CN105317874A - 用于传动机构的同步环和同步单元 - Google Patents

Abstract

一种用于传动机构的同步单元(10)的同步环，具有：带有闭锁齿部(24)的阻止环(22)，以及分开的、在旋转时扩张的锥形环(26)，其与阻止环(22)同轴地且径向在阻止环(22)内地被布置以及抗扭地与阻止环(22)耦接。锥形环(26)在径向内圆周侧处具有带有第一锥角(α1)的被构建成摩擦面的第一锥形面(28)，且在径向外圆周侧处具有带有大于第一锥角(α1)的第二锥角(α2)的第二锥形面(30)。在同步单元(10)中的组装状态下，在同步环(20)的中间位置上，第一锥形面(28)邻接从动轮(16,18)处的摩擦面(46)，而第二锥形面(30)邻接阻止环(22)处的对应锥形面(32)。在锥形环(26)的径向外圆周侧处在锥形环(26)的第一轴向端部处设置至少一个第一引导面(38)，其在同步环(20)的中间位置上倚靠阻止环(22)处的第一对应面(40)，其中，第一引导面(38)和第一对应面(40)被构建成，使得其在中间位置上位于具有基本相同曲率的想象的圆柱面上，且第二锥形面(30)与对应锥形面(32)间隔。

Description

用于传动机构的同步环和同步单元

技术领域

本发明涉及一种用于传动机构的同步环以及同步单元。

背景技术

在传动机构中的换挡过程中，抗扭地支承在轴上的同步器外壳，通过接合套与作为活动齿轮被布置在轴上的从动轮连接。为同步换挡过程，根据广泛推广的博格华纳原理(BorgWarner-Prinzip)构建同步单元，使得同步环设置有闭锁齿部，且在切线方向上受限移动地被固定在同步器外壳上。当通过接合套将轴向换挡作用力施加到同步环上时，其挤压抵靠与从动轮耦接的摩擦面，从而使得同步器外壳和从动轮的转速相适应。通过在切线方向上作用的摩擦作用力，在预同步时，同步环相对于同步器外壳旋转，使得同步环的齿部首先阻止接合套进一步的轴向运动。通过实现同步性，同步环可在切线方向上回位，且接合套可被接合到从动轮的齿部中。

当摩擦面的锥角减小时，同步单元的摩擦扭矩升高。然而这导致不期望的自抑制效应，使得当摩擦系数μ在锥角的正切(Tangen)之下时两个摩擦面很难相互脱离。当角度在大致6-7°之内时是这种情况(取决于材料)。摩擦连接在没有外力消耗的情况不能解除，这导致降低换挡舒适性。因此通常使用更大的锥角，在更大的锥角的情况下避免了该效应。然而由此限制了同步单元的可实现的同步能力以及换挡作用力增强。

发明内容

本发明的目的在于，优化这种已知的同步单元以及提供同步环，该同步环在避免自抑制效应的情况下可实现大的摩擦扭矩。

根据本发明，该目的通过用于传动机构的同步单元的同步环，更确切的说通过由多部分构成的同步环单元实现，具有：带有闭锁齿部的阻止环；以及分开的、在旋转时扩张的锥形环，其与阻止环同轴地且径向在阻止环内地被布置，以及抗扭地与阻止环耦接。锥形环在径向内圆周侧处具有带有第一锥角的被构建成摩擦面的第一锥形面，且在径向外圆周侧处具有带有大于第一锥角的第二锥角的第二锥形面。在组装状态下，在同步环的中间位置上，第一锥形面邻接摩擦面，且第二锥形面邻接阻止环处的对应锥形面。在径向外圆周侧处在锥形环的第一轴向端部处设置至少一个第一引导面，其在组装状态下在同步环的中间位置上倚靠阻止环处的第一对应面。第一引导面和第一对应面被构建成，使得其在中间位置上以基本相同的曲率位于在想象的圆柱面上。第二锥形面在中间位置与对应锥形面间隔。

