CN114941665B - 一种变速器换挡系统的同步机构 - Google Patents

Abstract

一种变速器换档系统的同步机构，属于变速器技术领域。齿毂外壁有多个滑块总成并外侧啮合套装有齿套，齿套与多个滑块总成配合设置；齿毂与波形簧以及变速器从动齿轮端面贴合设置，变速器从动齿轮轮毂外侧套有齿轮结合齿圈，齿轮结合齿圈圈毂外侧套有同步环，同步环与波形簧另一端贴合设置并同步环与滑块总成及齿套配合设置。本发明解决了换挡二段感问题，解决了换挡卡滞问题，消除了变速器运转出现的刮擦噪音，提高了齿轮结合齿圈使用寿命，避免了齿套与齿毂周向错装问题，解决了同步器滑块总成翘起脱出无法摘挡问题，增加了锥面配合摩擦面积快速建立摩擦关系，给变速器带来优异的换挡性能。

Description

一种变速器换挡系统的同步机构

技术领域

本发明涉及一种变速器换挡系统的同步机构，属于变速器技术领域。

背景技术

动态换挡性能直接影响着驾驶的舒适性，是整车换挡性能的关键指标。现今整车厂大规格离合器、双离合器的使用，使得变速器输入端转动惯量增加，导致了变速器换挡性能下降。为了保证换挡时的平顺、无冲击、轻便及操作便利等使用要求，目前绝大部分手动变速器均应用同步机构。

现有变速器换挡系统的同步机构受变速器尺寸、成本的限制，性能提升空间较小，无法满足客户换挡舒适度要求。在实际驾驶换挡过程中，用户主要反馈以下几类问题：

(1)、现有技术的变速器换挡不顺畅、存在二段感，且升挡工况较降挡工况二段感更明显；

(2)、现有技术弹簧通常为环簧，环簧与同步环端面接触面积小，弹力分布不均且内径和外径对弹簧影响较大，受径向尺寸约束弹力范围小，导致变速器运转过程中有刮擦音；

(3)、现有技术采用齿套端面与齿轮结合齿圈齿上凸台限位，因齿轮结合齿圈齿上凸台齿厚较小，热处理加工易淬透，易出现断裂故障，因同步器齿套内花键断齿，导致变速器存在打齿问题；

(4)、现有技术滑块总成轴向长度不足，挂挡后同步器滑块总成容易翘起脱出，造成无法摘挡。

综上所述四类问题，严重影响驾驶人驾驶舒适性，现急需一种可提升变速器换挡性能的同步机构。

发明内容

为解决背景技术中存在的问题，本发明提供一种变速器换挡系统的同步机构。

实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种变速器换挡系统的同步机构，包括齿套、齿毂、滑块总成、波形簧、同步环以及齿轮结合齿圈；所述齿毂的外壁设有多个滑块总成，并齿毂的外侧啮合套装有齿套，所述齿套与多个滑块总成配合设置；齿毂的齿毂幅板与波形簧的一端贴合设置，齿毂的端面与变速器从动齿轮的端面贴合设置，所述变速器从动齿轮的轮毂的外侧套装有齿轮结合齿圈，所述齿轮结合齿圈的圈毂的外侧套装有同步环，所述同步环与波形簧的另一端贴合设置，并同步环与滑块总成以及齿套配合设置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过在齿套、齿轮结合齿圈上设置不同的花键齿结构，缩短了齿套换挡自由滑行行程，从而解决换挡二段感问题；

2、本发明通过更改滑块球窝截面形状，优化了滑块预同步过程，避免齿套内齿与齿轮结合齿圈齿接触时，同步环与齿轮锥面抱紧给齿套滑动带来阻力，从而解决换挡卡滞问题，使换挡更顺畅；

3、本发明重新设计了波形簧结构，波形簧与同步环接触面积大、弹力分布均匀，结构简单且易于实现，消除了变速器运转出现的刮擦噪音；

4、本发明通过在齿套、齿毂弧形齿板上设置一定数量限位齿、限位齿槽，防止挂挡越程，解决现有换挡限位方式零件啮合花键齿断裂问题，提高了齿轮结合齿圈使用寿命，也避免了齿套与齿毂周向错装问题；

