CN106415065B - 同步设备和同步方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于换挡变速器的同步设备，其具有：滑动套筒(112)，所述滑动套筒具有带有多个滑动套筒齿(118)的内齿部；和挡位轮的耦联体，所述耦联体具有带有多个耦联体齿(120)的外齿部，滑动套筒(112)的内齿部能够接合到所述外齿部中。设有同步单元，所述同步单元能够阻止滑动套筒(112)的轴向运动，其中耦联体齿(120)在其靠近滑动套筒齿(118)的轴向的齿端(130)处构成为不具有啮合斜面。在换挡过程中，使滑动套筒(112)的转速与耦联体的转速相一致。朝向耦联体形成滑动套筒的轴向力(F)以及产生在滑动套筒(112)和耦联体之间的转速差，使得滑动套筒齿(118)的和耦联体齿(120)的端面(136，134)沿着彼此滑动；以及最后使滑动套筒齿(118)啮合在耦联体齿(120)之间。

Description

同步设备和同步方法
技术领域
本发明涉及一种用于换挡变速器的同步设备和同步方法。
背景技术
用于换挡变速器的惯性式同步装置通常具有用于锁定滑动套筒的锁定几何结构，只要在要换挡的挡位轮的耦联体和滑动套筒之间存在转速差。为了使滑动套筒穿入耦联体的耦联齿部中，通常提出一种啮合几何结构，通常通过削尖滑动套筒齿和耦联体齿来实现所述啮合几何结构。
在现代的自动换挡变速器中，尤其在双离合变速器中致力于减少轴向的结构长度。
发明内容
因此，本发明的目的是，实现一种用于换挡变速器的同步设备，所述同步设备具有尽可能小的轴向结构长度。
根据本发明，这借助于用于换挡变速器的同步设备实现，所述同步设备具有滑动套筒，所述滑动套筒具有带有多个滑动套筒齿的内齿部，并且所述同步设备具有挡位轮的耦联体，所述耦联体具有带有多个耦联体齿的外齿部，滑动套筒的内齿部能够接合到所述外齿部中。此外，设有同步单元，所述同步单元能够阻止滑动套筒的轴向运动，其中耦联体齿在其靠近滑动套筒齿的轴向的端部处构成为不具有啮合斜面。因此，根据本发明，至少在耦联体的齿部处完全地放弃削尖部和啮合几何结构。由此节约了用于具有斜面的啮合几何结构的和用于削尖齿端的轴向的结构长度。
耦联体齿的齿端例如能够近似方形地构成。
尤其，耦联体齿的端面能够基本上扁平地且垂直于轴向方向地伸展。
可能的是，为了提高耐磨性最少将齿端的角部和棱边倒圆或斜切，然而不达到如下程度，即所述齿端具有作为啮合辅助部的常规功能。
用作啮合辅助部的、已知的啮合斜面构成为具有关于轴向方向相对小的角，以便实现将轴向的力作用尽可能好地转换为环周运动。在啮合斜面的对称的构成方案中，通常使用大约30-60°的角，相反在不对称的实施方案中也使用小于30°的角。在俯视图中，啮合斜面通常也在齿的端侧的大的部段上、通常在面积的大约30至50％上延伸。
与此相反地，根据本发明，耦联齿的端侧优选在其面积的至少60％上平坦地或必要时以相对于轴向方向大于大约60°的角略微弯曲地构成。
优选地，滑动套筒齿的齿端也尽可能扁平地构成且构成为不具有用作啮合辅助部的斜面。例如，每个滑动套筒齿的齿端能够具有端面，所述端面基本上扁平地且垂直于轴向方向地伸展。沿轴向方向观察，端面例如为滑动套筒齿的横截面的至少50％。在此情况下当然总是可能的是，将角部和棱边倒圆或略微斜切，例如为了防止磨损，然而不必设置啮合辅助部。
因此可能的是，耦联体齿以及滑动套筒齿构成为不具有啮合辅助部、尤其不具有啮合斜面和尖部。在此，滑动套筒齿和耦联体齿能够构成为爪。
