CN103573932B - 汽车的变速箱 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车的变速箱，其具有：第一换档套管和第二换档套管，其分别具有包括多个换档套管齿的内部啮合部；第一同步环，其具有包括多个棘轮齿的止动啮合部并且可与第一换档套管的内部啮合部通过彼此配属的第一止动面共同作用；以及第二同步环，其具有包括多个棘轮齿的止动啮合部，并且可与第二换档套管的内部啮合部通过彼此配属的第二止动面共同作用；其中两个换档套管的内部啮合部相同地被实施，并且分别包括在其轴向齿端部上具有第一止动面的第一换档套管齿以及在其轴向齿端部上具有第二止动面的第二换档套管齿，以及其中换档套管轴线与每个第一止动面夹有第一止动角，并且与每个第二止动面夹有在数值上不同于第一止动角的第二止动角。

Description

汽车的变速箱
技术领域
本发明涉及一种用于汽车的变速箱、尤其是具有多个同步单元的变速箱，使得车辆的各个档通过惯性式同步可舒适地并且可靠地被装入。
背景技术
惯性式同步的原理很久以来已经从现有技术中公知并且基于如下基本构思：只有当传动轴与从动轮的转速同步时，装入期望的档、也就是在传动轴与从动轮之间的形状配合的连接才实现。对于惯性式同步的功能决定性的是在此在换档套管的内部啮合部（Innenverzahnung）上构造的止动面（Sperrflaechen），所述止动面与同步环的相对应的止动面共同作用并且长时间地阻止将换档套管接通到在从动轮侧的换档啮合部上，直至实现转速同步。换档套管的内部啮合部包括多个换档套管齿，而同步环的止动啮合部（Sperrverzahnung）包括多个棘轮齿，其中止动面分别被构造在换档套管齿或邻接的棘轮齿的轴向端部上。通过止动面的止动角可调节同步单元的期望的止动安全性。
根据止动角和可供使用的摩擦力矩在止动面的不同的止动角的情况下实现期望的止动安全性。为了针对变速箱的所有同步单元，尤其是当不仅使用多轴锥体同步而且使用单轴锥体同步时提供尽可能统一的止动安全性，必须构造具有不同的止动角的止动面。
发明内容
本发明的任务是提出一种结构上简单构造的变速箱，其中制造开销被最小化。
根据本发明，该任务通过一种用于汽车的变速箱来解决，该变速箱具有：第一换档套管和第二换档套管，所述第一换档套管和第二换档套管分别具有包括多个换档套管齿的内部啮合部，所述换档套管齿关于换档套管轴线在轴向方向上延伸;第一同步环，所述第一同步环具有包括多个棘轮齿的止动啮合部并且可通过彼此配属的第一止动面与第一换档套管的内部啮合部共同作用；以及第二同步环，所述第二同步环具有包括多个棘轮齿的止动啮合部并且可通过彼此配属的第二止动面与第二换档套管的内部啮合部共同作用；其中这两个换档套管的内部啮合部相同地被实施并且分别包括第一换档套管齿以及第二换档套管齿，所述第一换档套管齿在其轴向齿端部上具有第一止动面，所述第二换档套管齿在其轴向齿端部上具有第二止动面，以及其中换档套管轴线与每个第一止动面夹有第一止动角并且与每个第二止动面夹有在数值上不同于第一止动角的第二止动角。尽管通过该变速器结构为变速箱的不同同步单元提供两个不同的止动角，但是相同地实施相应换档套管的内部啮合部。这极大地降低了用于换档套管的制造花费，并且因此全部贡献于经济地生产变速箱。
每个换档套管齿在至少一个轴向齿端部上都优选地具有两个趋向于彼此的止动面，其中这些止动面分别位于趋向于换档套管轴线的平面中。
尤其是，第一换档套管齿可在至少一个轴向齿端部上分别具有两个趋向于彼此的第一止动面，所述第一止动面朝向轴向齿端部构造楔形的削尖部（Anspitzung），其中该削尖部的楔角是第一止动角的两倍大。这意味着，所述楔角分别对于径向平面对称地被构造，该径向平面通过相应的第一换档套管齿的换档套管轴线和齿尖被撑开。轴向齿端部的这种对称构造引起在换到高速档和换到低速档时的尽可能相同的换档特性。
