CN105987088A - 具有非对称阻挡器齿和套筒齿的同步器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了具有非对称阻挡器齿和套筒齿的同步器。提供了一种用于机动车辆的变速器的同步器。同步器包括套筒和阻挡器环。套筒包括套筒花键齿和前置的套筒花键齿。阻挡器环包括阻挡器花键齿。套筒花键齿和阻挡器花键齿每一个是非对称的并且具有钝的尖端、第一带角度侧面和第二带角度侧面。第一和第二带角度侧面具有相对于齿的纵向轴线的不同角度关系。

Description

具有非对称阻挡器齿和套筒齿的同步器
与相关申请的交叉引用
这个申请要求享有2015年3月17日提交的美国临时申请No.62/134,257的优先权。上述申请的公开内容通过引用并入本文中。
技术领域
当前公开涉及一种用于变速器的具有非对称阻挡器齿和套筒齿的同步器，并且更具体地涉及一种同步器，其具有非对称的小角度（shallow angle）阻挡器和套筒齿,带有前置的套筒齿轮转位齿（indexing teeth）。
背景技术
在这个部分中的陈述仅仅提供关于当前公开的背景信息并且可以构成现有技术或可以不构成现有技术。
同步器或者爪形离合器用在自动和手动变速器中，以在两个部件接合之前同步这两个部件的速度。通常而言，同步器包括套筒和阻挡器环。套筒具有一组齿并且旋转地固定至第一部件并且沿着旋转轴线纵向地可平移以接合位于第二部件上的一组齿。套筒朝向第二部件方向的纵向移动初始地使得阻挡器环的截头圆锥表面在齿接合之前接合在第二部件上的匹配的截头圆锥表面。这两个表面的接合是抓紧动作，其使得第二部件与阻挡器环和套筒以及因此第一部件速度同步。在这个速度同步期间，阻挡器环用作扭矩传输构件，其阻止套筒齿与阻挡器环中的沟槽或凹槽对准。一旦发生同步，阻挡器环上的摩擦被减经，并且阻挡器环是自由的以相对于套筒轻微旋转。套筒齿随后接合阻挡器环齿，因此旋转阻挡器环并且使得沟槽或凹槽与套筒齿对准。当套筒继续纵向移动时，套筒齿穿过沟槽或凹槽并且与第二部件上的齿接合并转位与该齿对准。在套筒的全接合或全停止处，第一部件、同步器和第二部件全部一起旋转。
然而，当套筒在同步之后但是在齿轮转位（indexing）之前推过越过阻挡器环时，阻挡器环上的阻力能够增加作用在阻挡器环上的旋转扭矩。因此，当套筒齿接合阻挡器环齿以移动越过阻挡器环时，作用在阻挡器环上的任何增加的旋转扭矩增加了将套筒推动越过阻挡器环所需的轴向力或者阻挡器释放负荷。
通常，在套筒、阻挡器环上和在第二部件上的齿包括倾斜表面，其在接合期间协作以防止无意中的脱离并且减小转位负荷和阻挡器释放负荷。通常，在套筒和阻挡器环上的齿已经定形为具有45度角。尽管这些设计对于磨损是坚固耐用的，但中它们导致相对高的阻挡器释放负荷。一种解决方案是相对于齿的纵向轴线简单地减小表面角度，因此减小了阻挡器释放负荷。然而，这导致对于磨损是不坚固耐用的具有相对小截面的狭窄齿。因此，在本领域中需要提供一种同步器，其对于磨损坚固耐用，减小阻挡器释放负荷，改进冷变档品质，克服粘着的同步器，减小变速器阻力损耗，并且协调升档和降档。
发明内容
提供了一种用于机动车辆的变速器的同步器。同步器包括套筒和阻挡器环。套筒具有套筒花键齿和前置的套筒花键齿，套筒花键齿每一个具有套筒齿尖端和从套筒齿尖端延伸的第一和第二套筒齿侧面，其中，第一套筒齿侧面相对于套筒齿尖端以第一角度形成角度，以及第二套筒齿侧面相对于套筒齿尖端以第二角度形成角度。阻挡器环具有配置成与套筒花键齿接合的阻挡器花键齿。
在一个方面中，第一角度不同于第二角度。
在另一方面中，阻挡器花键齿的每一个具有阻挡器齿尖端以及从阻挡器齿尖端延伸的第一和第二阻挡器齿侧面，以及其中，第一阻挡器齿侧面相对于阻挡器齿尖端以第一角度形成角度，并且第二阻挡器齿侧面相对于阻挡器齿尖端以第二角度形成角度。
在另一方面中，阻挡器花键齿和套筒花键齿每一个具有纵向轴线并且关于纵向轴线是非对称的。
在另一方面中，套筒齿尖端的每一个是钝的。
