CN106870591B

CN106870591B - 用于同步单元的摩擦环

Info

Publication number: CN106870591B
Application number: CN201610840568.3A
Authority: CN
Inventors: U.克里斯托弗; D.科伊斯特; M.斯普雷克斯
Original assignee: Oerlikon Friction Systems Germany GmbH
Current assignee: Oerlikon Friction Systems Germany GmbH
Priority date: 2015-10-07
Filing date: 2016-09-22
Publication date: 2020-10-23
Anticipated expiration: 2036-09-22
Also published as: US20170102038A1; CN106870591A; KR20170041625A; JP2017072247A; US10253824B2; EP3153732A1; EP3153732B1; BR102016021056A2

Abstract

本发明涉及一种用于换挡变速器的同步单元的摩擦环（1）。摩擦环（1）包括具有内摩擦表面（401）和外安装表面（402）的锥形摩擦环本体（4），内摩擦表面（401）和外安装表面（402）在垂直于轴向摩擦环轴线（6）延伸的径向方向上分别限定摩擦环本体（4）。摩擦环本体（4）在围绕摩擦环轴线（6）延伸的周向方向（U）上由分离点（5）中断，使得在分离点（5）处形成第一分离表面（7）和第二分离表面（8）。为了确保摩擦环（1）在同步期间相对于同步器环处于受控轴向位置处，第一分离表面（7）和第二分离表面（8）在可预限定区域中彼此接触，使得摩擦环本体（4）在周向方向（U）上成形为具有最小周长（13）的封闭轮廓的形式。

Description

用于同步单元的摩擦环

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求1的前序部分的用于可切换换挡变速器的同步单元的摩擦环。本发明还涉及具有根据独立权利要求1的前序部分的摩擦环的同步单元。

背景技术

在机械可切换换挡变速器（例如，车辆变速器）的同步单元中，摩擦环用于使在从一档改变至另一档期间在齿轮与齿轮轴之间出现的相对速度同步。在这方面，同步是通过对应摩擦零件之间的摩擦来实现。这种变速器的功能和同步的过程本身是已知的并且对于本领域技术人员而言不再需要进行更详细地解释。同步单元的摩擦环或者同步单元的其它部件也已在本领域中以多种且详尽的方式进行了描述。

例如，EP 2 894 363 A1示出了通常摩擦环。摩擦环包括具有内摩擦表面和外安装表面的锥形摩擦环本体，其中，该内摩擦表面沿着摩擦环轴线成锥形地以可预限定摩擦角度延伸并且该外安装表面沿着摩擦环轴线成锥形地以可预限定安装角度延伸。由于摩擦角度不同于安装角度的事实，所以能够对“同步”和“分离”功能进行独立的优化。摩擦环本体形成为分段摩擦环本体，该分段摩擦环本体包括以环形布置形成摩擦环本体的多个单独的摩擦环段。EP 2 894 363 A1还示出了由单个段而不是多个单独的摩擦环段组成的摩擦环本体，其中，该摩擦环本体具有布置为垂直于摩擦环轴线的狭缝。

在安装状态下，摩擦环正连接至锥形同步器环。在这方面，同步器环具有锥形内安装表面，该锥形内安装表面形成为与摩擦环的外安装表面相对应。摩擦环在轴向和径向方向上经由同步器环的锥形内安装表面被固定至摩擦环轴。此外，在摩擦环处设置了防止旋转的固定构件，从而确保摩擦环基本上也不可旋转地连接至同步器环，即，除了在围绕摩擦环轴线的周向方向上出现的少量角度偏转之外，摩擦环以不可旋转方式连接至同步器环。

为了对该摩擦环进行解释，下文将参照示意性图1a到图2，将基于该图1a到图2对先前描述的现有技术进行更加详细的描述。为了对现有技术和本发明进行区分，将指代已知示例的特征的参考标记标上撇号，而指代根据本发明的示例的特征的参考标记则没有撇号。