在轴向方向上未加载的状态下，即，不施加换挡作用力的情况下，同步环占据该中间位置。在此，同步环与同步器外壳一起旋转。离心力作用在多部分的锥形环上，离心力将锥形环向外施加。第二锥形面和锥形环处的以及阻止环处的对应锥形面相互间隔，使得其在该位置上不会将在轴向方向作用的力传输到锥形环上，且没有离心力作用到锥形面上，这将导致轴向移动。锥形环与阻止环之间的接触通过第一引导面和第一对应面实现。然而它们由于圆柱曲率而不产生轴向力分量，使得锥形环保持在其轴向位置上。锥形环相对于阻止环的轴向运动通过该方式可靠地被阻止。

在理想状态下，在中间位置上，第二锥形面和对应锥形面完全在其整个面上相互分开，且锥形环仅通过圆柱形面倚靠在阻止环处。然而当第二锥形面与对应锥形面分隔一定的量时是足够的，其中，在系统中所处的将锥形环在轴向方向上阻挡在阻止环处的摩擦力大于通过离心力通过对应锥形面传输到锥形环上的轴向作用力。足够的距离优选为最大零点几个毫米，当第二锥形面和对应锥形面平均仅零点零几个毫米相互间隔时也可以是足够的。在此可以的是，两个面由于表面不平度或由于两个部件的制造公差或由于取决于离心力的形变也沿着点或线接触地接触。仅可以避免第二锥形面和对应锥形面的面倚靠，其导致力产生，导致锥形环轴向运动。

通过第一引导面和第一对应面的相互倚靠，在非常短的轴向路径之后在达到中间位置之后可靠地防止锥形环相对于阻止环在轴向方向上的进一步相对移动。可舍弃用于限制锥形环相对于阻止环的运动的额外挡块，这缩短了结构长度且简化了制造。

在换挡过程期间，只要同步器外壳、同步环与从动轮之间的力传输，则第二锥形面和对应锥形面在接触位置上一起作用且相互倚靠。

在第二锥形面倚靠对应锥形面的接触位置与中间位置之间优选可有大致0.1至1.0mm、特别大致0.2mm至0.5mm的轴向路径，在其内可进行阻止环与锥形环之间的相对运动。

在此，第一引导面和第一对应面被构建成，使得在从第一引导面相对于第一对应面的接触位置优选在阻止环的从动轮侧的轴向端部的方向上轻微轴向移动时，第二锥形面脱离对应锥形面。即，非常小的轴向移动是足够的，直至第二锥形面和对应锥形面不再啮合，且锥形环和阻止环在轴向方向上仅还通过位于圆面上的引导面耦接。

第一锥角的值优选在大致2°与6°之间被选择，而第而锥角的值优选在大致6°与12°之间被选择，且可特别为大致7°-10°。在此根据本发明的设计允许，对于传输真正同步作用力的、在锥形环的径向内侧处的第一摩擦面选择小的锥角，其已经在自行制动的范围中。锥形环在同步过程结束后由于其多部分的构建通过在所处离心力的作用下的小形变在没有其他措施的情况下再次与从动轮侧的摩擦面分离。为了支持该分离行为，也为了在第二锥形面与对应锥形面之间的最小距离的情况下阻止在中间位置上可能传输轴向作用力，第二锥形面和对应锥形面优选不被构建成摩擦面。

紧凑的结构可通过下述方式实现，即，在接触位置上在第二锥形面倚靠对应锥形面时，锥形环的从动轮侧的端部相比于阻止环的从动轮侧端部而轴向回置，特别回置大致0.1至1.0mm。通过该方式给锥形环提供在轴向方向上的足够的运动间隙空间，直至到达中间位置，而不会使得锥形环超过阻止环的从动轮侧的端部进入同步环与从动轮齿部之间的通常预设的磨损备用空间。在中间位置上，在轴向方向上，阻止环和锥形环可在从动轮侧的端部处相互平齐地终止。

锥形环在径向方向上的足够运动在同时可靠的摩擦作用下可通过被分成多个分开的、在中间位置上在圆周上相互分开间隔的环段的锥形环而实现，其中，被证明有利的是提供三个环段。然而也可设想其他数量的环段甚至使用开槽的锥形环。