在另一方面中，阻挡器齿尖端的每一个是钝的。
在另一方面中，套筒围绕旋转轴线而旋转，并且前置的套筒花键齿沿着旋转轴线延伸远于套筒花键齿。
在另一方面中，第一角度近似等于40度并且第二角度近似等于50度。
在另一方面中，第一角度近似等于55度并且第二角度近似等于50度。
在另一方面中，当套筒轴向地移动以接合阻挡器环时，第二套筒齿侧面接触第二阻挡器齿侧面。
方案1.一种用于机动车辆的变速器的同步器，所述同步器包括：
套筒，具有套筒花键齿和前置的套筒花键齿，所述套筒花键齿每一个具有套筒齿尖端以及从所述套筒齿尖端延伸的第一和第二套筒齿侧面，其中，所述第一套筒齿侧面相对于所述套筒齿尖端以第一角度形成角度，以及所述第二套筒齿侧面相对于所述套筒齿尖端以第二角度形成角度；以及
阻挡器环，具有配置成与所述套筒花键齿接合的阻挡器花键齿。
方案2.根据权利要求1所述的同步器，其中，所述第一角度不同于所述第二角度。
方案3．根据权利要求1所述的同步器，其中，所述阻挡器花键齿的每一个具有阻挡器齿尖端以及从所述阻挡器齿尖端延伸的第一和第二阻挡器齿侧面，以及其中，所述第一阻挡器齿侧面相对于所述阻挡器齿尖端以第一角度形成角度，并且所述第二阻挡器齿侧面相对于所述阻挡器齿尖端以第二角度形成角度。
方案4．根据权利要求1所述的同步器，其中，所述阻挡器花键齿和所述套筒花键齿每一个具有纵向轴线并且关于所述纵向轴线是非对称的。
方案5．根据权利要求1所述的同步器，其中，所述套筒齿尖端的每一个是钝的。
方案6．根据权利要求1所述的同步器，其中，所述阻挡器齿尖端的每一个是钝的。
方案7．根据权利要求1所述的同步器，其中，所述套筒围绕旋转轴线旋转，以及所述前置的套筒花键齿沿着所述旋转轴线比所述套筒花键齿延伸更远。
方案8．根据权利要求1所述的同步器，其中，所述第一角度近似等于40度并且所述第二角度近似等于50度。
方案9．根据权利要求1所述的同步器，其中，所述第一角度近似等于55度并且所述第二角度近似等于50度。
方案10．根据权利要求1所述的同步器，其中，当所述套筒轴向地移动以接合所述阻挡器环时，所述第二套筒齿侧面接触所述第二阻挡器齿侧面。
方案11．一种用于机动车辆的组件，包括：
轴，限定了轴线；
齿轮，与所述轴线同心；
套筒，连接用于与所述轴共同旋转并且沿着所述轴线可平移，所述套筒具有套筒花键齿和前置的套筒花键齿，其中，所述套筒花键齿每一个沿着每个套筒花键齿的纵向线是非对称的；以及
阻挡器环，布置在所述齿轮与所述套筒之间，所述阻挡器环具有配置成与所述套筒花键齿接合的阻挡器花键齿，其中，所述阻挡器花键齿每一个沿着每个阻挡器花键齿的纵向线是非对称的，
其中，当所述套筒在阻挡位置中时，所述套筒花键齿接合所述阻挡器花键齿，以及当在已同步位置中时，所述套筒花键齿接合所述齿轮花键齿。
方案12．根据权利要求11所述的组件，其中，在预同步阶段期间，所述套筒沿所述齿轮的方向的纵向移动使得所述阻挡器环朝向所述齿轮上的圆锥表面移动，并且在所述阻挡器环上的截头圆锥表面接合所述齿轮的圆锥表面，其使所述阻挡器环转位。
方案13．根据权利要求11所述的组件，其中，所述套筒花键齿每一个具有套筒齿尖端以及从所述套筒齿尖端延伸的第一和第二套筒齿侧面，其中，所述第一套筒齿侧面相对于所述套筒齿尖端以第一角度形成角度，以及所述第二套筒齿侧面相对于所述套筒齿尖端以第二角度形成角度。
方案14．根据权利要求13所述的组件，其中，所述阻挡器花键齿的每一个具有阻挡器齿尖端以及从所述阻挡器齿尖端延伸的第一和第二阻挡器齿侧面，以及其中，所述第一阻挡器齿侧面相对于所述阻挡器齿尖端以第一角度形成角度，并且所述第二阻挡器齿侧面相对于所述阻挡器齿尖端以第二角度形成角度。
方案15．根据权利要求14所述的组件，其中，所述第一角度不同于所述第二角度。
方案16．根据权利要求11所述的组件，进一步包括花键连接至所述轴的轴毂，连接至所述轴毂并且花键连接至所述套筒的支柱，以及将所述套筒偏置至中立位置的转位特征。