在下文中，参考标记1'指示摩擦环这一整体，参考标记2'指示同步器环，并且参考标记3'指示同步单元。

在示意性表示中，图1a和图1b示出了已知分段摩擦环1'的一个且是同一个实施例。图1a示出了处于扩展构造中的具有分段摩擦环本体4'的摩擦环1'，而图1b则示出了处于压缩构造中的相同摩擦环1'。图1c示出了已知分段摩擦环1'的第二实施例。为了更好理解，图1d示出了沿着根据图1a或者图1c的线I-I的截面，而图1e以透视图示出了根据图1a或者图1c的摩擦环1'的截面。

如可参照图1a和图1b清楚地意识到的，在该实施例中，摩擦环本体4'是包括多个单独的摩擦环段41'、42'、43'的分段摩擦环本体4'，在本实施例中，即，以环形布置形成摩擦环本体4'的三个摩擦环段41'、42'、43'。如在图1c中示出，摩擦环本体4'还可由单个段41'而不是多个单独的摩擦环段组成。在这方面，摩擦环本体4'具有成狭缝的形式的一个单一分离点5'，该狭缝垂直于摩擦环轴线6'。该狭缝具有宽度B'。由于该狭缝，所以摩擦环本体4'的第一分离表面7'和第二分离表面8'布置为彼此间隔一段距离。

根据图1d，摩擦环1'包括具有内摩擦表面401'和外安装表面402'的锥形摩擦环本体4'，该内摩擦表面401'和该外安装表面402'分别在垂直于轴向摩擦环轴线6'延伸的径向方向上限定摩擦环本体4'。在这方面，内摩擦表面401'以可预限定摩擦角度α₁延伸并且外安装表面402'以可预限定安装角度α₂延伸，在每种情况下均是沿着摩擦环轴线6'成锥形地延伸。由于摩擦角α₁不同于安装角α₂的事实，所以能够对“同步”和“分离”功能进行独立的优化。

如从图1e可参见的，多个防止旋转的固定构件9'或者突片设置在摩擦环本体4'处，该防止旋转的固定构件9'沿着摩擦环轴线6'延伸。防止旋转的固定构件9'在周向方向U上布置在摩擦环本体4'处并且在安装状态下接合到设置在同步器环2'处的对应突片中。防止旋转的固定构件9'确保摩擦环1'大体以不可旋转方式连接至同步器环2'。

图2示出了包括摩擦环1'和同步器环2'的已知同步单元3'的分解图。根据图3，除了摩擦环1'和同步器环2'之外，同步器单元3'还以本身已知的方式包括滑动套筒10'和齿轮11'，其中，上述部件布置为与同步单元1'的轴线12'同轴，以便使同步器环2'可在操作状态下通过滑动套筒10'与摩擦环1'一起沿着轴线12'在朝着齿轮11'的方向上移位，从而可使摩擦环本体4'的内摩擦表面401'与齿轮11'接合。

由于所描述的分段带狭缝的摩擦环的使用，已在实践上做出一些改进。

由于摩擦环是分段的事实，即，其具有至少一个狭缝，所以摩擦环能够朝着环的更大周长进行扩展。并且这对于避免在摩擦环的内摩擦表面处的自锁效应是必不可少的。由于该事实，基本上已改善了换挡质量。

但同样已经变得明显的是，即使该改进的摩擦环已经证明其在实践中的作用，但该改进的摩擦环同时还可进行进一步改善。

带狭缝摩擦环的主要缺点在于，由于其在轴向方向上相对于同步器环的布置，所以摩擦环不可清楚地进行定位。摩擦环可以通过如下方式弹性地变形：施加较低力以便使狭缝封闭直到两个分离表面彼此接触。这包括摩擦环本体的周长的减小，从而使摩擦环在同步期间相对于同步器环处于受控轴向位置处。摩擦环的该受控轴向位置对同步过程并且因此对换挡质量具有负面影响。