原则上，滑动套筒齿的和耦联体齿的齿端能够根据爪式离合器的方式构成。爪式离合器当前不在轿车换挡变速器中使用，因为在换挡时存在的转速差引起噪音问题以及在负荷变化时引起冲击。根据本发明，该问题能够通过设置同步单元来消除，所述同步单元阻止滑动套筒的轴向运动，直至实现转速一致。
为了同步的目的，优选至少一些滑动套筒齿在齿端处在一侧上具有倾斜的锁定面，所述锁定面从端面起始。在一个优选的实施方式中，每个滑动套筒齿具有刚好一个锁定面，其中锁定面分别仅在滑动套筒齿的一侧上构成。
同步单元能够包括同步环，所述同步环具有带有同步环齿的外齿部，所述外齿部的设置方式与锁定面的设置方式相匹配。在同步时，滑动套筒齿的锁定面在滑动套筒轴向移动时碰撞到同步环齿上，所述同步环齿阻止滑动套筒的轴向的继续移动，直至达到转速一致。因此，能够通过锁定面在同步环齿的斜面上的滑动将同步环复位并且将滑动套筒啮合到耦联体中。
优选地，在相邻的滑动套筒齿处的锁定面在滑动套筒齿的不同的侧上构成。以这种方式得到如下几何结构：在所述几何结构的情况下在齿端处在每隔一个在两个滑动套筒齿之间形成的啮合通道中，形成啮合通道的齿壁基本上沿轴向方向伸展。在分别相邻的啮合通道中，滑动套筒齿的齿端的彼此相向的侧分别具有倾斜的锁定面，所述锁定面相对于彼此倾斜，并且在换挡时向上或向下与同步环齿接触。
啮合通道的宽度有利地与耦联体齿的齿端的宽度相匹配，使得所述啮合通道能够尽可能长距离无缝隙地容纳在滑动套筒齿之间。无缝隙的容纳直接在耦联体齿啮合在滑动套筒齿之间时开始。
在一个可能的实施方式中，耦联体齿的端面用作换挡运动的端部止挡件并且贴靠于在滑动套筒齿部上构成的凸肩，以便限制滑动套筒的换挡行程。
凸肩例如能够在两个滑动套筒齿的相对置的侧上构成，尤其分别在滑动套筒齿的与锁定面相对置的侧上构成。在此，凸肩沿轴向方向以期望的最大啮合行程远离滑动套筒齿的端面地安置。
优选地，所有耦联体齿分别构成为沿轴向方向同样长的。尤其，所有耦联体齿能够构成为相同的。
作为替代方案或附加方案，所有滑动套筒齿也能够构成为沿轴向方向同样长的。
在另一可能的实施方式中，一些滑动套筒齿的齿端构成为具有端面，所述端面沿轴向方向伸出位于之间的滑动套筒齿的端面。突出的齿端用作捕捉爪，所述捕捉爪简化滑动套筒的啮合。沿轴向方向突出的端面优选基本上垂直于轴向方向地定向。
根据另一可能的实施方式，耦联体齿的端面以大约80-89°的角相对于轴向方向倾斜地定向。
可行的是，同步单元能够构成为，使得在超过预定的最大力时取消对滑动套筒的轴向运动的阻止。在这种构成方案中，即使当通过同步单元实现的转速一致化还未结束时，与常规已知的同步单元相反地实现将滑动套筒以力受控的方式联接到耦联体中。在超过最大力时，同步环例如能够抵抗弹簧加载而移动，以便允许滑动套筒沿轴向方向继续移动。
本发明的目的还是借助于上文所述的同步设备优化换挡过程。
这根据本发明实现，其方式在于，滑动套筒的转速和耦联体的转速相一致；朝向耦联体形成滑动套筒的轴向力；产生在滑动套筒和耦联体之间的转速差，使得滑动套筒齿的和耦联体齿的端面沿着彼此滑动；以及使滑动套筒齿啮合在耦联体齿之间。
在齿碰撞在一起之前，在滑动套筒和耦联体之间的小的转速差例如能够通过在同步之后解锁和/或通过存在的拖曳力矩产生。
因此，首先通过同步使滑动套筒和耦联体之间的转速一致。在此，在施加轴向力时有利地直接进行啮合尝试。然而，如果滑动套筒齿的端面不位于耦联体齿的空隙上，那么通过使扁平的端面碰撞在一起来防止啮合。在此情况下，能够允许或主动地促进形成小的转速差，所述转速差引起滑动套筒齿沿着耦联体齿的相对旋转。以这种方式，在适当地定向时无问题地在没有明显的噪音形成的情况下实现将滑动套筒齿啮合到耦联体齿中。在纯爪式离合器中的换挡过程的缺点通过同步和转速一致化消除。
