CN103343785B - 一种汽车非对称接合齿同步器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车技术领域，特别是指一种改进的传统汽车用机械式自动变速器和手动变速器的汽车非对称接合齿同步器，其目的是为了改善现有锁环滑块式同步器技术中换挡二次冲击峰值较大的技术问题。本发明汽车非对称接合齿同步器包括锁环、接合齿圈、齿套、齿毂和滑块组，所述锁环的接合齿均为对称结构，所述齿套包括齿套对称接合齿和齿套非对称接合齿，所述接合齿圈上设有齿圈非对称接合齿，所述齿圈非对称接合齿与所述齿套非对称接合齿相对应。本发明能够使换挡时产生的二次冲击峰值明显减小，能够提高同步器换挡的平顺性与舒适性。

Description

一种汽车非对称接合齿同步器

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，特别是指一种改进的传统汽车用机械式自动变速器和手动变速器的汽车非对称接合齿同步器。

背景技术

汽车同步器是保证平顺换挡及延长变速器寿命的重要部件，广泛应用于手动变速器和机械式自动变速器中。由于同步器输出端具有较大的当量转动惯量，而输入端的当量转动惯量相对较小，工作时又受到搅油阻力矩和密封件摩擦阻力矩等因素的影响，所以同步结束后，输入端与输出端会产生新的角速度差，造成齿套与接合齿圈啮合过程中锁止面之间发生碰撞，产生二次冲击现象。严重时会引起噪声和振动，甚至使同步器主要工作部件加剧磨损进而导致脱挡，影响换挡平顺性和同步器的工作寿命。

换挡过程中的空行程不利于平顺换挡，而且空行程越大越能增加同步后齿套和接合齿圈之间的转速差，转速差越大，产生的换挡二次冲击峰值越大。因此，为了避免产生较大的转速差，通过非对称接合齿的轴向偏置设计，在齿套与锁环解除锁止后，减少同步过程中齿套轴向滑移距离锁止面上的滑行距离，从而减少同步后齿套与接合齿圈的转速差；为了直接减少换挡冲击的轴向分力（即二次冲击），可通过非对称接合齿的周向偏置及减少工作面的花键齿倒角来实现。

研究如何利用非对称结构设计同步器接合齿来减少二次冲击峰值对提高同步器换挡平顺性及延长同步器使用寿命具有重大意义，能够改善传统锁环式同步器的换挡性能。

发明内容

本发明公开了一种具有非对称接合齿结构的锁环滑块式单锥面同步器，其目的是为了改善现有锁环滑块式同步器技术中换挡二次冲击峰值较大的技术问题。

为达到上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：一种汽车非对称接合齿同步器，包括锁环、接合齿圈、齿套、齿毂和滑块组，所述锁环和所述接合齿圈分别具有锥形的摩擦锥面，所述锁环的接合齿均为对称结构，所述齿套包括齿套对称接合齿和齿套非对称接合齿，所述接合齿圈上设有齿圈非对称接合齿，所述齿圈非对称接合齿与所述齿套非对称接合齿相对应，所述齿套对称接合齿所在的内花键齿与所述齿毂的外花键齿通过渐开线齿面内啮合，所述齿套非对称接合齿所在的内花键齿与所述滑块组的花键齿啮合，所述齿套可以在所述齿毂上轴向滑移，所述齿毂的内花键齿与变速器输出轴连接在一起同步转动

进一步地，所述同步器还包括从动齿轮，所述接合齿圈与所述从动齿轮焊接在一起同步运动。

根据本发明实施方式所述的同步器，所述滑块组包括钢球、弹簧和滑块，所述齿套上设有钢球槽，所述滑块上设有弹簧槽，所述齿毂上设有滑块槽，在自由状态下所述钢球由置于所述弹簧槽中的所述弹簧压在所述钢球槽中，所述滑块组置于所述齿毂的滑块槽中。