此外，第二换档套管齿可在至少一个轴向齿端部上分别具有两个趋向于彼此的第二止动面，所述第二止动面朝向轴向齿端部构造楔形的削尖部，其中该削尖部的楔角是第二止动角的两倍大。这意味着，所述楔角分别对于径向平面对称地被构造，该径向平面通过换档套管轴线和相应的第二换档套管齿的齿尖被撑开。在第二换档套管齿的情况下，轴向齿端部的对称构造也引起在换到高速档和换到低速档时的尽可能相同的换档特性。
优选地，第一同步环的每个棘轮齿都在轴向齿端部上具有两个趋向于彼此的第一止动面，所述第一止动面朝向轴向齿端部构造楔形的削尖部，其中该削尖部的楔角是第一止动角的两倍大。这意味着，楔角也分别对于径向平面对称地被构造，该径向平面通过换档套管轴线和相应的棘轮齿的齿尖被撑开。第一同步环的止动面因此与第一换档套管齿的止动面互补地被构造，使得共同作用的止动面在转速差的情况下平面地彼此靠近。这减小了出现的表面压力并且对变速箱的同步单元的使用寿命产生积极的影响。
在变速箱的实施形式中，第二同步环的每个棘轮齿在轴向齿端部上具有第二止动面和趋向于第二止动面的斜面，其中第二止动面和斜面朝向轴向齿端部构造楔形的削尖部。
在这种情况下，削尖部的楔角可尤其是与径向平面不对称地被对准，该径向平面通过换档套管轴线和相应的棘轮齿的齿尖被撑开。
在变速箱的另一实施形式中，第一止动角小于第二止动角。相对应地，给第一止动角配属如下同步单元：在所述同步单元中出现高转速差并且要传递大转矩（例如在换档到低速档时），而给第二止动角配属如下同步单元：在所述同步单元中出现较低的转速差并且要传递较小的转矩（例如在换档到高速档时）。
在变速箱的该实施形式中，第一换档套管齿的轴向尺寸大于第二换档套管齿的轴向尺寸。通过适当地匹配轴向齿尺寸可以以简单的方式和方法确保第一同步环的第一止动面和第二同步环的第二止动面分别唯一地嵌接在换档套管齿的期望的、优选地互补的止动面上。
优选地，第一同步环是多轴同步单元的部分，而第二同步环是变速箱的单轴同步单元的部分。多轴同步单元是其中多个、尤其是两个或三个摩擦面配对在转速同步期间起作用的同步单元。这些多轴同步单元尤其是在高转速差的情况下被采用，例如在换档到低速档的情况下被采用，因为利用多轴同步单元可实现快速转速适配。而在单轴同步单元中仅一个摩擦面配对在转速同步期间起作用，使得该摩擦面配对尤其是在较小的转速差的情况下被采用，例如在换档到高速档的情况下被采用。
在变速箱的另一实施形式中，每个换档套管的内部啮合部都关于换档套管的轴向中间平面对称地被构造。由此可在少量附加花费的情况下在两个轴向方向上采用换档套管。这意味着，换档套管被配属给两个同步单元并且从其轴向中间部位出发在相对的轴向方向上可被移位，以便对不同的档进行换档。
优选地，每个换档套管的内部啮合部都具有偶数数目的均匀分布在圆周上的换档套管齿。
特别优选地，每个换档套管的内部啮合部在此都在圆周方向上交替地具有第一和第二换档套管齿。
对于“均匀地分布在圆周上的换档套管齿”以及“在圆周方向上交替的第一和第二换档套管齿”明确地指示：这些概念涉及换档套管的完全镶有换档套管齿的均匀的齿距。在具体实施形式中出于功能原因缺少的例如用于确保正确装配的各个换档套管齿在本上下文被视为现有的适当选择的第一或者第二换档套管齿。这种换档套管结构使得能够以滚动的（waelzend）方法对各个换档套管齿进行加工，其中首先对第一换档套管齿中的每个第一换档套管齿并且此后对第二换档套管齿中的每个第二换档套管齿都相同地加工。通过对换档套管齿在其轴向端部上进行这种加工极大地减少用于制造换档套管的花费以及时间。
为了进一步减少制造花费，第一换档套管和第二换档套管可以尤其是完全结构相同地被构造并且拥有相同的几何形状和尺寸。
