CN112013041B - 双锥同步器及汽车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双锥同步器及汽车，属于车辆技术领域，包括齿轮、接合齿、同步环、齿毂、齿套和弹性滑块，齿毂套接于齿套内，弹性滑块浮设于齿毂和齿套之间，同步环设于齿毂的一侧，接合齿与齿轮固定连接，齿轮的一侧设有内外表面均为圆锥面的双锥摩擦部；同步环设有用于与双锥摩擦部摩擦配合的锥形环槽、齿圈和卡爪，齿圈位于齿毂的外侧，锥形环槽和双锥摩擦部均伸入到齿毂的内花键和外花键之间，齿毂的肋板上设有用于卡爪伸入的卡爪槽。本发明提供的双锥同步器及汽车，同步环包括齿圈、内锥环和外锥环，同时具有传统三环结构的同步环的功能，减少了同步环的数量，降低了同步环的加工成本，简化了装配流程。

Description

双锥同步器及汽车

技术领域

本发明属于车辆技术领域，更具体地说，是涉及一种双锥同步器及汽车。

背景技术

随着科学技术的不断发展，人们生活水平的不断提高，汽车已经成为人们日常出行必不可少的交通工具。变速器可以改变车速，也可使汽车运行在空挡及倒挡状态。同步器是改变速比、传递扭矩的关键零部件，且在手动变速器(MT)，手自一体变速器(AMT)，双离合变速器(DCT)中广泛应用。同步器有常压式、惯性式、自行增力式等形式，目前广泛采用的是惯性式同步器。常规的惯性式同步器如图9及图10所示，齿毂上设有内、外花键，内花键与轴固连，外花键与齿套内花键间隙配合，齿毂的外花键与齿套的内花键设有均布的三槽，三槽处设有三个具有弹簧力的滑块，在弹簧力的作用下，把齿套定位在空挡位置上，齿毂左侧为三锥同步环(应用于速比大的低挡位)，外环卡在齿毂卡爪槽内，中环卡爪卡在齿轮的卡爪槽，内环卡爪与外环小径处的卡爪槽连接。同步环的内环为锥面，浮套在齿轮锥面上，与外环、同步器具有相同的转速，中环与齿轮具有相同转速。右侧为单锥同步环(应用于速比小的高挡位)，其三个卡爪与齿毂的卡爪槽配合。另外同步环外端还设有花键齿，接合齿焊接在齿轮锥面的大端处。

同步器作为换挡系统，经多年发展，及无数科研人员对制造上的优化，其技术基本成熟。总体而言，人们希望同步器换挡迅速，传递扭矩大，换挡噪音小。对于三锥的设计过剩和单锥的性能不足，双锥无疑是最好的选择。现有双锥同步器系统是在三锥同步器系统的基础上去掉齿轮锥面这一摩擦面，相对性能的降低，成本降低程度不明显，同时内环少了径向限位，稳定性差。双锥同步器系统仍需要改善和优化。

如图9及图10所示的惯性式同步器系统，存在以下缺点：(1)因同步性能需要，双锥侧接合齿需要卡爪槽的结构，降低了接合齿的强度，而齿套卡爪槽处的花键较矮，接合齿与齿套正常啮合的花键少，影响与齿套的啮合强度；(2)同步环由外环、中环、内环组成，其零部件过多，装配繁琐，加工成本高，产生噪音大，同步过程中同步环有偏斜风险，同步环外花键非全齿，单个花键受力较大，卡爪宽度小，且根部呈收缩的趋势，强度低，有断裂的风险；(3)齿毂外花键由于滑块槽与卡爪槽而缺少一部分花键，齿套与齿毂的啮合齿数少，强度低，且槽两侧为半个花键，存在断裂的风险；(4)齿套与同步环卡爪槽对应处为矮齿，加工繁琐。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双锥同步器，以解决现有技术中存在的同步环零部件多、装配繁琐、加工成本高、存在断裂风险等技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种双锥同步器，包括齿轮、接合齿、同步环、齿毂、齿套和弹性滑块，所述齿毂套接于所述齿套内，所述弹性滑块浮设于所述齿毂和所述齿套之间，所述同步环设于所述齿毂的一侧，所述接合齿与所述齿轮固定连接，且位于所述齿轮和所述同步环之间，其特征在于，所述齿轮的一侧设有沿轴向延伸且内外表面均为圆锥面的双锥摩擦部；所述同步环设有用于与所述双锥摩擦部摩擦配合的锥形环槽、沿所述锥形环槽的大端径向向外延伸的齿圈和设于所述锥形环槽小端的卡爪，所述齿圈位于所述齿毂的外侧，用于与轴向移动的所述齿套啮合，所述锥形环槽和所述双锥摩擦部均伸入到所述齿毂的内花键和外花键之间，所述齿毂的肋板上设有用于所述卡爪伸入的卡爪槽。