第一引导面构建在其上的锥形环的第一轴向端部优选是锥形环的从动轮侧的端部。在该情况下，第一引导面倚靠具有更大半径的锥形环的端部。第一对应面相应地被布置在阻止环的从动轮侧的端部处。该布置结合了下述可能性，即在锥形环处构建宽的摩擦面，具有锥形环相对于阻止环在轴向方向上的很好的移动保护部

优选地，第一引导面直接连接第二锥形面，从而可在锥形环处实现尽可能宽的摩擦面。相应地，对应锥形面可直接连接第一对应面。

优选地，第一引导面被构建成圆柱形的且基本圆周封闭，其中，在此对于分段的锥形环，通过受限于段边界的缝隙除外。第一对应面可完全圆周环绕地被构建在阻止环处。也可以将第一对应面例如构建在阻止环的多个、在圆周上分开的、径向向内突出的段处，其位于圆柱面上。

在一优选实施方式中，在锥形环的第二轴向、特别同步器外壳侧的端部处设置锥形环处的至少一个第二引导面，其在装入状态下在同步环的中间位置上邻接阻止环处的第二对应面。第二引导面和第二对应面被构建成，使得其位于具有基本相同曲率的设想的圆柱面上。在防止锥形环相对于阻止环从中间位置轴向移动时，第二引导面和第二对应面在其功能方面支持第一引导面和第一对应面相互倚靠的作用。

例如，在锥形环处构建多个在圆周上分布的带动突起部，其分别啮合到阻止环处的槽中，且锥形环通过带动突起部抗扭地与阻止环连接。通过该已知的布置可以通过简单的和低成本的方式实现锥形环与阻止环的抗扭耦接。在锥形环的三个环段的每一个处可设置两个带动突起部。

在一优选实施方式中，在所有带动突起部处分别构建第二引导面，且在相应的槽处分别构建第二对应面，使得不必为提供第二引导面和第二对应面而提供额外的结构空间。

在此优选地，切线方向上邻接带动突起部的边缘和在切线方向上邻接槽的边缘优选在不相对于轴向方向倾斜的情况下延伸，使得在锥形环和阻止环之间切向作用力作用时没有轴向作用力作用到锥形环上。

带动突起部与槽之间在切线方向上尽可能仅设置小的间隙，其可在制造公差的范围中，因为锥形环和阻止环的在切线方向上的相对运动不是必要的。

锥形环以及阻止环可被实施成由合适的金属片制成的简单冲压弯曲部件。在锥形环的径向内圆周侧处的第一摩擦面可构建成任意的传统摩擦面，例如在使用磨擦片衬面的情况下。

根据本发明，也可设置用于传动机构的同步单元，其具有带有摩擦面的从动轮以及如前所述的多部分的同步环，该同步环可旋转预设角度地与同步器外壳耦接。如上所述的，在同步环的中间位置上，锥形环相对于阻止环，特别在朝向从动轮的方向上的轴向运动被限制到非常短的路径上，直至锥形环的第一引导面倚靠阻止环处的第一对应面，且第二锥形面从对应锥形面脱离。在同步环的中间位置上，和在阻止环的其中不通过换挡作用力在轴向方向上负载的位置上，该路径特别明显小于阻止环与从动轮之间在轴向方向上的距离。