5、本发明通过更改同步环整体结构，实现同步系统空间尺寸不变的情况下，增加了滑块轴向长度，解决挂挡后同步器滑块总成翘起脱出，导致的无法摘挡问题，还增加了锥面配合摩擦面积，在换挡过程中快速建立摩擦关系；

6、本发明内锥面碳布的两边侧设有多个左右一一交替设置的油槽，有利于配合锥面的润滑及降温，从而给变速器带来优异的换挡性能。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的结构爆炸图；

图3是齿套的结构示意图；

图4是图3的主视图；

图5是图4的剖视图；

图6是拨正齿与同步齿的结构对照图；

图7是同步齿以及拨正齿换挡同步过程示意图，其中：39表示无同步环齿配合；

图8是拨正齿与齿轮结合齿圈齿接触示意图，其中：(a)表示拨正齿的短边与齿轮结合齿圈齿的短边接触，(b)表示拨正齿的长边与齿轮结合齿圈齿的长边接触；

图9是齿毂的结构示意图；

图10是换档硬限位方式的结构对照图，其中：(a)为本发明的换档硬限位方式示意图，(b)为现有技术的换档硬限位方式示意图，40表示换档硬限位位置，41表示现有技术的齿轮结合齿圈花键凸台；

图11是滑块总成的结构示意图；

图12是极限工况下滑块总成露出量示意图；

图13是滑块球窝与钢球作用对照示意图，其中：(a)为现有技术的滑块球窝与钢球作用示意图，(b)为本发明的滑块球窝与钢球作用示意图；

图14是本发明滑块球窝改善效果示意图，其中：42表示齿套与齿轮结合齿圈的接触位置；

图15是本发明的波形簧的结构示意图；

图16是图15的侧视图；

图17是现有技术的波形簧的结构示意图；

图18是图17的侧视图；

图19是本发明的同步环的后视轴测图；

图20是本发明的同步环的主视轴测图；

图21是现有技术的同步环的结构示意图；

图22是齿轮结合齿圈的主视图；

图23是图22的剖视图；

图24是滑块总成轴向长度以及同步环锥面长度的示意图；

图25是同步齿换档自由滑行过程对照示意图，其中：(a)为现有技术的同步齿换档自由滑行过程示意图，(b)为本发明同步齿换档自由滑行过程示意图，43表示齿套碰齿轮结合齿圈位置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种变速器换挡系统的同步机构，包括齿套1、齿毂2、滑块总成3、波形簧4、同步环5以及齿轮结合齿圈6；所述齿毂2的外壁沿其周向均布设有多个滑块总成3，并齿毂2的外侧啮合套装有齿套1，所述齿套1与多个滑块总成3配合设置；齿毂2的齿毂幅板19与波形簧4的一端贴合设置，齿毂2的端面与变速器从动齿轮35的端面贴合设置，所述变速器从动齿轮35的轮毂的外侧套装有齿轮结合齿圈6，所述齿轮结合齿圈6的圈毂的外侧套装有同步环5，所述同步环5与波形簧4的另一端贴合设置，并同步环5与滑块总成3以及齿套1配合设置。

如图3-5所示，所述齿套1的内齿为全齿结构，包括沿齿套1周向交替均布设置的三组拨正齿8、九组同步齿9以及三组限位齿10；每组所述拨正齿8均包括左槽齿20、球窝齿21以及右槽齿22，所述左槽齿20、球窝齿21以及右槽齿22紧邻设置，并左槽齿20的左槽23、球窝齿21的滑块球窝7以及右槽齿22的右槽24配合连通设置，左槽齿20与右槽齿22分别与对应的同步齿9相邻设置；每组所述限位齿10均包括一个左半齿25以及一个右半齿26，每个所述左半齿25以及右半齿26之间设有一组同步齿9，每个左半齿25以及右半齿26的长度均比同步齿9的长度短L2。限位齿10是在同步齿9上铣深L2尺寸后加工而成，齿套1一侧有三处周向均布的左半齿25，齿套1另一侧有三处周向均布的右半齿26，左半齿25和右半齿26铣齿方向相反。