进一步地，所述同步环包括用于与所述双锥摩擦部的内表面摩擦配合的内锥环、与所述双锥摩擦部的外表面摩擦配合的外锥环以及连接所述内锥环和所述外锥环的连接部，所述齿圈设于所述外锥环靠近所述接合齿的一侧，所述连接部连接在所述内锥环和所述外锥环远离所述接合齿的一侧，所述内锥环、所述外锥环和所述连接部构成用于所述双锥摩擦部插入的所述锥形环槽。

进一步地，所述内锥环的内表面和所述外锥环的外表面均为圆锥面。

进一步地，所述连接部至少包括两个弧形段，周向均布设置在所述外锥环和所述内锥环的一侧。

进一步地，沿所述齿毂的外花键径向设有伸入到所述肋板上的第一滑槽；所述齿套的内花键上设有与所述第一滑槽正对的第二滑槽；所述弹性滑块浮设于所述第一滑槽和所述第二滑槽内。

进一步地，所述弹性滑块包括用于伸入所述第一滑槽的插入部和用于与所述齿毂的外花键衔接的弧形接合部，所述弧形接合部的外表面设有结构与所述齿毂的外花键相同的花键，所述插入部插入所述第一滑槽后，所述弧形接合部和所述齿毂的外花键构成连续的花键齿。

进一步地，所述齿套的内花键连续设置。

进一步地，所述齿毂的内花键具有向所述齿轮方向延伸的轴向限位部，所述齿轮的中心孔上对应设有用于与所述轴向限位部抵顶的限位台阶。

进一步地，所述齿轮的轮毂上设有用于轴向定位所述接合齿的限位圆台。

本发明另一目的在于提供一种汽车，上述的双锥同步器。

本发明提供的双锥同步器及汽车的有益效果在于：与现有技术相比，本发明双锥同步器，同步环包括齿圈、内锥环和外锥环，同步环同时具有两个摩擦面，齿圈用于与换挡时轴向移动的齿套啮合，同步环同时具有传统三环结构的同步环的功能，因此减少了同步环的数量，降低了同步环的加工成本，简化了装配流程，提高了装配效率，且由于同步环零部件的减少，结构紧凑，同时也降低了零部件之间配合产生的噪音量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的双锥同步器的爆炸分解结构示意图；