当然，可在同步器外壳的两侧上设置根据本发明的同步环。

附图说明

下文中，根据实施方式，参考附图详细描述本发明，附图中：

图1示出具有根据本发明的同步环的根据本发明的同步单元的示意性分解视图；

图2和3分别示出从其从动轮侧以及其同步器外壳侧观察的根据本发明的同步环的示意性分解视图；

图4示出根据本发明的同步环在锥形环的带动突起部之间在锥形环和阻止环的接触位置上的示意性剖视图；

图5示出根据本发明的同步环在锥形环的带动突起部的高度上在锥形环和阻止环的接触位置上的示意性剖视图；

图6示出图4和5中的同步环在带动突起部的高度上在同步环的中间位置上的示意性剖视图；

图7示出图1中的根据本发明的同步单元在同步器外壳的压力块的高度上的示意性剖视图；以及

图8示出图1中的根据本发明的同步单元在同步器外壳的压力块旁边的示意性剖视图。

具体实施方式

图1示出同步单元10，具有同步器外壳12，其抗扭地被布置在未示出的、在轴向方向A上延伸的轴。在轴向方向A上运动的接合套14通过内齿部啮合到同步器外壳12的外齿部中，且可与第一从动轮16的外齿部或与第二从动轮18的外齿部啮合(在图1中由从动轮16,18仅示出承载换挡齿部的各接合体)。

在同步器外壳12处通过已知的方式在圆周上布置分布的多个压力块19，其在径向和轴向方向可通过接合套14的运动而偏转。

下文中进一步描述同步单元10的属于从动轮16的部分，然而其构建成与属于从动轮18的部分相同。

同步环20在轴向方向A上在同步器外壳12与从动轮16之间。

在该示例中，同步环20由阻止环22和锥形环26构成，其中阻止环设置有已知的、位于径向外部的闭锁齿部24，锥形环被径向布置在阻止环22内。

锥形环26被设计成多部分的，其在此由三个分开的、在切线方向U上相互分开的环段26a,b,c。

锥形环26在锥形环26的径向内圆周侧处具有第一锥形面28。第一锥形面28被构建成摩擦面，在此通过放置已知的磨擦片衬面。

此外，锥形环26在径向外圆周侧处具有第二锥形面30。

第一锥形面28与轴向方向A形成第一锥角α1，其小于第二锥形面30与轴向方向A形成的第二锥角α2。在此所示的示例中，第一锥角α1大致在2°与6°之间。相反地，第二锥角α2被选择成更大的，且在此大致在6°与12°之间，且优选在7°与10°之间。

阻止环22在径向内圆周侧处具有对应锥形面32，其邻接锥形环26的第二锥形面30，且其在此具有与第二锥形面30相同的倾斜角。这特别可在图4和5中看到。为了改进脱离行为，也可设想小的角度差。

阻止环22被构建成圆周封闭的。

锥形环26在切线方向上抗扭地与阻止环22耦接。在此，该耦接通过多个、在轴向方向A上从锥形环26突出的带动突起部34实现，其分别啮合到被置于阻止环22的从动轮侧的轴向端部处的径向槽36中。

在该示例中，在切线方向U上邻接带动突起部34以及邻接槽36的边缘分别平行于轴向方向A延伸地在相对于轴向方向A不倾斜的情况被构建，且垂直于切线方向U和沿着径向方向r延伸。

在锥形环26的第一轴向端部处，在此在从动轮侧的端部处，构建第一引导面38(参见图2)，其位于(想象的)圆柱面上。第一引导面38在切线方向U上在整个锥形环26上延伸，其中，其仅通过环段26a-c之间的缝隙被中断。引导面例如具有轴向长度，其大致对应阻止环22与从动轮16之间的空隙。在此所示的示例中，第一引导面38的轴向长度被选择成带动突起部34外的整个锥形环26的轴向长度的大约25％。当然也可设想其他尺寸。

在径向方向r上，被构建在阻止环22的径向内圆周侧处的第一对应面40与第一引导面38相对，第一对应面在此被构建成具有与第一引导面38相同的曲率的环绕的圆柱面。也可设想，第一对应面40通过阻止环22处的多个在圆周上分布的段实现。

第一引导面38直接连接锥形环26处的第二锥形面30，且第一对应面40直接连接阻止环22的对应锥形面32。

在所示实施方式中，在阻止环22处，带动突起部34的径向外侧和槽36的径向内侧分别被构建成位于(想象的)圆柱面上的面，其中，带动突起部34的径向外侧处分别设置第二引导面42，且沿着槽36的圆周面设置具有相同曲率的第二对应面44。