如图6所示，每组所述拨正齿8的左槽齿20、球窝齿21以及右槽齿22的两端均比同步齿9长L1，如图7、8所示，在换挡过程中，拨正齿8与同步环5无花键齿位置配合，不参与同步过程，因拨正齿8超出了同步齿9有L1的距离，这时拨正齿8滑行距离比同步齿9滑行距离少L1，先于同步齿9进入啮合阶段，可拨正齿轮结合齿圈6的花键齿11，有利于同步齿9与齿轮结合齿圈6的花键齿11的啮合。并每组拨正齿8的左槽齿20、球窝齿21以及右槽齿22的花键锁止角中心线与同步齿9的花键锁止角中心线相比均偏移至同步齿9的花键锁止角中心线一侧的L3距离，使得每组拨正齿8的左槽齿20、球窝齿21以及右槽齿22的两侧锁止半角不同，即β1≠β2，且每组拨正齿8的左槽齿20、球窝齿21以及右槽齿22的锁止角均小于同步齿9的锁止角，即β1+β2＜2α；使齿套1更容易与齿轮结合齿圈6的花键齿11啮合，有效减小了二次冲击并改善了升挡侧换挡舒适性。所述拨正齿8与同步齿9主要差异为花键长度、锁止角形状的不同，通过应用不同规格刀具加工。

如图9所示，所述齿毂2的每个安装槽29内均设有滑块总成3，所述滑块总成3与拨正齿8配合设置，齿毂2的渐开线花键齿上设有两组限位齿槽17，所述两组限位齿槽17的槽口反向设置，并每组限位齿槽17分别与对应的左半齿25以及右半齿26配合设置，实现换挡限位功能。通过齿套1与齿毂的弧形齿板30配合限位，解决原有同步系统换挡硬限位方式啮合花键断裂问题，提高了齿轮结合齿圈6的使用寿命，也避免了齿套与齿毂周向错装问题。

如图11所示，所述滑块总成3包括钢球36、滑块外壳体37以及弹簧38；所述滑块外壳体37设置在对应的安装槽29内，滑块外壳体37的内部设有钢球36以及弹簧38，所述钢球36设置在弹簧38的上端，并钢球36的上端伸出至滑块外壳体37的外侧后与球窝齿21的滑块球窝7配合设置；所述弹簧38的两端分别抵靠在滑块外壳体37的内底面以及钢球36上。如图12所示，极限状态下滑块露出量L13应保证小于滑块轴向长度L11的一半，否则无法摘挡，同时本发明滑块总成轴向长度L11大于现有技术的滑块总成轴向长度L14，解决了滑块总成翘起脱出，无法摘挡故障。

每个所述球窝齿21的滑块球窝7的截面均为等腰梯形结构，所述等腰梯形结构的两个腰边与滑块总成3的钢球36接触配合设置，本发明使得滑块总成3中的钢球36的压缩长度L9大于现有技术中的钢球的压缩长度L8，增加了滑块球窝7给与钢球的作用力，从而增加换挡预同步过程中滑块总成3对同步环5的作用力，使同步环5锥面快速建立摩擦关系，使得滑块总成3的作用行程L7小于现有技术中滑块总成的作用行程L6，且如图13、14所示，在齿套与齿轮结合齿圈刚接触时，齿套球窝结束处与滑块钢球最高点距离L10＞0，即此时钢球已被压缩至最低点，轴向对同步环无推力作用，可防止齿套与齿轮结合齿圈接触时同步环与齿轮锥面抱紧带来阻力，从而换挡更顺畅。

如图15、16所示，所述波形簧4安装在齿毂2与同步环5轴向间隙中，波形簧4包括一体成型设置的环形片27以及多个爪片28，所述多个爪片28沿环形片27的周向间隔60°均布设置，所述环形片27与齿毂2的齿毂幅板19贴合设置，多个爪片28与同步环5贴合设置。在使用时，波形簧4的弹力可对同步环5起到推动作用，实现稳定同步环5的功能，有效解决了换挡过程中因同步环5工作状态不稳定，振动产生刮擦噪音的问题。