转速差的产生例如能够通过利用变速器的或离合器的拖曳力矩、动力传动系的松开或也能够通过特殊地、尤其主动地操纵离合器实现。轻微的转速差已经是足够的，因为所述转速差仅须引起基本上相对运动了滑动套筒齿的或耦联体齿的齿宽度，直至实现成功的啮合。
能通过控制单元监控啮合过程，所述可控制单元在啮合尝试失败时在预定的时间间隔之后安排下一啮合尝试。控制单元也能够监控和/或控制所施加的轴向力，以便例如不会由于将滑动套筒齿的和耦联体齿的端面过强地按压在一起而阻止滑动套筒和耦联体之间的相对转速的产生。
附图说明
在下文中，根据多个实施例以及参照附图详细描述本发明。在附图中示出：
图1示出换挡变速器的常规的同步设备的示意剖视图；
图2示出常规的同步设备的示意立体视图；
图3示出换挡变速器的常规的同步设备的示意侧视图；
图4至7示出在根据本发明的同步设备中的啮合过程的示意图；
图8示出图4至7中的同步设备的示意图；
图9示出在第二实施方式中的根据本发明的同步设备在完全啮合的状态中的示意图；
图10示出在第三实施方式中的根据本发明的同步设备在同步之前的示意图；
图11示出在第四实施例中的根据本发明的同步设备在同步之前的示意图；
图12示出在第五实施例中的根据本发明的同步设备在同步之前的示意图；以及
图13示出在第六实施方式中的根据本发明的同步设备在同步之前的示意图。
具体实施方式
图1至3示出换挡变速器的已知的同步设备10，所述同步设备具有沿轴向方向A可移动的滑动套筒12，所述滑动套筒与未详细示出的轴抗扭地一起旋转，以及所述同步设备具有与挡位轮14固定连接的耦联体16。挡位轮14作为空转轮安置在轴上并且与所述轴经由滑动套筒12抗扭地连接。
滑动套筒12具有带有滑动套筒齿18的内齿部，而耦联体16具有带有耦联体齿20的外齿部。
为了执行转速同步及其随后的啮合过程——其中滑动套筒齿18啮合到耦联体齿20之间的间隙中，设有同步单元，所述同步单元以已知的方式具有同步环22，所述同步环具有带有同步环齿24的外齿部。沿径向方向被弹簧加载的球体用作为预同步单元26。
已知例如根据博格华纳系统的这种同步设备10的工作方式。在滑动套筒12的轴向运动开始时，预同步单元26将力沿着轴向方向A施加到同步环22上，其中同步环22与耦联体16上的摩擦面接触进而在同步环22具有转速差的情况下沿环周方向移动。由此，同步环22的和滑动套筒12的锁定齿沿环周方向相对于彼此定位，从而所述齿被锁定用于转速的随后发生的一致化。在同步过程中使转速一致化期间，同步齿24阻止滑动套筒12，使得防止滑动套筒齿18啮合在耦联体齿20之间。在转速一致时，同步环22才被复位并且实现啮合到耦联体齿部中。
图4至8示出根据第一实施方式的根据本发明的同步设备100。
图4示出换挡过程开始之前的状态。滑动套筒112的齿118的齿端128与同步环齿124以及与耦联体齿120的齿端130隔开。
如在常规的同步设备10中，滑动套筒112与轴一起转动，而固定有耦联体的挡位轮松动地一起转动。预同步单元126的球体接合到在滑动套筒112的内侧上的沟槽132中，如这在图2中在右下方的区域中表明的。
根据本发明，所有耦联体齿120的端面134基本上扁平地构成并且垂直于轴向方向A伸展。因此，不设有啮合斜面，即不设有尖部或斜面作为啮合辅助部。端面134能够完全平坦地构成或例如径向向外略微倒圆地或球形地成形，其中能够将侧面的棱边和角部在制造公差之内倒圆或斜切，例如以0.5mm的半径倒圆或斜切。所有耦联体齿120在此是同样长的并且通常能够相同地成形。
所有滑动套筒齿118的端面136同样基本上扁平地且垂直于轴向方向A伸展地构成。在齿端128的俯视图中，端面136在此占据垂直于轴向方向A的横截面的大约一半。
