换挡时处于空挡的瞬间，变速器的输入端和输出端的转速不相同且都在变化，因输出端与汽车整车相连，转动惯量相当大，换挡作用时间短，在换挡的瞬间可认为输出端转速恒定。输入端在接触锥面摩擦力矩作用下，克服输入端零件的等价惯性力矩，使输入端与输出端的转速达到同步。

变速箱欲从某一挡换向相邻挡位时，同步器结合套6从挡位齿轮8分离瞬间，输出轴转速与换挡前挡位齿轮8相同，而挡位齿轮1转速比输出轴14转速慢，由于同步器与输出轴14用花键联接，故同步器转速比挡位齿轮1转速快。同步器靠近挡位齿轮1时，由于输出轴14与汽车传动轴相连，输出轴14转速几乎不变，而离合器已将发动机动力切断，由此实现由一档输出齿轮转速逐步向输出轴转速同步。

换挡时作用力通过拨叉传给接合齿毂推动摩擦片壳体5轴向移动，由换挡齿轮（1或8）带动结合套6轴向转动，待达到换挡齿轮与结合套6同步时，结合套6轴向移动与换挡齿轮上的啮合齿结合，同时摩擦片2及摩擦片壳体5回到初始位置，换挡完成。

其中摩擦片锥角α和锥面的工作长度b按以下方法选择：

摩擦锥面锥角α越小，摩擦力矩越大。但是α过小的话会使摩擦锥面产生自锁现象，避免自锁的条件是tanα>μ（μ为摩擦片的摩擦系数）。可根据上式确定锥面锥角（设计时锥角的一般取值范围为20°～85°）。

锥角确定后，还必须确定锥面的工作长度b，缩短锥面的工作长度，可使变速器的轴向长度缩短，但是同时也减小了锥面的工作面积，增加了单位压力并使磨损加剧。设计时可根据下式确定b

b = \frac{M_{m}}{2 πpu R_{m}^{2}}

p:摩擦面的许用压力

R_m：摩擦面的平均半径

u：摩擦片的摩擦系数

M_m：待同步端的扭矩

根据同步器力矩计算公式：

M_{s} = \frac{F \cdot R_{m} \cdot u \cdot k}{\sin α}

F：接合套提供的轴向力

R_m：摩擦面的平均半径

u：摩擦片的摩擦系数

k：摩擦面数

α：锥面锥角

以及单片摩擦片所能承受的最大扭矩来确定摩擦片的片数。

需要说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换。

凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种新型锁销式多片同步器，它包括档位齿轮、摩擦片壳体(5)、锁销(7)和定位销(10)，其特征是在相邻的档位齿轮与摩擦片壳体(5)之间通过不同形状的摩擦片顺序安装；锁销(7)与摩擦片壳体(5)刚性连接；结合套(6)与输出轴(14)通过花键直接啮合；结合套(6)通过定位销(10)与摩擦片壳体(5)连接；在结合套(6)径向孔中安装有弹性装置。

2.如权利要求1所述的新型锁销式多片同步器，其特征是不同形状的摩擦片至少有两片且摩擦片倾斜布置。

3.如权利要求1或2所述的新型锁销式多片同步器，其特征是不同形状的摩擦片由摩擦片的锥角和锥面的工作长度决定。

4.如权利要求1、2或3所述的新型锁销式多片同步器，其特征是档位齿轮的外花键上端紧密配合一个摩擦盘(3)，最里面的摩擦片镶嵌在摩擦盘(3)上，第二个摩擦片上开有五个槽口，通过这五个槽口第二个摩擦片卡在摩擦盘(3)或摩擦片外壳(5)上，第三片直接套在花键套(4)上。

5.如权利要求4所述的新型锁销式多片同步器，其特征是相隔的两个摩擦片之间有波形弹簧(13)。

6.如权利要求1所述的新型锁销式多片同步器，其特征是结合套(6)上的啮合齿与档位齿轮上的内啮合齿相啮合。

7.如权利要求1所述的新型锁销式多片同步器，其特征是档位齿轮上的外花键一端有一小段凹槽，卡环(9)位于凹槽内以定位花键套(4)。

8.如权利要求1所述的新型锁销式多片同步器，其特征是弹性装置包括安装在结合套(6)径向孔中的弹簧(12)和钢球(11)。

9.如权利要求1所述的新型锁销式多片同步器，其特征是在空挡位置，钢球(11)在弹簧（12）压力作用下处在定位销(7)的凹槽中，使两个摩擦片壳体(5)保持滑动，结合套(6)之间没有相对移动。

10.如权利要求3所述的新型锁销式多片同步器，其特征是摩擦片锥角的取值范围为20°～85°；摩擦片锥面的工作长度b，可根据下式确定

b = \frac{M_{m}}{2 πpu R_{m}^{2}}

p:摩擦面的许用压力

R_m：摩擦面的平均半径

u：摩擦片的摩擦系数

M_m：待同步端的扭矩。