方案17．一种用于机动车辆的变速器的同步器，所述同步器包括：
套筒，具有套筒花键齿和前置的套筒花键齿，所述套筒花键齿每一个具有套筒齿尖端以及从所述套筒齿尖端延伸的第一和第二套筒齿侧面，其中，所述第一套筒齿侧面相对于所述套筒齿尖端以第一角度形成角度，以及所述第二套筒齿侧面相对于所述套筒齿尖端以第二角度形成角度；以及
阻挡器环，具有配置成与所述套筒花键齿接合的阻挡器花键齿，所述阻挡器花键齿的每一个具有阻挡器齿尖端以及从所述阻挡器齿尖端延伸的第一和第二阻挡器齿侧面，以及其中，所述第一阻挡器齿侧面相对于所述阻挡器齿尖端以所述第一角度形成角度并且所述第二阻挡器齿侧面相对于所述阻挡器齿尖端以所述第二角度形成角度，
其中，所述第一角度不同于所述第二角度。
方案18．根据权利要求17所述的同步器，其中，所述套筒齿尖端的每一个是平坦的并且垂直于每个齿的纵向轴线，以及所述阻挡器齿尖端的每一个是平坦的并且垂直于每个齿的纵向轴线。
方案19．根据权利要求18所述的同步器，其中，所述套筒围绕旋转轴线旋转，以及所述前置的套筒花键齿沿着所述旋转轴线比所述套筒花键齿延伸更远。
方案20．根据权利要求19所述的同步器，其中，所述前置的花键齿的每一个具有第一发散表面，在顶点处连接至第二发散表面，以及所述第一发散表面相对于所述前置的花键齿的纵向轴线以第三角度形成角度，所述第二发散表面相对于所述前置的花键齿的纵向轴线以第四角度形成角度，以及其中，所述第三角度不等于所述第四角度。
其他方面、优点和可应用性领域从本文所提供的描述将变得明显。应该理解的是说明书和具体示例旨在仅用于示意说明的目的，而没有意图限制当前公开的范围。
附图说明
在这里所描述的附图仅用于示意说明的目的，并且没有意图以任何方式限制当前公开的范围。
图1是根据当前发明的原理的同步器的截面图；
图2是图1中所示的沿箭头2-2方向截取的截面；
图3是同步器的一部分的放大截面图；
图4是在中立位置中同步器的平面、截面合成图；
图5是在预同步位置中同步器的平面、截面合成图；
图6是在同步位置中同步器的平面、截面合成图；
图7是在已同步、阻挡器环释放位置中同步器的平面、截面合成图；
图8是在齿轮转位位置中同步器的平面、截面合成图；以及
图9是在全接合位置中同步器的平面、截面合成图。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的并且没有意图限制当前公开、应用或用途。
参照图1，示出了同步器并且总地由附图标记10标注。同步器10优选地用在机动车辆（未示出）的手动或自动变速器中。同步器10被示出与变速器的第一部件例如轴12操作性接合，以及与变速器的第二部件例如齿轮14操作性接合。应该知晓的是，第一和第二部件可以是其他构件，诸如齿轮或轴或固定构件的组合而并未脱离当前发明的范围。轴12围绕旋转轴线16旋转并且包括花键部分18。齿轮14与轴12同心地布置并且围绕旋转轴线16旋转。齿轮14包括外部齿轮齿20和齿轮花键齿22。
配置同步器10以将轴12的速度与齿轮14的速度同步，或者反之亦然。同步器10通常包括环形套筒24和阻挡器环26。套筒24与轴12同心并且围绕旋转轴线16旋转。轴毂28将套筒24旋转地联接至轴12。轴毂28包括内部花键30，其与轴12的花键部分18啮合以连接支柱28用于与轴12共同旋转。轴毂28进一步包括外部花键32，其与套筒24上的内部花键34配合。支柱29连接至套筒24和轴毂28，并且配置成在套筒24接触阻挡器环26之前将阻挡器环26转位。套筒24是花键配合的用于与轴毂28共同旋转，但是配置成通过接合套筒24的凹陷或沟槽36的换档叉（未示出）的致动相对于轴12和支柱29选择性地轴向可移动，即沿着旋转轴线16纵向地可平移。同样地，支柱29能够相对于轴12轴向移动。偏置元件38围绕支柱29在外围上间隔开并且被偏置进入套筒24的定位槽40中。偏置元件38可以具有各种配置，诸如球和弹簧，并未脱离当前发明的范围。偏置元件38和定位槽40协作以建立套筒24和同步器10的中立位置。换档叉联接至轴向可平移的换档连杆机构（未示出），其可以由车辆操作员克服偏置元件38的偏置平移离开中立位置至接合位置。套筒24包括套筒花键齿42，其被配置成当套筒24在接合位置中时与齿轮14的齿轮花键齿22配合，其在下面将被更详细地描述。