端面136也能够如耦联体齿120的端面134那样完全平坦地或径向向外略微倒圆或球形地构成，其中在此能够将角部和棱边略微倾斜或倒圆地构成。
所有滑动套筒齿118在所述实施方式中是同样长的。
在滑动套筒齿118的各一侧上构成倾斜的锁定面138，所述锁定面从端面136起始。然而，端面136占据滑动套筒齿118的横截面的总面积的至少50％。
锁定面138分别在滑动套筒齿118的彼此相向的侧上构成。以这种方式在两个相邻的滑动套筒齿118之间交替地在齿端128上形成啮合通道140，或者两个彼此相向的锁定面138设置在齿端128上。
在齿端128中的啮合通道140的宽度d、即滑动套筒齿118的侧面的距离与耦联体齿120的端面134的直径相匹配并且在此仅选择为不明显大于所述耦联体齿120的端面134的直径，使得在已啮合的状态中(参见图5和6)存在耦联体齿120和相邻的滑动套筒齿118之间的尽可能小的间隙。
在图4中示出的状态中，滑动套筒112经过的换挡行程S0还是0。如果滑动套筒112沿轴向方向A由轴向力F朝向耦联体移动，那么预同步单元126作用到同步环122上并且将所述同步环按压到耦联体116的摩擦面上。由此，同步环122在其锁定位置中定位。滑动套筒齿118按压到同步环齿124上，并且实现转速一致化。如果使转速一致，那么滑动套筒112朝向耦联体116的继续轴向前移是可能的。在此，滑动套筒齿118在同步环齿124之间的间隙中沿着滑动。所述运动通过在同步环齿124上的两侧的斜面142来支撑，所述同步环齿与在滑动套筒齿118上的锁定面138接触并且能够沿着所述锁定面滑动，以便将同步环齿124引入在滑动套筒齿118之间的间隙中。
所述状态在图5中示出。滑动套筒112经过第一换挡行程S1。在滑动套筒112中的沟槽132滑过预同步单元126的球体(分别在图4至7的下部示出)。
在示出的实例中，耦联体的和滑动套筒112的端面134、136直接碰撞在一起，以至于耦联体齿120不可能啮合到滑动套筒齿118之间的啮合通道140中。
在此情况下，必须重新产生在耦联体和滑动套筒112之间的小的转速差。转速差能够是最小的，因为仅须沿环周方向产生移位，所述移位用于使耦联体120的端面134碰撞到滑动套筒齿118之间的啮合通道140中。
转速差例如能够通过简单地等待预定的时间间隔实现，其中例如能够利用变速器的拖曳力矩或驱动器的松开，当消除在同步环和耦联体的摩擦面之间的接触时所述变速器的拖曳力矩或驱动器的松开在惯性滑行阶段强制性引起转速差。当然也可能的是，有针对性地操纵离合器或者设置控制装置，所述控制装置产生转速差(未示出)。
如果达到期望的位置，如这在图6中示出的，那么能够通过将轴向力F进一步施加到耦联体116上来推动滑动套筒112，其中滑动套筒齿118啮合在耦联体齿120之间并且耦联体齿120的端面134安置在滑动套筒齿118之间。所述啮合在滑动套筒的换挡行程S2中进行。
当经过最大换挡行程SM时，在图7中示出完全啮合的状态。耦联体齿120现在位于其在滑动套筒齿118之间的最大推入深度中。
图9示出同步设备200的第二实施方式，其中在每个滑动套筒齿218上在背离锁定面138的侧上构成有凸肩244，所述凸肩用作为在最大的换挡行程SM的情况下用于耦联体齿220的端面234的止挡面。在所述实例中，每隔一个耦联体齿220与两个凸肩244接触，所述凸肩在相对置的侧上支撑所述耦联体齿。其余的实施方案与第一实施方式相同。
原则上已经从之前的实施方式中已知的构件的附图标记总是增加100。这也适用于在下文中描述的其他实施方式。