在图4和5中所示的接触位置上，第二锥形面30和对应锥形面32相互倚靠。例如当同步环20通过接合套14的轴向偏移且由此导致的压力块19的轴向偏移而在接合套14处在轴向方向A上被负载和移动，从而使第一、被构建成摩擦面的锥形面28接触从动轮16或18处的摩擦面46时，该接触位置被占据(参见图7和8)。

通过两个摩擦面的接触，同步环20在切线方向U上被带动，且相对于同步器外壳12翻转预设的角度。通过摩擦力，配合从动轮16或18和同步器外壳12的转速。

当实现了转速配合时，接合套14可在已知的路径上接合到从动轮齿部中。同步环20再次被回置到初始位置。

第一锥形面28的摩擦面与从动轮侧的摩擦面46的脱离在此通过阻止环22的以及若需要则锥形环26的段的轻微变形而实现，锥形环26与阻止环22之间的径向方向r上的缝隙通过所述段产生。这使得在低起动转矩的情况下第一锥形面28可与从动轮侧的摩擦面46脱离，不管锥角α1是否很小使得其在自行制动的范围中。

若同步环20在轴向方向A上未负载，例如当各关联的从动轮16,18未被接通且与接合套14连接时，则同步环20占据中间位置，在该位置上阻止锥形环26在轴向方向A上相对于阻止环22调节。

对此，设置第一引导面38和第一对应面40以及支持性地设置第二引导面42和第二对应面44。

对于在此在附图中示出的理想状态，也在接触位置上，第一和第二引导面38,42以面的方式倚靠第一和第二对应面40,44。在实际情况下，通过制造误差以及通过由于在同步单元10所处的作用力的阻止环22和锥形环26的形变限制，可能的情形是第二锥形面30和对应锥形面32以及第二引导面42和第二对应面44尽管主要以面的方式相互倚靠，然而部分地相互分隔，或仅具有线或点接触。

若无轴向作用力作用到阻止环22上，则通过在轴向方向A上倾斜的面之间的，即，第二锥形面30与对应锥形面32之间的离心力作用，由于这两个面之间的摩擦力而产生作用力，其引导用于在轴向方向A上的相对运动且特别用于在朝向从动轮16,18的方向上的锥形环26的轴向运动(在图4至6中向右)。该运动根据本发明对于小的路径d是允许的。该路径d例如在0.1至1mm之间，其中，大约0.2mm的值是期望的。

锥形环26的从动轮侧的端部相对于阻止环22的从动轮侧的轴向端部在接触位置上在朝向同步器外壳12的方向上被回置值d(参见图4)，通过该方式避免锥形环26在阻止环22的从动轮侧的轴向端部与从动轮16,18的从动轮齿部之间的被设置成磨损备用的中间空间48中移动(参见图7和8)。

图6示出在回置距离d(出于图示原因被提高)之后锥形环26的位置，。根据路径d，锥形环26轴向移动使得第二锥形面30和对应锥形面32通过缝隙50相互分隔，使得理想状态下仅具有圆柱曲率的面相互倚靠，在此为第一引导面38和第一对应面40以及第二引导面42和第二对应面44。然而，这些面的接触不产生轴向作用力，使得锥形环26保持在该轴向位置(中间位置)上。

在理想的视图中，第一引导面38和第一对应面40在其轴向延伸的大部分上在圆周上完全相互倚靠。第二引导面42和第二对应面44也在其轴向延伸的大部分上在圆周上以面的方式相互倚靠。在实际情况中，至少在引导面38,42和对应面40,44的情况下会导致，部分地在圆周上仅实现线接触。然而已指出这也足够阻止锥形环26的进一步轴向运动。

缝隙50可在零点零几个毫米至零点几个毫米的数量级中，其中可以的是，在实际情况下在圆周上看在几个位置上，第二锥形面30和对应锥形面32接触。该接触位置例如可通过表面粗糙度，通过制造误差或由于离心力的形变而导致。这是微不足道的，只要由于锥形环26与阻止环22之间的摩擦力而作用在轴向方向A上的摩擦力大于通过接触位置产生的轴向作用力，该作用力致力于在移动方向V上在朝向从动轮16,18的方向上移动锥形环26。