因此，摩擦环的外安装表面和同步器环的内安装表面使用不均匀并且因此被磨损。为了抵消由此引起的安装表面的磨损，可能需要对安装表面进行耗时耗成本的涂层或者使用高质量昂贵的材料。

摩擦环在同步期间相对于同步器环的受控轴向定位的另一个缺点在于，同步单元经受增加的机械加载。例如，这可导致有害的振动或者较高的换挡力并且破坏同步的稳定性和准确性。待被同步单元传输的同步扭矩越大，所引述的影响就越重要。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种用于同步单元的进一步改进的摩擦环，其中，该摩擦环在同步期间相对于同步器环以受控的方式定位在轴向方向上，而不会对自锁效应具有任何不良后果，从而在很大程度上避免了现有技术中已知的缺点。

解决这些问题的本发明的主题特征在于独立权利要求1的特征。

从属权利要求尤其涉及本发明的有利实施例。

因此，本发明涉及一种用于换挡变速器的同步单元的摩擦环，该摩擦环包括具有内摩擦表面和外安装表面的锥形摩擦环本体，该内摩擦表面和该外安装表面分别在垂直于轴向摩擦环轴线延伸的径向方向上限定摩擦环本体。在这方面，内摩擦表面沿着摩擦环轴线成锥形地以可预限定摩擦角度延伸并且外安装表面沿着摩擦环轴线成锥形地以可预限定安装角度延伸。摩擦环本体在围绕摩擦环轴线延伸的周向方向上由分离点中断，使得在该分离点处形成第一分离表面和第二分离表面。

根据本发明，摩擦环的第一分离表面和第二分离表面在可预限定区域中彼此接触，从而使摩擦环本体在周向方向上成形为具有最小周长或者最小直径的封闭轮廓的形式。术语“封闭轮廓”意味着摩擦环本体在周向方向上成形为封闭环的形式。

这意味着，在本发明的范围内，摩擦环可仅朝着更大周长或者更大直径弹性地变形。这就是与公开了还可通过施加力而朝着更小周长或者更小直径弹性地变形的分段摩擦环的现有技术的差别。

根据本发明的摩擦环的基本优点在于，由于该摩擦环相对于同步器环的布置，所以摩擦环可清楚地定位在轴向方向上。由于根据本发明的第一分离表面和第二分离表面彼此接触，即，狭缝的宽度为0 mm，所以摩擦环的周长可不再朝着更小周长弹性地变形，这与现有技术中已知的摩擦环相反。因此，摩擦环在同步期间相对于同步器环处于受控轴向位置处，并且这对同步过程且因此对换挡质量具有积极影响。

因此，摩擦环的外安装表面和同步器环的内安装表面使用更加均匀并且因此经受更少的磨损。此外，整个同步单元暴露在较低机械加载下。

由于摩擦环具有分离点，所以摩擦环能够朝着该环的更大周长进行扩展。这是为了防止在摩擦环的内摩擦表面处的自锁效应，该自锁效应已从现有技术中公开的摩擦环已知。

在优选实施例中，第一分离表面和第二分离表面通过周向预加载彼此接触。术语“周向预加载”意味着，在本申请的范围内，在周向方向上对摩擦环本体进行加载或者施加预应力。该“周向预加载”确保了第一分离表面和第二分离表面在可预限定区域中可靠地彼此接触，并且摩擦环可仅在周向方向上朝着更大周长弹性地变形。当施加“周向预加载”时，可以通过例如如下方式来实现两个分离表面的这样接触：可通过例如摩擦环本体的热处理或者机械辐射来将压缩应力或者残余压缩应力引入到外安装表面中。由于没有缝隙需要被封闭，所以剪切或者破裂使必要的残余应力减小。理想地，“周向预加载”成形为使得向每个分离表面施加2 N至20 N的力。即使在摩擦环上施加了诸如离心力的不可避免的力，这也确保了第一分离表面和第二分离表面彼此可靠地接触。