图10示出同步设备300的第三实施方式。与第一实施方式相反，滑动套筒312的每隔一个滑动套筒齿318的齿端328在所述其横截面的大约一半上构成有端面336’，所述端面沿轴向方向A伸出位于其之间的滑动套筒齿318的端面136”几毫米。端面336’在此基本上垂直于轴向方向A伸展。
以这种方式，滑动套筒齿318的伸出的部段形成捕捉爪，所述捕捉爪简化在耦联体316的耦联体齿320之间的啮合。
在滑动套筒齿318上的锁定面338连同突出的端面136’在与其余的滑动套筒齿318上的锁定面338相同的轴向高度上起始。
耦联体316和同步环322与第一实施方式相同地构成。
图11示出同步设备400的第四实施方式。在此，每个耦联体齿420的端面434平坦地构成，然而以大约80-89°的角α相对于轴向方向A倾斜地定向。角α尤其在84-89°之间。在示出的实例中，所有端面434沿相同的方向关于环周方向倾斜。
滑动套筒412和同步环422在此与第一实施方式相同地构成。
图12示出同步设备500的第五实施方式。在此，所有耦联体齿520的端面534略微球形地构成，使得其外轮廓是倒圆的并且端面534至少部分弯曲地伸展。然而，曲率相对于轴向方向A保持在大约60°的角并且不用作啮合辅助部，而仅用于减少磨损。
在此，滑动套筒齿518的齿端528在背离锁定面538的侧上分别具有斜面546，所述斜面与锁定面538相比以相对于轴向方向更小的角伸展。在锁定面538和斜面546之间设有垂直于轴向方向A定向的端面536。
图13示出同步设备600的第六实施方式，其中滑动套筒齿618构成为尖的。在此，斜面646直接连接于锁定面638。在所述实例中，斜面646的倾斜角选择为大致与锁定面638同样大。
斜面646在此同样用作用于同步环622的锁定面，其中所述同步环设有同步环齿624，其数量是在第一实施方式中设有的同步环齿的数量的两倍。
在此，耦联体齿620的齿端630与在第一实施方式中相同地构成。
各个描述的实施方式的特征能够在本领域技术人员的判断下自由地相互组合或者相互替换。
在描述的同步设备100-600中，锁定功能与啮合功能分开。为了锁定，如通常已知的，使用在滑动套筒齿118-618和同步环齿124之间的锁定面138。然而，至少尽可能弃用具有滑动套筒齿118-418的尖部的啮合几何结构以及完全弃用在耦联体116-616上的耦联体齿120-620的尖部，并且耦联体齿120-620以及滑动套筒齿118-518能够基本上构成为爪。
因此，当在换挡的情况下相对于常规的同步设备10保持不变的重叠时，轴向的安装空间能减少大约2mm。这在典型的变速器布置的情况下实现变速器总长度减少多达8mm。
滑动套筒112-612的换挡行程SM也减少了通过尖部节省的轴向的结构空间。作为替代方案，以这种方式能够在轴向安装空间保持不变的情况下实现滑动套筒112-612和耦联体116-616的齿部的较大的重合。

Claims (16)

1.一种用于换挡变速器的同步设备，所述同步设备具有：滑动套筒(112-612)，所述滑动套筒具有带有多个滑动套筒齿(118-618)的内齿部；和挡位轮的耦联体，所述耦联体具有带有多个耦联体齿(120-620)的外齿部，所述滑动套筒(112-612)的所述内齿部能够接合到所述外齿部中；以及同步单元，所述同步单元能够阻止所述滑动套筒(112-612)的轴向运动，其中所述耦联体齿(120-620)在其靠近所述滑动套筒齿(118-618)的轴向的齿端(130-630)处构成为不具有啮合斜面，并且其中所述滑动套筒齿(118-618)中的至少一些滑动套筒齿在齿端(128-628)处在一侧上具有斜的锁定面(138-638)，并且所述滑动套筒齿(118-518)中的每个滑动套筒齿的齿端(128-528)具有端面(136-536)，所述锁定面从所述端面(136-636)起始，并且所述同步单元包括同步环(122-622)，所述同步环具有带有同步环齿(124-624)的外齿部，所述外齿部的设置方式与所述锁定面(138-638)的设置方式相匹配。