同步环20未负载地自动占据图6中所示的中间位置。用于阻止锥形环26的轴向移动的其他措施，例如挡块不是必须的，且在该实例中未设置。

因为在锥形环26以及阻止环22处的带动突起部34的以及槽36的圆周边缘被选择成使得其在切线方向上运动时不产生轴向作用力，所以在此也没有在轴向方向上移动锥形环26的作用力作用到锥形环26上。

若应接通各挡位，则该档位在阻止环22运动时通过接合套14在克服距离d之后自动在从动轮16,18的方向上带动锥形环26。

Claims (11)

1.一种用于传动机构的同步单元(10)的同步环，具有：带有闭锁齿部(24)的阻止环(22)；以及分开的、在旋转时扩张的锥形环(26)，其与阻止环(22)同轴地且径向在阻止环(22)内地被布置以及抗扭地与阻止环(22)耦接，

其中，锥形环(26)在径向内圆周侧处具有带有第一锥角(α1)的被构建成摩擦面的第一锥形面(28)，且在径向外圆周侧处具有带有大于第一锥角(α1)的第二锥角(α2)的第二锥形面(30)，

其中，在组装状态下，在同步环(20)的中间位置上，第一锥形面(28)邻接摩擦面(46)，且第二锥形面(30)邻接阻止环(22)处的对应锥形面(32)，以及

在径向外圆周侧处在锥形环(26)的第一轴向端部处设置至少一个第一引导面(38)，其在组装状态下在同步环(20)的中间位置上倚靠阻止环(22)处的第一对应面(40)，其中，第一引导面(38)和第一对应面(40)被构建成，使得其在中间位置上位于具有基本相同曲率的想象的圆柱面上，且第二锥形面(30)与对应锥形面(32)间隔。

2.根据权利要求1所述的同步环，其特征在于，在接触位置与中间位置之间可有大致0.1至1.0mm、特别至0.5mm的轴向路径(d)，在接触位置上第二锥形面(30)倚靠对应锥形面(32)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的同步环，其特征在于，锥形环(26)的第一轴向端部是从动轮侧的端部。

4.根据前述权利要求中任一项所述的同步环，其特征在于，在第二锥形面(30)倚靠对应锥形面(32)时，锥形环(26)的从动轮侧的端部相对于阻止环(22)的从动轮侧的端部被轴向地回置，特别回置大致0.1至0.5mm。

5.根据前述权利要求中任一项所述的同步环，其特征在于，锥形环(26)被分成多个、分开的、在中间位置上圆周上相互间隔的环段(26a-c)，特别被分成三个环段(26a-c)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的同步环，其特征在于，第一引导面(38)被构建成圆柱形的且基本圆周封闭。

7.根据前述权利要求中任一项所述的同步环，其特征在于，在锥形环(26)处构建多个在圆周上分布的带动突起部(34)，其分别啮合到阻止环(22)处的槽(36)中，且锥形环(26)通过带动突起部抗扭地与阻止环(22)连接。

8.根据前述权利要求中任一项所述的同步环，其特征在于，在锥形环(26)的第二轴向、特别是同步器外壳侧的端部处设置锥形环(26)处的至少一个第二引导面(42)，其在组装状态下在同步环(20)的中间位置上邻接阻止环(22)处的第二对应面(44)，其中，第二引导面(42)和第二对应面(44)被构建成，使得其位于具有基本相同曲率的想象的圆柱面上。

9.根据权利要求7和8所述的同步环，其特征在于，在所有带动突起部(34)处分别构建第二引导面(42)，且在相应的槽(36)处分别构建第二对应面(44)。

10.根据权利要求7至10中任一项所述的同步环，其特征在于，在切线方向(U)上邻接带动突起部(34)的边缘和在切线方向(U)上邻接槽(36)的边缘在轴向方向(A)上延伸。

11.一种用于传动机构的同步单元，具有带有摩擦面(46)的从动轮(16,18)以及根据前述权利要求中任一项所述的多部分的同步环(20)，其可旋转预定角度地与同步器外壳(12)耦接。