在变速箱的另一实施形式中，设置有具有包括多个离合器齿的离合器啮合部的离合器元件，其中离合器齿在其轴向齿端部上分别具有两个趋向于彼此的离合器面，所述离合器面朝向轴向齿端部分别构造具有离合器角的楔形的削尖部，其中离合器角是第一止动角的两倍大。离合器面因此与第一换档套管齿的第一止动面互补地被构造，使得在同步单元接合（Einspuren）时、也就是在接通档时得到小的表面压力。在该情况下，第一换档套管齿不仅承担止动功能而且承担接合功能。
附图说明
本发明的其他特征和优点由随后参照附图对优选实施形式的描述而得到。在这些附图中：
图1示出了根据本发明的变速箱在第一换档套管和第一同步环的区域中展开的示意性区段；
图2示出了根据本发明的变速箱在第二换档套管和第二同步环的区域中展开的示意性区段；
图3示出了根据本发明的变速箱在换档套管和离合器元件的区域中展开的示意性区段；
图4示出了通过根据本发明的变速箱的单轴同步单元的示意性部分截面；
图5示出了通过根据本发明的变速箱的多轴同步单元的示意性部分截面；以及
图6示出了用于根据本发明的变速箱的换档套管的透视图。
具体实施方式
图1至3分别示出了用于汽车的变速箱10的示意性展开区段，其中给变速箱10的每个档配属同步单元12、14。
每个同步单元12、14都包括换档套管16、18、至少一个同步环20、22、同步器外壳24和从动轮侧的离合器元件26（也参见图4和5），其中换档套管16、18和同步器外壳24也可被配属给两个不同的同步单元12、14。
用于汽车的变速箱10包括第一换档套管16和第二换档套管18，所述第一换档套管16和第二换档套管18分别具有包括多个换档套管齿28、30的内部啮合部，所述换档套管齿28、30关于换档套管轴线A在轴向方向上延伸。变速箱10此外还包括第一同步环20以及第二同步环22，所述第一同步环20具有包括多个棘轮齿32的止动啮合部并且可通过彼此配属的第一止动面34、36与第一换档套管16的内部啮合部共同作用，该第二同步环22具有包括多个棘轮齿38的止动啮合部并且可通过彼此配属的第二止动面40、42与第二换档套管18的内部啮合部共同作用。
这两个换档套管16、18的内部啮合部相同地被实施并且分别包括第一换档套管齿28以及第二换档套管齿30，所述第一换档套管齿28在其轴向齿端部上具有第一止动面34，所述第二换档套管齿30在其轴向齿端部上具有第二止动面40。换档套管轴线A在此与每个第一止动面34、36夹有第一止动角α并且与每个第二止动面40、42夹有在数值上不同于第一止动角α的第二止动角β。
以这种方式可以相同地实施这两个换档套管16、18的内部啮合部，并且同时实现具有不同的止动角α、β的止动面34、36；40、42。
在图1中要看出在变速箱10的第一同步单元12的区域中的展开的区段，其中第一换档套管16与第一同步环20共同作用。示出了第一同步单元12的止动部位，其中第一同步环20的棘轮齿32在“换到高速档”的情况下的止动部位中用实线被绘出，而在“换到低速档”的情况下的止动部位中用虚线被绘出。
在图2中示出了在变速箱10的第二同步单元14的区域中的展开的区段，其中第二换档套管18与第二同步环22共同作用。示出了第二同步单元14的止动部位，其中第二同步环22的棘轮齿38在“换到高速档”的情况下的止动部位中用实线被绘出，而在“换到低速档”的情况下的止动部位中用虚线被绘出。
图3示出了在变速箱10的同步单元12、14的区域中的展开的区段，其中换档套管16、18与离合器元件26共同作用。因此，根据图3的情形涉及同步单元12、14在成功的转速同步之后的接合或者接通。
依据图1至3明显的是，每个换档套管齿28、30在轴向齿端部上具有两个趋向于彼此的止动面34、40，其中止动面34、40分别位于趋向于换档套管轴线A的平面E1、E2、E3、E4。
尤其是，第一换档套管齿28在轴向齿端部上分别具有两个趋向于彼此的第一止动面34，所述第一止动面34朝向轴向齿端部构造楔形的削尖部，其中该削尖部的楔角是第一止动角α的双倍大。这换言之意味着，楔角分别与径向平面R1对称地被构造，该径向平面R1通过换档套管轴线A和相应的第一换档套管齿28的齿尖S1被撑开。