阻挡器环26在轴向上布置在套筒24和齿轮14之间。阻挡器环26包括沿着阻挡器环26的外围形成的阻挡器环齿44。阻挡器环26也包括截头圆锥表面46，其被配置成摩擦地接合形成在齿轮14上的截头圆锥表面48。这些表面46和48的摩擦抓紧接合发生在套筒24朝向齿轮14横向移动期间，其在下面将被更详细地描述。
现在转向图2，示出了套筒花键齿42的示例性一个和阻挡器花键齿44的示例性一个。套筒花键齿42包括平坦的尖端表面50，其过渡至第一前端发散表面或第一套筒齿侧面52、以及第二前端发散表面或第二套筒齿侧面54。平坦的尖端表面50垂直于套筒花键齿42的纵向轴线56。第一发散表面52相对于平坦尖端表面50以第一角度θ1形成角度。第二发散表面54相对于平坦尖端表面50以第二角度θ2形成角度。为了产生围绕纵向轴线56的非对称轮廓并且允许升档和降档定制，θ1不等于θ2。在一个示例中，θ1等于40度，而θ2等于50度。在另一示例中，θ1等于55度，并且θ2等于50度。第一发散表面52过渡至第一收敛表面58，并且第二发散表面54过渡至第二收敛表面60。收敛表面58、60与各自套筒花键齿42的纵向轴向56具有非对称的角度关系。形成在齿轮花键齿22上的一对收敛表面62和64（参见图3）与表面58和60具有相同的角度关系。当完全接合时，这些表面58、60和62、64摩擦地对抗套筒花键齿42从齿轮花键齿22的分离。第一收敛表面58过渡至第一后端发散表面66，并且第二收敛表面60过渡至第二后端发散表面68。
阻挡器花键齿44包括平坦尖端表面70，其过渡至第一前端发散表面或第一阻挡器齿侧面72，以及第二前端发散表面或第二阻挡器齿侧面74。平坦尖端表面70垂直于阻挡器花键齿44的纵向轴线76。第一发散表面72相对于平坦尖端表面70以第一角度θ1形成角度。第二发散表面74相对于平坦尖端表面70以第二角度θ2形成角度。因此，阻挡器花键齿44的第一发散表面72与套筒花键齿42的第一发散表面52互补，并且阻挡器花键齿44的第二发散表面74与套筒花键齿42的第二发散表面54互补。
关于图3，套筒24也包括一组前置的套筒花键齿78，示出了其中一个。前置的套筒花键齿78轴向地延伸越过套筒花键齿42，即前置越过套筒花键齿42（最佳地在图4中可见）。前置的套筒花键齿78没有接合阻挡器花键齿44，但是相反地用于将套筒花键齿42转位（index）与齿轮花键齿22对准。前置的套筒花键齿78具有顶点80，过渡至第一前端发散表面82和第二前端发散表面84。第一发散表面82相对于垂直于前置的套筒花键齿78的纵向轴线86的假想线以第一角度φ1形成角度。第二发散表面84相对于该假想线以第二角度φ2形成角度。为了产生围绕纵轴线86的非对称轮廓，φ1不等于φ2。在一个示例中，φ1等于25度而φ2等于60度。形成在齿轮花键齿22上的一对发散表面88和90（参见图4）具有与表面82和84相同的角度关系。第一发散表面82过渡至第一收敛表面92，并且第二发散表面84过渡至第二收敛表面94。收敛表面92、94具有关于纵向轴线86的非对称角度关系，分别与套筒花键齿42和齿轮花键齿22的表面58、60和62、64的角度关系匹配。
现在将描述在降档中同步器10的操作。在图4中，同步器10示出在中立位置，其中阻挡器环26没有与齿轮14接合，并且套筒花键齿42没有延伸穿过阻挡器花键齿44之间的间隙96。同样地，前置的套筒花键齿78没有延伸穿过形成在阻挡器环26的外围中的沟槽或间隙98。