图2为本发明实施例提供的双锥同步器的主视结构示意图；

图3为沿图2中A-A线的剖视结构示意图；

图4为图3所示的弹性滑块的放大结构图；

图5为图本发明实施例所示的齿轮的立体结构示意图；

图6为本发明实施例所采用的同步环的立体结构示意图；

图7为本发明实施例所采用的齿毂的立体结构示意图；

图8为本发明实施例所采用的弹性滑块的立体结构图；

图9为现有技术同步器的爆炸分解结构示意图；

图10为图9所示的同步器的剖面结构示意图。

其中，图中标记：

1-齿轮；11-双锥摩擦部；12-限位台阶；13-限位圆台；2-接合齿；3-同步环；31-齿圈；32-卡爪；33-内锥环；34-外锥环；35-锥形环槽；4-齿毂；41-卡爪槽；42-第一滑槽；5-齿套；51-第二滑槽；6-弹性滑块；61-滚珠；62-弧形接合部；63-插入部；64-弹簧；7-同步内环；8-同步中环；9-同步外环。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1至图3，现对本发明提供的双锥同步器进行说明。所述双锥同步器，包括齿轮1、接合齿2、同步环3、齿毂4、齿套5和弹性滑块6，齿毂4套接于齿套5内，弹性滑块6浮设于齿毂4和齿套5之间，同步环3设于齿毂4的一侧，接合齿2与齿轮1固定连接，且位于齿轮1和同步环3之间，齿轮1的一侧设有沿轴向延伸且内外表面均为圆锥面的双锥摩擦部11；同步环3设有用于与双锥摩擦部11摩擦配合的锥形环槽35、沿锥形环槽35的大端径向向外延伸的齿圈31和设于锥形环槽35小端的卡爪32，齿圈31位于齿毂4的外侧，用于与轴向移动的齿套5啮合，锥形环槽35和双锥摩擦部11均伸入到齿毂4的内花键和外花键之间，齿毂4的肋板上设有用于卡爪32伸入的卡爪槽41。

本发明提供的双锥同步器，与现有技术相比，同步环3同时包括齿圈31、内锥环和外锥环，同步环同时具有两个摩擦面，齿圈31用于换挡时与轴向移动的齿套啮合，一个同步环3同时具有传统三环结构的同步环3的功能，减少了同步环3的数量，降低了同步环3的加工成本，简化了装配流程，提高了装配效率，由于同步环3零部件的减少，结构紧凑，同时也降低了零部件之间配合产生的噪音量。

参见图7，由于卡爪槽41开设在齿毂4的肋板上，齿毂4的外花键的连续性不会受到卡爪槽41的影响，因此，提高了齿毂与齿套正常啮合的齿数，进而提高了齿毂4的承载力。

本发明提供的双锥同步器的同步过程工作原理为：如图3所示，换挡时，齿套5带着弹性滑块6轴向移动，弹性滑块6与同步环3先接触并对同步环3施加力，迫使其轻压齿轮1锥面并产生较小的摩擦力矩，在摩擦力矩作用下，同步环3由于其卡爪32与齿毂4存在周向限位，同步环3随齿轮1旋转一定的角度，随着换挡力的增大，齿套5克服弹性滑块6的阻挡力继续轴向移动，与同步环3接触并使同步环3压紧在齿轮1的内外两锥面上，产生摩擦扭矩，此时同步环3为锁止状态，齿套的锁止角与同步环的齿圈的锁止角压紧后，换挡力由齿套5传递到同步环3上，使同步环产生摩擦力矩，同步齿轮与同步环的转速差。此时，同步器系统处于锁止状态时，齿套5不会移动，同步环3与齿轮1转速同步后，齿套拨正同步环且再次移动，与接合齿2在倒锥面相啮合完成换挡。

请一并参阅图1至图3、图6，作为本发明提供的双锥同步器的一种具体实施方式，同步环3包括用于与双锥摩擦部11的内表面摩擦配合的内锥环33和与双锥摩擦部的外表面摩擦配合的外锥环34，卡爪32连接在内锥环33和外锥环34之间，齿圈31设于外锥环34靠近接合齿2的一侧，卡爪32连接在内锥环33和外锥环34远离接合齿2的一侧，内锥环33、外锥环34和卡爪32构成用于双锥摩擦部11插入的锥形环槽35。本发明采用的一体结构的双锥同步环3结构，其结构相对常用三环组成的双锥同步环，在摩擦材料宽度相同的情况下，整个系统的结构更加紧凑，安装装配更加简便。

其中，由于同步环3结构的变化，同步环3的花键齿均设置在齿圈31上，齿圈31外周为连续的花键齿，增大了同步环3的强度，避免了现有三环结构的同步环3花键卡爪32根部断裂的风险；同时，由于本发明中同步环3的卡爪32与齿套5没有连接关系，因此在齿套5上无需设置相应的卡爪槽41，避免了齿套5上由于要设置用于卡爪32卡接的卡爪槽41而需要降低内花键的高度的问题，减少了齿套5内花键的种类，保持了齿套5内花键的完整性，降低了加工难度和加工成本。同时，由于同步环3的结构变化，齿套5内无需设置矮齿，因此与接合齿2的正常啮合齿数增多，啮合强度提高，进而提高传动的可靠性。