根据本发明实施方式所述的同步器，所述锁环设有锁环突耳，所述齿套对称接合齿的齿端面、所述滑块的端面分别与所述锁环突耳的端面之间的间隙相等。

根据本发明实施方式所述的同步器，在自由状态下，所述锁环的端面与所述接合齿圈的端面之间的间隙是1.5mm。

根据本发明实施方式所述的同步器，在自由状态下，所述齿套非对称接合齿周向偏置0.5mm，轴向偏置1mm。

由于采用了上述技术方案，本发明的优点在于：

（a）本发明同步器与现有同步器同步时间非常接近，说明非对称结构对预同步阶段和锁止阶段无明显影响，即锁止性能与同步性能都能够满足原同步器设计要求；

（b）本发明齿套非对称接合齿轴向偏移可增加解锁阶段接触线长度，缩短自由滑行距离；棱线偏置使工作半锥角度取值减小，齿套与接合齿圈因接触碰撞而产生的轴向分力值减小；

（c）本发明能够使换挡时产生的二次冲击峰值明显减小，能够提高同步器换挡的平顺性与舒适性。

附图说明

图1为现有技术同步器的装配示意图；

图2为本发明的装配示意图；

图3为图2的A-A剖视图；

图4（a）-（f）是本发明的接合齿结构及换挡过程中接合齿相对位置示意图；

图5（a）与图5（b）分别为本发明同步器中锁环的结构示意图；

图6为本发明中接合齿圈的立体结构示意图；

图7（a）为本发明中齿套的立体结构示意图；

图7（b）为本发明中齿套的剖视图；

图8为本发明中齿毂的结构示意图。

具体实施方式

现有技术中的锁环滑块式同步器如图1所示，主要由锁环1’、接合齿圈2’与从动齿轮3’、齿套4’、齿毂5’以及滑块组6’组成，其中滑块组包括钢球61’、滑块62’和弹簧63’。本发明公开的同步器（如图2、图3所示）工作原理与现有同步器相同，但对其中的锁环、接合齿圈和齿套等零部件主要的功能结构进行了新的设计，工作过程与现有同步器不同。

本发明公开的同步器齿套4的花键齿齿端接合齿分为齿套对称接合齿41和齿套非对称接合齿44；锁环1的接合齿13均为对称结构，且齿数较传统锁环齿数少；接合齿圈2的齿圈非对称接合齿22与齿套4的齿套非对称接合齿44相对应。

同步器整个换挡过程主要经过五个阶段，分别为预同步阶段、锁止阶段、解锁阶段、自由滑行阶段和啮合阶段，在换挡过程中，锁环1、接合齿圈2和齿套4的接合齿相对位置示意图如图4（a）-（f）所示。同步器在换挡前处于自由状态，此时接合齿相对位置如图4（a）所示；从换挡开始直至齿套对称接合齿41的锁止面411与锁环接合齿13的锁止面131对齐，完成预同步，如图4（b）所示；轴向力使齿套4压下钢球61迅速与锁环1的锁止面131接触，进入锁止阶段，如图4（c）所示，摩擦力矩Ms大于作用在锁止面131上的拨环力矩Mr，齿套4受到锁环1阻挡而不能继续轴向移动；随着齿套4与锁环1角速度差的逐渐减小，当Ms小于等于Mr时，齿套4在轴向力作用下拨开锁环1，整个拨环过程为解锁阶段，如图4（d）所示，直到两部件的锁止面脱离接触；拨环后齿套4不再受锁环1阻碍而快速滑行，直至与接合齿圈2的锁止面221接触，此过程为自由滑行阶段，如图4（e）所示；齿套4与接合齿圈2的接合齿22啮合后到完成换挡的过程为啮合阶段，如图4（f）所示。

本发明公开的同步器装配后，要保证齿套对称接合齿41的齿端面412、滑块端面621分别与锁环突耳12的端面121的间隙相同，均为L₁=0.5mm；锁环端面14与接合齿圈2的端面23之间的间隙为L₂=1.5mm。

锁环接合齿13的结构如图5（b）所示，为了避免齿套非对称接合齿44与锁环接合齿接触，故去掉了锁环的部分接合齿，如图4（a）中DRC所示。

齿套4的接合齿结构如图7（a）、7（b）所示，与滑块62的花键齿623啮合的花键齿为齿套非对称接合齿44所在的内花键齿442。图4（a）所示的齿套非对称接合齿44周向偏置CF=0.5mm，轴向偏置AF=1mm；与齿毂5外花键齿51啮合的花键齿为齿套对称接合齿41所在的内花键齿413。