在对于实践非常重要的实施例中，摩擦环本体可在周向方向上弹性地变形，使得摩擦环的周长可相对于最小周长增加。为此，摩擦环可朝着更大周长扩展，以便可避免在摩擦环的内摩擦表面处的自锁效应。

还已经证明有利的是，如果分离点以可预限定分离角度延伸至周向方向。优选地但不是必须地，分离点可正交地延伸至周向方向。这使得摩擦环的生产简单且不昂贵。

在对于实践非常重要的其它实施例中，第一分离表面成形为第一轮廓的形式并且第二分离表面成形为第二轮廓的形式，使得第一轮廓和该第二轮廓彼此接合以便使第一分离表面和第二分离表面在摩擦环轴线的方向上基本上不能相对彼此移位。这意味着分离点不形成为直线。术语“基本上”意味着第一分离表面和第二分离表面除了在轴向方向上的小移位之外不能相对于彼此移动。

在这方面，已经证明有利的是：第一轮廓和对应的第二轮廓成形为分离锁的形式，使得该分离锁将摩擦环的周长相对于最小周长限制至可预限定的最大周长，即，由于该分离锁，所以摩擦环可在周向方向上弹性地变形仅直到特定周长。

存在形成第一轮廓和第二轮廓的不同形式。在实践中，已经证明如下实施例是有利的。

已经证明尤其有利的是，如果第一轮廓形成为矩形突出部并且第二轮廓形成为矩形凹槽。还可以使第一轮廓成形为具有楔形榫（dovetail）的形式的突出部并且第二轮廓成形为具有楔形榫的形式的凹槽。还可构思使第一轮廓成形为具有箭头的形式的突出部并且第二轮廓成形为具有箭头的形式的凹槽。第一轮廓和第二轮廓还可成形为使得第一轮廓构成外凸突出部并且第二轮廓构成内凹凹槽。此外，第一轮廓可成形为圆形突出部并且第二轮廓可成形为圆形凹槽。

此外，已经证明有利的是，如果在摩擦环的摩擦表面处设置涂层（尤其摩擦涂层）。该摩擦涂层可形成为例如碳质摩擦衬片的形式。

摩擦环有利地是冲压钢部件或者成形金属片部件。这使得摩擦环的生产简单且便宜。

根据本发明的摩擦环用在车辆（尤其用于载客车辆、运输机或者卡车）的换挡变速器的同步单元中。

附图说明

在下文中，将基于示意性附图对本发明进行更详细地解释。在附图中：

图1a是处于扩展构造中的由若干个段组成的已知分段摩擦环的第一实施例；

图1b是处于压缩构造中的根据图1a的摩擦环；

图1c是由单个段组成的已知分段摩擦环的第二实施例；

图1d是沿着根据图1a和图1c的线I-I的截面；

图1e是根据图1a和图1c的摩擦环的截面的透视图；

图2 是现有技术中已知的同步单元；

图3a是根据本发明的摩擦环的第一实施例；

图3b是具有根据图3a的摩擦环的、沿着根据图2的线I-I的截面；

图4a是根据图3a的细节图X；

图4b是根据本发明的摩擦环的第二实施例的根据图3a的细节图X；

图4c是根据本发明的摩擦环的第三实施例的根据图3a的细节图X；

图4d是根据本发明的摩擦环的第四实施例的根据图3a的细节图X；

图4e是根据本发明的摩擦环的第五实施例的根据图3a的细节图X；

图4f是根据本发明的摩擦环的第六实施例的根据图3a的细节图X。

具体实施方式

如已经提到的，图1a至图2示出了现有技术并且已经在开始时进行了详细地解释，因此不认为需要进行任何进一步的讨论。

图3a示出了根据本发明的摩擦环的第一实施例，在下文中，摩擦环作为整体由参考标记1指示。在图3a至图4f中使用的参考标记没有撇号，这是因为这些图指代本发明的实施例。如上文已经提到的，只有图1a至图2中使用的参考标记才具有撇号，这是因为其指代现有技术中已知的实施例。