请参阅图3及图6，作为本发明提供的双锥同步器的一种具体实施方式，内锥环33的内表面和外锥环34的外表面均为圆锥面。

参阅图3及图6，作为本发明提供的双锥同步器的一种具体实施方式，卡爪32至少包括两个，周向均布设置在外锥环34和内锥环33的一侧，其中，内锥环33、外锥环34和卡爪32一体成型。本实施例中，设有三个卡爪32，对应的齿毂4的肋板上设有三个卡爪槽41或卡爪孔。其中，卡爪的外形结构为弧形，卡爪的断面为凹槽结构，其内外表面即为内锥环33的内表面和外锥环34的外表面延伸而成，因此，卡爪的根部宽度大于卡爪的顶部宽度，强度提高，减少了卡爪断裂的风险。

请参阅图1及图7，作为本发明提供的双锥同步器的一种具体实施方式，沿齿毂4的外花键径向设有伸入到肋板上的第一滑槽42；齿套5的内花键上设有与第一滑槽42正对的第二滑槽51；弹性滑块6浮设于第一滑槽42和第二滑槽51内。本实施例中，卡爪槽41设置在肋板上，弹性滑块6补充齿毂4部位的缺失。

可选地，弹性滑块6采用现有技术公开的结构，而作为本发明提供的双锥同步器的一种具体实施方式，请参阅图2、图4及图8，在齿毂的圆周方向均布三个弹性滑块，弹性滑块6包括用于插入第一滑槽42的基体、与第二滑槽51滑动配合的滚珠61和借助滚珠61的挤压弹性压缩的弹簧64，沿基体径向设有用于放置弹簧64的盲孔。其中，基体包括用于伸入第一滑槽42的插入部63和用于与齿毂4的外花键衔接的弧形接合部62，弧形接合部62的外表面设有结构与齿毂4的外花键相同的花键，插入部63插入第一滑槽42后，弧形接合部62和齿毂4的外花键构成连续的花键齿，盲孔贯穿弧形接合部62并伸入到插入部63。本实施例中，弹性滑块6的插入部63填充肋板的缺失，弧形接合部62填充外花键的缺失，齿毂4的卡爪槽41处的花键得到补全，使得齿毂4外花键工作齿数增多，齿毂4的完整性得到加强，提高了齿毂4的整体强度，在相同条件下，单个花键承载力降低，避免齿毂4外花键断裂的风险。

参阅图1，作为本发明提供的双锥同步器的一种具体实施方式，齿套5的内花键连续设置。能够提高与接合齿2啮合的强度，提高了传动的可靠性。

请参阅图1及图5，作为本发明提供的双锥同步器的一种具体实施方式，齿轮1的轮毂上设有用于轴向定位接合齿2的限位圆台13。接合齿2焊接在齿轮1上，焊接直径大，强度较高，接合齿2的一侧紧靠限位圆台的端面，对接合齿2起到轴向限位。本发明中，采用的薄片式接合齿2，接合齿2的结构不带锥面，同时由于双锥同步环3的结构变更，接合齿2不需要卡爪槽41的结构，降低了接合齿2的加工成本。

请参阅图3，作为本发明提供的双锥同步器的一种具体实施方式，齿毂4的内花键具有向齿轮1方向延伸的轴向限位部，齿轮1的中心孔上对应设有用于与轴向限位部抵顶的限位台阶12。本实施例中，同步环3的两锥面和齿轮1的两锥面配合，作为同步环3的径向限位，齿轮1的双锥摩擦部11和齿毂4的端面作为同步环3的轴向限位，限位台阶12作为齿毂4的轴向限位，工作时，由齿套5推动同步环3压紧齿轮1的两锥面实现同步转速差。