如图19-21所示，所述同步环5包括内锥面碳布16、环形凸起18、同步环环体31、圆环体32、多组同步环齿14以及多个安装凸台33；所述同步环环体31的一端面设有一体成型的同轴设置的圆环体32，所述圆环体32的外侧壁沿其周向均布设有一一交替设置的多组同步环齿14以及多个安装凸台33，所述多组同步环齿14与齿套1的同步齿9啮合连接，所述多个安装凸台33与对应的滑块总成3的滑块外壳体37的上端面配合设置；安装凸台33起定位作用以及在换档工作过程中，滑块总成推力推动同步环，使同步环内锥面与齿轮结合齿圈外锥面接触，进而发挥同步功能。并圆环体32的端面设有一体成型的同轴设置的环形凸起18，同步环环体31的另一端面15与波形簧4的多个爪片28贴合设置，同步环环体31的内壁为锥形结构，并同步环环体31的内壁设有内锥面碳布16。

所述内锥面碳布16的两边侧沿其周向设有多个左右一一交替设置的油槽，与传统同步环锥面碳布相比，有利于同步锥面间润滑及降温，且左右一一交替设置不会降低锥面摩擦关系。

如图22、23所示，所述齿轮结合齿圈6包括圈毂34以及多个齿轮结合齿圈齿11；所述圈毂34的外侧壁为外锥面13，所述外锥面13的大直径端沿其周向均布设有多个齿轮结合齿圈齿11，所述多个齿轮结合齿圈齿11端面的齿根部沿齿轮结合齿圈6的周向设有环形凹槽12，所述环形凹槽12与环形凸起18配合设置；环形凹槽12延长了外锥面13的长度，使得整体同步系统轴向空间不变的情况下，同步环锥面作用长度L12大于现有技术同步环锥面长度L15，同时滑块轴向长度L11增加，解决挂挡后同步器滑块总成翘起脱出，导致的无法摘挡问题。每个齿轮结合齿圈齿11的花键锁止角中心线与同步齿9的花键锁止角中心线相比均偏移至同步齿9的花键锁止角中心线另一侧的L3距离，使得每个齿轮结合齿圈齿11的两侧锁止半角不同，且每个齿轮结合齿圈齿11的锁止角均小于同步齿9的锁止角。由于每个齿轮结合齿圈齿11的花键锁止角中心线与同步齿9的花键锁止角中心线相比均偏移至同步齿9的花键锁止角中心线另一侧的L3距离，此种非对称设计使得本发明齿轮结合齿圈齿11与同步齿9的滑行行程L5小于现有技术齿套滑行行程为L4，缩短了自由滑行行程，继而降低换挡卡滞感。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种变速器换挡系统的同步机构，其特征在于：包括齿套（1）、齿毂（2）、滑块总成（3）、波形簧（4）、同步环（5）以及齿轮结合齿圈（6）；所述齿毂（2）的外壁设有多个滑块总成（3），并齿毂（2）的外侧啮合套装有齿套（1），所述齿套（1）与多个滑块总成（3）配合设置；齿毂（2）的齿毂幅板（19）与波形簧（4）的一端贴合设置，齿毂（2）的端面与变速器从动齿轮（35）的端面贴合设置，所述变速器从动齿轮（35）的轮毂的外侧套装有齿轮结合齿圈（6），所述齿轮结合齿圈（6）的圈毂的外侧套装有同步环（5），所述同步环（5）与波形簧（4）的另一端贴合设置，并同步环（5）与滑块总成（3）以及齿套（1）配合设置；所述齿套（1）的内齿包括沿齿套（1）周向交替均布设置的三组拨正齿（8）、九组同步齿（9）以及三组限位齿（10）；每组所述拨正齿（8）均包括左槽齿（20）、球窝齿（21）以及右槽齿（22），所述左槽齿（20）、球窝齿（21）以及右槽齿（22）紧邻设置，并左槽齿（20）的左槽（23）、球窝齿（21）的滑块球窝（7）以及右槽齿（22）的右槽（24）配合连通设置，每组所述限位齿（10）均包括一个左半齿（25）以及一个右半齿（26），每个所述左半齿（25）以及右半齿（26）之间设有一组同步齿（9），每个左半齿（25）以及右半齿（26）的长度均比同步齿（9）的长度短L2；每组所述拨正齿（8）的左槽齿（20）、球窝齿（21）以及右槽齿（22）的两端均比同步齿（9）长L1，并每组拨正齿（8）的左槽齿（20）、球窝齿（21）以及右槽齿（22）的花键锁止角中心线与同步齿（9）的花键锁止角中心线相比均偏移至同步齿（9）的花键锁止角中心线一侧的L3距离，使得每组拨正齿（8）的左槽齿（20）、球窝齿（21）以及右槽齿（22）的两侧锁止半角不同，即β1≠β2，且每组拨正齿（8）的左槽齿（20）、球窝齿（21）以及右槽齿（22）的锁止角均小于同步齿（9）的锁止角，即β1＋β2＜2α；所述齿轮结合齿圈（6）包括圈毂（34）以及多个齿轮结合齿圈齿（11）；所述圈毂（34）的外侧壁为外锥面（13），所述外锥面（13）的大直径端设有多个齿轮结合齿圈齿（11），所述多个齿轮结合齿圈齿（11）端面的齿根部沿齿轮结合齿圈（6）的周向设有环形凹槽（12），所述环形凹槽（12）与环形凸起（18）配合设置；每个齿轮结合齿圈齿（11）的花键锁止角中心线与同步齿（9）的花键锁止角中心线相比均偏移至同步齿（9）的花键锁止角中心线另一侧的L3距离，使得每个齿轮结合齿圈齿（11）的两侧锁止半角不同，且每个齿轮结合齿圈齿（11）的锁止角均小于同步齿（9）的锁止角。