本发明公开的同步器具有铜质锁环1和钢质接合齿圈2，其分别有锥形的摩擦锥面11和21，两摩擦锥面形成摩擦副，通过接触摩擦产生摩擦力矩。接合齿圈2与从动齿轮3焊接在一起，两者同步运动。同步器齿套4对称接合齿41所在的内花键齿413与齿毂5的外花键齿51通过渐开线齿面内啮合，齿套4可以在齿毂5上进行轴向滑移。齿毂5的内花键齿52与变速器输出轴通过花键连接在一起同步转动。换挡前，同步器处于自由状态，此时滑块组6的钢球61由置于滑块62弹簧槽622中的弹簧63压在齿套4的钢球槽42中；换挡时，齿套4的拨叉槽43受到拨叉轴向力推动而轴向滑移，齿套4通过钢球槽42带动钢球61一起轴向运动，钢球61又带动滑块62，因而齿套4与滑块组6一起轴向运动；当滑块62的端面621与锁环突耳12的端面121接触后，滑块62又推动锁环1轴向运动，直至锥面11与锥面21压紧，压紧的瞬间锁环1受到摩擦力矩作用迅速转过半个花键齿的角度，锁环突耳12的侧面122与齿毂滑块槽53的侧面531贴合，锁环1停止转动，锁环接合齿13的锁止面131与齿套对称接合齿41的锁止面411相对；继续加力，齿套4将钢球61压入滑块内，从而越过滑块组6，直至锁止面411与锁止面131相抵，由于换挡时接合齿圈2与锁环1角速度不同，所以两摩擦锥面间存在摩擦力矩Ms，齿套4受到的拨叉力作用在对称接合齿41上产生拨环力矩Mr，在未同步前Ms大于Mr，齿套4轴向运动受到锁环1阻挡；由于摩擦而是接合齿圈2与锁环1角速度差越来越小，直至为零，此时Ms小于等于Mr，在拨叉力的作用下锁环1被拨回半个花键齿角度，从而使齿套4滑过锁环1，直至锁止面411与131脱离接触；齿套4继续滑移，经过无阻挡的自由滑行阶段，齿套非对称接合齿44的锁止面441与接合齿圈的接合齿22接触，直至完全啮合。

以上显示和描述了本发明基本的原理和主要特征以及其优势。本领域普通技术人员应当明白，本发明不受上述实施方式的限制，上述实施方式和说明书中的描述只是用于说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还可能出现各种变化和改进，诸如此类等同或等效变化或改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书界定。

Claims (6)

1.一种汽车非对称接合齿同步器，包括锁环、接合齿圈、齿套、齿毂和滑块组，所述锁环和所述接合齿圈分别具有锥形的摩擦锥面，所述锁环的接合齿均为对称结构，所述齿套包括齿套对称接合齿和齿套非对称接合齿，所述接合齿圈上设有齿圈非对称接合齿，所述齿圈非对称接合齿与所述齿套非对称接合齿相对应，所述齿套对称接合齿所在的内花键齿与所述齿毂的外花键齿通过渐开线齿面内啮合，所述齿套可以在所述齿毂上轴向滑移，所述齿毂的内花键齿与变速器输出轴连接在一起同步转动，其特征在于：所述齿毂上设有滑块槽，所述齿套非对称接合齿位于所述滑块槽处，三个所述齿套非对称接合齿为一组，共三组且呈120°均布，所述齿套非对称接合齿所在的内花键齿与所述滑块组的花键齿啮合。

2.如权利要求1所述的一种汽车非对称接合齿同步器，其特征在于：所述同步器还包括从动齿轮，所述接合齿圈与所述从动齿轮焊接在一起同步运动。

3.如权利要求1或2所述的一种汽车非对称接合齿同步器，其特征在于：所述滑块组包括钢球、弹簧和滑块，所述齿套上设有钢球槽，所述滑块上设有弹簧槽，在自由状态下所述钢球由置于所述弹簧槽中的所述弹簧压在所述钢球槽中，所述滑块组置于所述齿毂的滑块槽中。

4.如权利要求1或2所述的一种汽车非对称接合齿同步器，其特征在于：所述锁环设有锁环突耳，所述齿套对称接合齿的齿端面、所述滑块的端面分别与所述锁环突耳的端面之间的间隙相等。

5.如权利要求1或2所述的一种汽车非对称接合齿同步器，其特征在于：在自由状态下，所述锁环的端面与所述接合齿圈的端面之间的间隙是1.5mm。

6.如权利要求1或2所述的一种汽车非对称接合齿同步器，其特征在于：在自由状态下，所述齿套非对称接合齿周向偏置0.5mm，轴向偏置1mm。