2.根据权利要求1所述的同步设备，其特征在于，所述滑动套筒齿(118-518)中的每个滑动套筒齿的齿端(128-528)具有基本上扁平地且垂直于轴向方向(A)伸展的端面(136-536)。
3.根据上述权利要求中任一项所述的同步设备，其特征在于，所述滑动套筒齿(118-518)和所述耦联体齿(120-620)构成为爪。
4.根据权利要求1或2所述的同步设备，其特征在于，所述滑动套筒齿(118-518)具有基本上扁平地且垂直于轴向方向(A)伸展的端面(136-536)，其中所述端面(136-536)为所述滑动套筒齿(118-518)的横截面的至少50％。
5.根据权利要求1所述的同步设备，其特征在于，在相邻的滑动套筒齿(118-618)处的所述锁定面(138-638)在所述滑动套筒齿(118-618)的不同的侧上构成。
6.根据权利要求1所述的同步设备，其特征在于，所述滑动套筒齿(218)在与所述锁定面(238)相对置的侧上具有凸肩(244)。
7.根据权利要求1或2所述的同步设备，其特征在于，所述耦联体齿(220)的端面(234)用作为换挡运动的端部止挡件并且贴靠于在所述滑动套筒齿部上构成的凸肩(244)。
8.根据权利要求1或2所述的同步设备，其特征在于，所述同步单元构成为，使得在超过预定的最大力时取消对所述滑动套筒(112-612)的轴向运动的阻止。
9.根据权利要求1或2所述的同步设备，其特征在于，所有的耦联体齿(120-620)相同地构成。
10.根据权利要求1或2所述的同步设备，其特征在于，所有的耦联体齿(120-620)沿轴向方向(A)是同样长的。
11.根据权利要求1或2所述的同步设备，其特征在于，所有的滑动套筒齿(118；218；418；518；618)沿轴向方向(A)是同样长的。
12.根据权利要求1所述的同步设备，其特征在于，一些滑动套筒齿(318)的齿端(328)构成为具有端面(336’)，所述端面沿轴向方向(A)伸出位于其之间的滑动套筒齿(318)的端面(136”)。
13.根据权利要求1或2所述的同步设备，其特征在于，所述耦联体齿(420)的端面(434)以大约80-89°的角(α)相对于所述轴向方向(A)倾斜地定向。
14.一种用于借助于根据上述权利要求中任一项所述的同步设备对变速器进行换挡的同步方法，所述同步方法具有如下步骤：
-使所述滑动套筒(112-618)的转速与所述耦联体(116-616)的转速相一致；
-朝向所述耦联体(116-616)形成所述滑动套筒的轴向力(F)；
-产生在所述滑动套筒(112-612)和所述耦联体(116-616)之间的转速差，使得所述滑动套筒齿(118-618)的和所述耦联体齿(120-620)的端面(136-636，134-634)沿着彼此滑动；以及
-使所述滑动套筒齿(118-618)啮合在所述耦联体齿(120-620)之间。
15.根据权利要求14所述的同步方法，其特征在于，通过利用所述变速器的拖曳力矩、离合器的拖曳力矩、动力传动系的松开或离合器的特殊的操纵产生转速差。
16.根据权利要求14所述的同步方法，其特征在于，通过控制单元监控所述啮合过程，所述控制单元在啮合尝试失败时在预定的时间间隔之后安排下一啮合尝试。
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