类似地，第二换档套管齿30在轴向齿端部上分别具有两个趋向于彼此的第二止动面40，所述第二止动面40朝向轴向齿端部构造楔形的削尖部，其中该削尖部的楔角是第二止动角β的双倍大。这换言之意味着，楔角也分别与径向平面R2对称地被构造，该径向平面R2通过换档套管轴线A和相应的第二换档套管齿30的齿尖S2被撑开。
止动面34、40关于径向平面R1、R2的对称布局导致变速器的在换到高速档和换到低速档时的期望的尽可能相同的换档特性。
根据图1，第一同步环20的每个棘轮齿32在轴向齿端部上具有两个趋向于彼此的第一止动面36，所述第一止动面36朝向轴向齿端部构造楔形的削尖部，其中该削尖部的楔角是第一止动角α的双倍大，使得所述楔角分别对于径向平面R3对称地被构造，该径向平面R3通过换档套管轴线A和相应的棘轮齿32的齿尖S3被撑开。
第一同步环20的止动面36因此与第一换档套管齿28的止动面34互补地被构造，使得共同作用的止动面34、36在转速差的情况下平面地彼此靠近。这减小了出现的表面压力并且对变速箱10的同步单元12的使用寿命产生积极的影响。
而根据图2，第二同步环22的每个棘轮齿38在轴向齿端部上都具有第二止动面42和趋向于第二止动面42的斜面44，其中第二止动面42和斜面44朝向轴向齿端部构造楔形的削尖部。该削尖部的楔角在该情况下对于径向平面R4不对称地被对准，该径向平面R4通过相应的棘轮齿38的换档套管轴线A和齿尖S4被撑开。
第二同步环22的止动面42因此与第二换档套管齿30的止动面40互补地被构造，使得共同作用的止动面40、42在转速差的情况下平面地彼此靠近。这减少了出现的表面压力，并且对变速箱10的同步单元14的使用寿命产生积极的影响。
第二同步环22的棘轮齿38在其轴向齿端部上被加工，使得在圆周方向60上分别有两个第二止动面42或者两个斜面44彼此靠近。在圆周方向60上相邻的棘轮齿38的轴向齿端部相对应地镜对称地被加工。由于因此每个接下来的棘轮齿38相同地被构造，但是也可如换档套管16、18的轴向齿端部那样精确地以滚动的方法对第二同步环22的轴向齿端部进行加工，以便以小的制造开销使第二止动面42或斜面44成形（anformen）。
在装配第二同步单元14时，通过分度（Indexierung）确保换档套管18和第二同步环22在圆周方向60上彼此对准为使得第二换档套管齿30在圆周方向60上分别被布置在第二同步环22的两个第二止动面42之间。
根据图3的离合器元件26包含包括多个离合器齿46的离合器啮合部，其中离合器齿46在其轴向齿端部上分别具有两个趋向于彼此的离合器面48，所述离合器面48朝向轴向齿端部分别构造具有离合器角的楔形的削尖部，其中离合器角是第一止动角α的双倍大。离合器角在此分别对于径向平面R5对称地被构造，该径向平面R5通过换档套管轴线A和相应的离合器齿46的齿尖S5被撑开。
离合器面48因此与第一换档套管齿28的止动面34互补地被构造，使得在同步单元12、14接合时、也就是在接通档时得到小的表面压力。在该情况下，第一换档套管齿28不仅承担止动功能（在同步环的情况下）而且承担接合功能（在离合器元件的情况下）。
根据图1至3，第一止动角α小于第二止动角β。因此，在不同存在的摩擦力矩的情况下近似地达到相同的止动可靠性。第一止动角α在此产生比第二止动角β大的开启力矩（Entsperrmoment）。与此相对应地，第一同步环20例如是根据图5的多轴同步单元的部分，所述第一同步环20的第一止动面36与换档套管轴线A分别夹有第一止动角α，而第二同步环22例如是根据图4的单轴同步单元的部分，所述第二同步环22的第二止动面42与换档套管轴线A分别夹有第二止动角β。