2.根据权利要求1所述的一种变速器换挡系统的同步机构，其特征在于：所述齿毂（2）的每个安装槽（29）内均设有滑块总成（3），所述滑块总成（3）与拨正齿（8）配合设置，齿毂（2）的渐开线花键齿上设有两组限位齿槽（17），所述两组限位齿槽（17）的槽口反向设置，并每组限位齿槽（17）分别与对应的左半齿（25）以及右半齿（26）配合设置。

3.根据权利要求2所述的一种变速器换挡系统的同步机构，其特征在于：所述滑块总成（3）包括钢球（36）、滑块外壳体（37）以及弹簧（38）；所述滑块外壳体（37）设置在对应的安装槽（29）内，滑块外壳体（37）的内部设有钢球（36）以及弹簧（38），所述钢球（36）设置在弹簧（38）的上端，并钢球（36）的上端伸出至滑块外壳体（37）的外侧后与球窝齿（21）的滑块球窝（7）配合设置；所述弹簧（38）的两端分别抵靠在滑块外壳体（37）的内底面以及钢球（36）上。

4.根据权利要求3所述的一种变速器换挡系统的同步机构，其特征在于：每个所述球窝齿（21）的滑块球窝（7）的截面均为等腰梯形结构，所述等腰梯形结构的两个腰边与滑块总成（3）的钢球（36）接触配合设置。

5.根据权利要求1所述的一种变速器换挡系统的同步机构，其特征在于：所述波形簧（4）包括一体成型设置的环形片（27）以及多个爪片（28），所述多个爪片（28）沿环形片（27）的周向设置，所述环形片（27）与齿毂（2）的齿毂幅板（19）贴合设置，多个爪片（28）与同步环（5）贴合设置。

6.根据权利要求1所述的一种变速器换挡系统的同步机构，其特征在于：所述同步环（5）包括内锥面碳布（16）、环形凸起（18）、同步环环体（31）、圆环体（32）、多组同步环齿（14）以及多个安装凸台（33）；所述同步环环体（31）的一端面设有一体成型的同轴设置的圆环体（32），所述圆环体（32）的外侧壁设有一一交替设置的多组同步环齿（14）以及多个安装凸台（33），所述多组同步环齿（14）与齿套（1）的同步齿（9）啮合连接，所述多个安装凸台（33）与对应的滑块总成（3）的滑块外壳体（37）的上端面配合设置；并圆环体（32）的端面设有一体成型的同轴设置的环形凸起（18），同步环环体（31）的另一端面（15）与波形簧（4）的多个爪片（28）贴合设置，同步环环体（31）的内壁为锥形结构，并同步环环体（31）的内壁设有内锥面碳布（16）。

7.根据权利要求6所述的一种变速器换挡系统的同步机构，其特征在于：所述内锥面碳布（16）的两边侧设有多个左右一一交替设置的油槽。

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