摩擦环1包括具有内摩擦表面401和外安装表面402的锥形摩擦环本体4，该内摩擦表面401和该外安装表面402分别在垂直于轴向摩擦环轴线6延伸的径向方向上限定摩擦环本体4。如在图1d中示出的已知摩擦环的情况一样，内摩擦表面401沿着摩擦环轴线6成锥形地以可预限定摩擦角度α₁延伸并且外安装表面402沿着摩擦环轴线6成锥形地以可预限定安装角度α₂延伸，其中，可预限定摩擦角度а₁不同于可预定义安装角а₂。摩擦环本体4在围绕摩擦环轴线6延伸的周向方向U上由分离点5中断，使得在该分离点5处形成第一分离表面7和第二分离表面8，其中，分离点5正交地延伸至周向方向U。与图1c中示出的已知摩擦环相反，该第一分离表面7和该第二分离表面8彼此接触，使得摩擦环本体4在周向方向U上成形为具有最小周长13或者最小直径的封闭环的形式。因此，摩擦环1仅可通过施加力而朝着更大周长或者更大直径弹性地变形，以便可避免摩擦环1的内摩擦表面401处的自锁效应。

如从图3b可参见的，由于该形式，所以可相对于同步器环2在轴向方向上将摩擦环1清楚地定位在同步单元3内。由于第一分离表面7和第二分离表面8彼此接触，所以摩擦环1的周长可不再朝着更小周长或者更小直径弹性地变形。为此，摩擦环1在同步期间相对于同步器环2处于受控轴向位置处。

还可以的是，当施加周向预加载14时，即，当摩擦环本体4在周向方向U上存在加载或者预应力时，图3a中示出的摩擦环1的第一分离表面7和第二分离表面8彼此接触，其中，施加在两个分离表面7,8上的力优选地在2 N与20 N之间。即使在摩擦环1上施加了诸如离心力的不可避免的力，这也确保了第一分离表面7和第二分离表面8彼此可靠地接触。

图4a至图4f示出了在每种情况下根据图3a的细节图X，其中，图4b至图4f示出了根据本发明的摩擦环1的其它实施例。

对于根据图4b至图4f的摩擦环1的实施例，第一分离表面7成形为第一轮廓15的形式并且第二分离表面成形为对应的第二轮廓16的形式，即，与图3a中示出的实施例相反，分离点5不形成为直线。第一轮廓15和第二轮廓16彼此接合，使得第一分离表面7和第二分离表面8在摩擦环轴线6的方向（即，轴向方向）上基本上不可相对彼此移位。

对于图4b的实施例，第一轮廓15成形为矩形突出部并且第二轮廓16成形为矩形凹槽。在图4c示出的实施例中，第一轮廓15成形为具有箭头的形式的突出部并且第二轮廓16成形为具有箭头的形式的凹槽，而在图4d示出的实施例中，第一轮廓15构成外凸突出部并且第二轮廓16构成内凹凹槽。

在图4e和图4f示出的实施例中，第一轮廓15和对应的第二轮廓16成形为分离锁17的形式，使得该分离锁17将摩擦环1的周长相对于最小周长13限制至可预限定的最大周长，即，由于该分离锁17，所以摩擦环1可在周向方向U上弹性地变形仅直到特定周长。在图4e示出的实施例中，第一轮廓15成形为具有楔形榫的形式的突出部并且第二轮廓16成形为具有楔形榫的形式的凹槽。在图4f示出的实施例中，第一轮廓15被实施为圆形突出部并且第二轮廓16被执行为圆形凹槽。