图4示出了变速箱10的在第二同步单元14和从动轮50的区域中的区段，其中从动轮50转动固定地与同步单元14的离合器元件26相连。在所示的实施形式中，在该实施形式中离合器元件26具有片状的形状，也称为离合器片。离合器元件26又转动固定地与单独的摩擦环52相连。在变速箱10的可替换的实施变型中，离合器元件26和/或摩擦环52当然也与从动轮50一体地或者单部地被构造。
同步单元14除了离合器元件26和摩擦环52以外还包括：同步器外壳24，该同步器外壳24转动固定地被安置在变速箱10的（未示出的）轴上；换档套管18，该换档套管18相对于同步器外壳24转动固定地但是轴向移位地被布置；用于将同步器外壳24通过摩擦连接与变速箱10的从动轮50耦合的第二同步环22；以及预同步单元54，该预同步单元54嵌接在换档套管18上并且在换档套管18轴向移位时给同步环22进行轴向加载，以便达到预同步。
这样的具有惯性式同步的变速箱10的（例如根据博格华纳系统（System Borg-Warner））运行方式从现有技术中公知，使得在下面仅简短地对其深入研究。在惯性式同步的情况下，设置有具有止动啮合部的同步环20、22，其中止动啮合部在同步器外壳24和从动轮50之间的转速同步之前阻止转动固定地与同步器外壳24相连的换档套管16、18到离合器元件26的离合器啮合部上的轴向移位。同步器外壳24通过换档套管16、18与离合器元件26或从动轮50的转动固定的耦合因此可在适配转速之后才实现。
尤其是在小的转速差的情况下，例如在换档到高速档的情况下，通常采用根据图4的单轴同步单元，因为该单轴同步单元在结构上更简单地被构造。
而如果出现大的转速差，例如在换档到低速档时，常常采用根据图5的多轴同步单元，因为可利用由于其较大的可支配的摩擦力矩实现更快的转速适配。在图5中示例性地示出三轴同步单元，其中与根据图4的单轴同步单元相比仅仅设置两个附加的摩擦环56、58，以便构造两个附加的摩擦面配对，使得在转速同步期间总共三个摩擦面配对起作用。在此，摩擦环56转动固定地与同步器外壳24相连，而摩擦环58转动固定地与离合器元件26相连。但是，同步单元12、14的上面描述的原理性运行方式是相同的。
特别优选地，不仅两个换档套管16、18的内部啮合部、而且两个换档套管16、18总体上相同地被实施。如果在变速箱10中被采用的换档套管16、18可被制造为相同部分，则变速箱10的制造花费和装配花费明显减小。
图6示出了变速箱10的换档套管16、18的透视图。在此明显的是，换档套管16、18的内部啮合部关于换档套管16、18的轴向中间平面对称地被构造，使得换档套管16、18可被配属给两个同步单元。
换档套管16、18的内部啮合部此外还具有偶数数目的在圆周方向60上均匀分布的换档套管齿28、30。此外，换档套管16、18的内部啮合部还在圆周方向60上交替地具有第一和第二换档套管齿28、30。
通过该换档套管结构，可以以滚动的方法执行对换档套管齿28、30在其轴向齿端部上的加工，这又减小了换档套管16、18的制造花费。
为了确保第一换档套管16唯一地通过第一止动面34、36与第一同步环20共同作用，而第二换档套管18唯一地通过第二止动面40、42与第二换档套管18共同作用，在本实施例中，第一换档套管齿28的轴向尺寸l1大于第二换档套管齿30的轴向尺寸l2。这在图2中示例性地针对第二换档套管18的第一换档套管齿28和第二换档套管齿30被绘制。

Claims (15)

1.一种用于汽车的变速箱，其具有
第一换档套管(16)和第二换档套管(18)，所述第一换档套管(16)和第二换档套管(18)分别具有包括多个换档套管齿(28，30)的内部啮合部，所述多个换档套管齿(28，30)关于换档套管轴线(A)在轴向方向上延伸，
第一同步环(20)，所述第一同步环(20)具有包括多个棘轮齿(32)的止动啮合部并且能与第一换档套管(16)的内部啮合部通过彼此配属的第一止动面(34，36)共同作用，以及
第二同步环(22)，所述第二同步环(22)具有包括多个棘轮齿(38)的止动啮合部，并且能与第二换档套管(18)的内部啮合部通过彼此配属的第二止动面(40，42)共同作用，