可选地，齿毂4和同步环3采用粉末冶金的方式加工，相比机加工的方式，降低了加工成本。

本发明提供的双锥同步器，结构简单、布局紧凑、强度高、安装简单，能够解决传统同步器系统装配繁琐，齿毂4缺齿多、卡爪槽41易应力集中、带卡爪槽41的接合齿2强度低、整体轴向空间大等问题，齿毂4及同步环3使用粉末冶金更具价格优势。

本发明另一目的在于提供一种汽车，具有上述的双锥同步器。

本发明提供的汽车，由于采用了上述的双锥同步器，仅仅具有一个同步环，布局紧凑，能够解决传统同步器装配繁琐，齿毂缺齿多、卡爪槽易应力集中、接合齿啮合强度低、整体轴向空间大等问题，降低汽车的故障率，提高整车的装配效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.双锥同步器，包括齿轮、接合齿、同步环、齿毂、齿套和弹性滑块，所述齿毂套接于所述齿套内，所述弹性滑块浮设于所述齿毂和所述齿套之间，所述同步环设于所述齿毂的一侧，所述接合齿与所述齿轮固定连接，且位于所述齿轮和所述同步环之间，其特征在于，所述齿轮的一侧设有沿轴向延伸且内外表面均为圆锥面的双锥摩擦部；所述同步环设有用于与所述双锥摩擦部摩擦配合的锥形环槽、沿所述锥形环槽的大端径向向外延伸的齿圈和设于所述锥形环槽小端的卡爪，所述齿圈位于所述齿毂的外侧，用于与轴向移动的所述齿套啮合，所述锥形环槽和所述双锥摩擦部均伸入到所述齿毂的内花键和外花键之间，所述齿毂的肋板上设有用于所述卡爪伸入的卡爪槽；

换挡时，所述齿套带动所述弹性滑块轴向移动，所述弹性滑块对所述同步环施加力，以使所述同步环随所述齿轮旋转；且随着换挡力的增大，当所述齿套与所述同步环接触并使所述同步环压紧在齿轮的内外锥面上，所述同步环锁止以同步所述齿轮与所述同步环的转速差；所述同步环与所述齿轮转速同步后，所述齿套拨正所述同步环且再次移动，与所述接合齿啮合完成换挡；

所述同步环包括用于与所述双锥摩擦部的内表面摩擦配合的内锥环和与所述双锥摩擦部的外表面摩擦配合的外锥环，所述齿圈位于所述外锥环靠近所述接合齿的一侧，所述卡爪连接在所述内锥环和所述外锥环远离所述接合齿的一侧，所述内锥环、所述外锥环和所述卡爪构成用于所述双锥摩擦部插入的所述锥形环槽；

所述内锥环的内表面和所述外锥环的外表面均为圆锥面。

2.如权利要求1所述的双锥同步器，其特征在于，所述卡爪至少包括两个，周向均布设置在所述外锥环和所述内锥环的一侧。

3.如权利要求2所述的双锥同步器，其特征在于，沿所述齿毂的外花键径向设有伸入到所述肋板上的第一滑槽；所述齿套的内花键上设有与所述第一滑槽正对的第二滑槽；所述弹性滑块浮设于所述第一滑槽和所述第二滑槽内。

4.如权利要求3所述的双锥同步器，其特征在于，所述弹性滑块包括用于伸入所述第一滑槽的插入部和用于与所述齿毂的外花键衔接的弧形接合部，所述弧形接合部的外表面设有结构与所述齿毂的外花键相同的花键，所述插入部插入所述第一滑槽后，所述弧形接合部和所述齿毂的外花键构成连续的花键齿。

5.如权利要求1所述的双锥同步器，其特征在于，所述齿套的内花键连续设置。

6.如权利要求1所述的双锥同步器，其特征在于，所述齿毂的内花键具有向所述齿轮方向延伸的轴向限位部，所述齿轮的中心孔上对应设有用于与所述轴向限位部抵顶的限位台阶。

7.如权利要求1所述的双锥同步器，其特征在于，所述齿轮的轮毂上设有用于轴向定位所述接合齿的限位圆台。

8.汽车，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的双锥同步器。

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