套筒24沿齿轮14的方向的纵向移动将支柱29沿阻挡器26的方向移动。这产生了阻挡器26朝向齿轮14的圆锥表面的轴向移动。阻挡器环26的截头圆锥表面46接合齿轮14的截头圆锥表面48，其在预同步阶段期间使阻挡器26转位，如图5中所示。这两个表面46、48的接合是抓紧动作，其导致齿轮14与轴12速度同步。直至发生速度同步，阻挡器环26用作扭矩传输构件，其阻止套筒花键齿42与阻挡器花键齿44之间的间隙96对准。
图6示出了在齿轮14和套筒24正同步的阻挡状态中的同步器10。套筒花键齿42的前端发散表面52、54与阻挡器花键齿44的发散表面72、74协作以使得阻挡器花键齿44与套筒花键齿42之间的空间对准。
图7示出了处于已同步状态中的同步器10，阻挡器环26释放。在已同步状态中，齿轮14的旋转速度已经与轴12匹配。当获得了速度同步时，阻挡器环26断开任何扭矩传输并且有效地断开在截头圆锥表面46、48之间的抓紧动作，并且因此是自由的以相对于套筒24轻微旋转。然而，在阻挡器环26上的阻力可以增加作用在阻挡器花键齿44上以及因此在套筒花键齿42上的旋转扭矩。优化第二前端发散表面54的角度θ2以当阻力产生旋转扭矩时减小移动套筒24越过阻挡器环26所需的轴向力。第一前端发散表面52的角度θ1确保了套筒花键齿42具有足够的截面面积以防止磨损。同样地，钝的平坦尖端表面50是抗磨损的。
当套筒24继续朝向齿轮14纵向地移动时，套筒花键齿42移动穿过间隙96，并且前置的套筒花键齿78接合齿轮花键齿22，如图8中所示。前置的套筒花键齿78相对于齿轮14转位套筒24。
图9示出了在完全接合状态中的同步器10。在接合状态中，套筒24停止纵向移动，并且套筒花键齿42利用在齿16之间的表面与齿轮花键齿22啮合接合。
减小在同步器10上阻挡器释放负荷改进了机动车辆的换档质量。此外，在升档期间，套筒花键齿42的第一发散表面52接合阻挡器花键齿44的第一发散表面72。因此，由于阻挡器花键齿44和套筒花键齿42的非对称设计，优化了θ1以减小升档阻挡器释放负荷。因此对于降档和升档均优化了同步器10。
本发明的说明书本质上仅是示例性的并且没有脱离本发明要旨的变体旨在落入本发明的范围内。这些变体不要视作脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于机动车辆的变速器的同步器，所述同步器包括：
套筒，具有套筒花键齿和前置的套筒花键齿，所述套筒花键齿每一个具有套筒齿尖端以及从所述套筒齿尖端延伸的第一和第二套筒齿侧面，其中，所述第一套筒齿侧面相对于所述套筒齿尖端以第一角度形成角度，以及所述第二套筒齿侧面相对于所述套筒齿尖端以第二角度形成角度；以及
阻挡器环，具有配置成与所述套筒花键齿接合的阻挡器花键齿。
2.根据权利要求1所述的同步器，其中，所述第一角度不同于所述第二角度。
3.根据权利要求1所述的同步器，其中，所述阻挡器花键齿的每一个具有阻挡器齿尖端以及从所述阻挡器齿尖端延伸的第一和第二阻挡器齿侧面，以及其中，所述第一阻挡器齿侧面相对于所述阻挡器齿尖端以第一角度形成角度，并且所述第二阻挡器齿侧面相对于所述阻挡器齿尖端以第二角度形成角度。
4.根据权利要求1所述的同步器，其中，所述阻挡器花键齿和所述套筒花键齿每一个具有纵向轴线并且关于所述纵向轴线是非对称的。
5.根据权利要求1所述的同步器，其中，所述套筒齿尖端的每一个是钝的。
6.根据权利要求1所述的同步器，其中，所述阻挡器齿尖端的每一个是钝的。
7.根据权利要求1所述的同步器，其中，所述套筒围绕旋转轴线旋转，以及所述前置的套筒花键齿沿着所述旋转轴线比所述套筒花键齿延伸更远。
8.根据权利要求1所述的同步器，其中，所述第一角度近似等于40度并且所述第二角度近似等于50度。
9.根据权利要求1所述的同步器，其中，所述第一角度近似等于55度并且所述第二角度近似等于50度。
10.根据权利要求1所述的同步器，其中，当所述套筒轴向地移动以接合所述阻挡器环时，所述第二套筒齿侧面接触所述第二阻挡器齿侧面。
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