其中两个换档套管(16，18)的内部啮合部相同地被实施，并且分别包括第一换档套管齿(28)以及第二换档套管齿(30)，所述第一换档套管齿(28)在其轴向齿端部上具有第一止动面(34)，所述第二换档套管齿(30)在其轴向齿端部上具有第二止动面(40)，以及
其中换档套管轴线(A)与每个第一止动面(34，36)夹有第一止动角(α)，并且与每个第二止动面(40，42)夹有在数值上不同于第一止动角(α)的第二止动角(β)。
2.根据权利要求1所述的变速箱，其特征在于，每个换档套管齿(28，30)在至少一个轴向齿端部上具有两个趋向于彼此的止动面(34，40)，其中止动面(34，40)分别位于趋向于换档套管轴线(A)的平面(E1，E2，E3，E4)中。
3.根据权利要求1或2所述的变速箱，其特征在于，第一换档套管齿(28)在至少一个轴向齿端部上分别具有两个趋向于彼此的第一止动面(34)，所述第一换档套管齿(28)的第一止动面(34)朝向轴向齿端部构造楔形的削尖部，其中所述削尖部的楔角是第一止动角(α)的双倍大。
4.根据权利要求1所述的变速箱，其特征在于，第二换档套管齿(30)在至少一个轴向齿端部上分别具有两个趋向于彼此的第二止动面(40)，所述第二换档套管齿(30)的第二止动面(40)朝向轴向齿端部构造楔形的削尖部，其中所述削尖部的楔角是第二止动角(β)的双倍大。
5.根据权利要求1所述的变速箱，其特征在于，第一同步环(20)的每个棘轮齿(32)在轴向齿端部上具有两个趋向于彼此的第一止动面(36)，所述第一同步环(20)的每个棘轮齿(32)的第一止动面(36)朝向轴向齿端部构造楔形的削尖部，其中所述削尖部的楔角是第一止动角(α)的双倍大。
6.根据权利要求1所述的变速箱，其特征在于，第二同步环(22)的每个棘轮齿(38)在轴向齿端部上具有第二止动面(42)和趋向于第二止动面(42)的斜面(44)，其中所述第二同步环(22)的每个棘轮齿(38)的第二止动面(42)和斜面(44)朝向轴向齿端部构造楔形的削尖部。
7.根据权利要求6所述的变速箱，其特征在于，削尖部的楔角与径向平面(R4)不对称地被对准，该径向平面(R4)通过换档套管轴线(A)和相应的棘轮齿(38)的齿尖(S4)被撑开。
8.根据权利要求1所述的变速箱，其特征在于，第一止动角(α)小于第二止动角(β)。
9.根据权利要求8所述的变速箱，其特征在于，第一换档套管齿(28)的轴向尺寸(l1)大于第二换档套管齿(30)的轴向尺寸(l2)。
10.根据权利要求1所述的变速箱，其特征在于，第一同步环(20)是变速箱(10)的多轴同步单元的部分，而第二同步环(22)是变速箱(10)的单轴同步单元的部分。
11.根据权利要求1所述的变速箱，其特征在于，每个换档套管(16，18)的内部啮合部关于换档套管(16，18)的轴向中间平面对称地被构造。
12.根据权利要求1所述的变速箱，其特征在于，每个换档套管(16，18)的内部啮合部具有偶数数目的均匀分布在圆周上的换档套管齿(28，30)。
13.根据权利要求1所述的变速箱，其特征在于，每个换档套管(16，18)的内部啮合部在圆周方向(60)上交替地具有第一和第二换档套管齿(28，30)。
14.根据权利要求1所述的变速箱，其特征在于，第一换档套管(16)和第二换档套管(18)结构相同。
15.根据权利要求1所述的变速箱，其特征在于，设置有具有包括多个离合器齿(46)的离合器啮合部的离合器元件(26)，其中离合器齿(46)在其轴向齿端部上分别具有两个趋向于彼此的离合器面(48)，所述离合器面(48)朝向轴向齿端部分别构造具有离合器角的楔形的削尖部，其中离合器角是第一止动角(α)的双倍大。
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