从图4a至图4f可清楚地意识到，第一分离表面7和第二分离表面8在一个区域中彼此接触。在所有实施例中，摩擦环1的周长因而可不再朝着更小周长或者更小直径弹性地变形，以便使摩擦环1在同步期间相对于同步器环2处于受控轴向位置处。

Claims

1.一种用于换挡变速器的同步单元（3）的摩擦环（1），所述摩擦环（1）包括锥形摩擦环本体（4），所述锥形摩擦环本体（4）具有内摩擦表面（401）和外安装表面（402），所述内摩擦表面（401）和所述外安装表面（402）在垂直于轴向摩擦环轴线（6）延伸的径向方向上限定所述摩擦环本体（4），其中，所述内摩擦表面（401）沿着所述摩擦环轴线（6）成锥形地以可预限定摩擦角度（α₁）延伸并且所述外安装表面（402）沿着所述摩擦环轴线（6）成锥形地以可预限定安装角（α₂）延伸，并且所述摩擦环本体（4）在围绕所述摩擦环轴线（6）延伸的周向方向（U）上由分离点（5）中断，使得在所述分离点（5）处形成第一分离表面（7）和第二分离表面（8），其特征在于：在未加载状态下，通过周向预加载（14）使所述第一分离表面（7）和所述第二分离表面（8）在可预限定区域中彼此接触，使得所述摩擦环本体（4）在所述周向方向（U）上成形为具有最小周长（13）的封闭轮廓的形式。

2.如权利要求1所述的摩擦环，其中，所述摩擦环本体（4）可在所述周向方向（U）上弹性地变形，使得所述摩擦环（1）的周长可相对于所述最小周长（13）增加。

3.如权利要求1或2所述的摩擦环，其中，所述分离点（5）以可预限定分离角度（β）延伸至所述周向方向（U）。

4.如权利要求1或2所述的摩擦环，其中，所述分离点（5）正交地延伸至所述周向方向（U）。

5.如权利要求1或2所述的摩擦环，其中，所述第一分离表面（7）成形为第一轮廓（15）的形式并且所述第二分离表面（8）成形为第二轮廓的形式，使得所述第一轮廓（15）和所述第二轮廓（16）彼此接合以便所述第一分离表面（7）和所述第二分离表面（8）在所述摩擦环轴线（6）的方向上基本上不可相对彼此移位。

6.如权利要求5所述的摩擦环，其中，所述第一轮廓（15）和所述第二轮廓（16）成形为分离锁（17）的形式，使得所述分离锁（17）将所述摩擦环（1）的周长相对于所述最小周长（13）限制至可预限定的最大周长。

7.如权利要求5所述的摩擦环，其中，所述第一轮廓（15）成形为矩形突出部，并且所述第二轮廓（16）成形为矩形凹槽。

8.如权利要求5所述的摩擦环，其中，所述第一轮廓（15）成形为具有楔形榫的形式的突出部，并且所述第二轮廓（16）成形为具有楔形榫的形式的凹槽。

9.如权利要求5所述的摩擦环，其中，所述第一轮廓（15）成形为具有箭头的形式的突出部，并且所述第二轮廓（16）成形为具有箭头的形式的凹槽。

10.如权利要求5所述的摩擦环，其中，所述第一轮廓（15）成形为外凸突出部，并且所述第二轮廓（16）成形为内凹凹槽。

11.如权利要求5所述的摩擦环，其中，所述第一轮廓（15）成形为圆形突出部，并且所述第二轮廓（16）成形为圆形凹槽。

12.如权利要求1或2所述的摩擦环，其中，所述摩擦环（1）是冲压钢部件或者成形金属片部件。

13.一种用于车辆的换挡变速器的同步单元（3），其包括同步器环（2）和根据权利要求1至12中的任一项所述的摩擦环（1）。

14.一种用于车辆的换挡变速器，其具有根据权利要求13所述的同步单元（3）。

15.如权利要求14所述的换挡变速器，其中，所述车辆为载客车辆、运输机或者卡车。