CN1208134A - 同步器 - Google Patents

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Abstract

一种涉及使布置得围绕一个共同轴线(12a)可相对转动的第一和第二传动装置借助摩擦同步和刚性地连接的同步器(18),它包括:第一咬合装置(30),它可轴向移动而与第二咬合装置(26)相啮合,而将这些传动装置(12,14)刚性地连接起来;第一摩擦装置(36),它可轴向移动而与第二摩擦装置相啮合,用于产生一个同步扭矩;可相互啮合的第一锁固用装置(40c,32h);可反抗同步扭矩的第一自增力装置(32f,20e);包括可沿着径向传递同步扭矩的弹性装置(60)的限制装置。

Description

同步器
本发明涉及一种用于变速器的同步器。
众所周知，同步器可以用于多速比的变速器中，以便有助于变换全部或者某些变速器速比。还知道，实施换挡的换挡作用力和/或时间通过应用自增力或者助推式同步器而可以减少。由于所要求的操作者的换挡作用力通常随着车辆的尺寸而增加，所以自增力式同步器在重型卡车的变速器中和/或希望减少换挡时间和/或减少换挡作用力的变速器中是特别有用的。可能与这里所述的同步器有关的现有技术的同步器的实例通过参考下列资料可知：美国专利U.S.5078245；5092439；日本专利公告45-27483；德国专利公告1098824。这些资料通过引述而合并在本文中。
因此，本发明的目的是提供一种带有改进的自增力装置的同步器。
根据本发明，如在日本专利公告说明书45-27483中公开的并代表如在权利要求1的前序部分所述的现有技术的同步器包括用于使布置得可围绕一个共同轴线相对转动的第一和第二传动装置依靠摩擦同步和刚性地连接的同步器。该同步器包括：
第一咬合装置，该第一咬合装置可轴向移动而与第二咬合装置相啮合，用于借助一个轴向换挡作用力(F0)，随着该第一咬合装置的啮合运动而将这些传动装置刚性地连接起来；
第一摩擦装置，该第一摩擦装置可随着第一咬合装置的啮合运动而轴向移动并与第二摩擦装置相啮合，以便产生一个同步扭矩；
第一阻塞装置，该装置可随着第一咬合装置的啮合运动而啮合，用于防止牙嵌离合器件的非同步啮合和用于将换挡作用力(F0)传递给第一摩擦装置，以便在摩擦装置上产生啮合力；
自增力装置，该装置当啮合时可工作而反抗同步扭矩，用于沿着换挡作用力(F0)的方向产生一个附加轴向力，以便增加摩擦装置的啮合力；
用于限制附加轴向力的作用力的力的限制装置；
其改进的特征在于：
该力的限制装置包括布置得可在一个第一部件和该第一传动装置之间沿着径向传递同步扭矩的弹性装置。
现在通过结合附图描述本发明的实施例来说明本发明，其中：
图1示出了在空挡位置和沿着图2的线1-1截取的双作用同步器；
图2示出了沿着图1的线2-2所截取的图1的同步器；
图3A和3B示出了分别从垂直于和平行于其中轴的轴线看去的图1和2的一个元件的两个放大的视图；
图4是作用在同步器的换挡凸缘上的轴向力和扭矩的图解表示图；
图5和6示出了图1和2的自增力式部件的改进实施例。
附图通过消除了其中的部件的背景线而简化了。
在这里使用的术语“同步器”表示一种离合器机构，其用来借助一个刚性离合器将一个选择的变速齿轮不可转动地连接在一个轴上，其中，刚性离合器的试图啮合不能进行直至借助一个与该刚性离合器相连的同步摩擦离合器使该刚性离合器的两个部分基本同步转动时为止。术语“自增力”表示一种同步离合器机构，其包括斜面或者凸轮或者其它类似物，以便与摩擦离合器的同步扭矩成比例地增加同步摩擦离合器的啮合力。
现在请看附图1，2，3A和3B，其中示出了一个齿轮与同步器的总成10，它包括一个传动装置即安装在变速器中可围绕轴线12a转动的轴12，轴向隔开的传动装置即齿轮14，16和一个双作用同步器18。
轴12包括圆柱形表面12b和12c和一个环形零件20，其中，该些表面12b和12c通过轴承19可转动地将这些齿轮支承在其上，而该环形零件20的外圆周的直径大于这些圆柱形表面的直径。该环形零件20具有一个轴向节段，该轴向节段通过轴向背向的台阶20a和20b将这些齿轮分离开，而该些台阶限制了这些齿轮的彼此相向的轴向移动。这些齿轮彼此轴向移开可按照几种已知的方式中的任何方式来限制。该环形零件可以由固定在轴上的环来构成，或者如在这里所示的，与轴整体地构成。该环形零件的外圆周包括形成在其上的外花键20c，三个轴向长度等于该环形零件轴向节段长度的凹槽20d和自增力凸轮20e，20f，这些在以后将进一步予以说明。每个凹槽可以通过去掉所有的或者某些花键20c来形成。
同步器机构18包括固定在齿轮14，16上的摩擦环22，24和牙嵌离合器件26，28，一个带有内花键齿30a并且该花键齿可不断与形成在环形件20外圆周上的外花键齿20c滑动匹配的轴向可移动的牙嵌离合器件30，一个径向延伸的换挡凸缘32，该凸缘32具有轴向背向的侧面32a，32b，该侧面32a，32b被夹在保持器34的轴向面对的侧面之间，而该保持器34设置在在牙嵌离合器件30上的环形凹槽30b中，由三个周向隔开的销子40刚性地固定在一起的轴向可移动的的环形摩擦环36，38，而销子40从每个摩擦环轴向延伸并通过在该换挡凸缘32上的孔32c，和三个在图1中以释放状态示出的初增力器总成42。在图1和2的实施例中，保持器34可防止牙嵌离合器件30和换挡凸缘32之间的轴向移动而可容许它们之间的相对转动。
这些摩擦环包括锥形摩擦表面22a，36a和24a，38a，这些摩擦表面用于在这些牙嵌离合器件啮合之前使齿轮与轴同步摩擦啮合。可以采用广阔范围的锥角；七又二分之一度的锥角可用于这里的同步器。摩擦表面36a，38a和/或22a，24a可以由固定在基件上的几种已知摩擦材料中的任何材料来形成；这里，诸如在美国专利U.S.4700823；4844218和4778548中公开的热解碳摩擦材料是可取的。这些专利通过引述结合在本文中。
这些销子40各包括带有稍稍小于凸缘孔32c直径的直径的大直径部分40a和一个隔开在摩擦环36，38之间的(这里是在中间)减径或者凹槽部分40b，和锥形阻塞台阶或者表面40c，40d，这些台阶或者表面40c，40d从销子轴线向外径向延伸并以相对于垂直于销子轴线的平面的一定角度轴向彼此离开。该凹槽部分，当被放置在它们的相应的凸缘孔中时，容许该刚性的摩擦环和销子总成相对于凸缘有限的转动，以便实现销子阻塞台阶与围绕凸缘孔32c形成的倒角阻塞台阶32h相啮合。销子可以以几种已知的方式中的任何方式来刚性地固定在摩擦环36，38上。
初增力器总成42可以是几种形式中的任何一种，这里它们是拼合销子式的，其在美国专利U.S.5339936中有充分的展示和描述。每个初增力器总成轴向延伸在摩擦环36，38之间并穿过在换挡凸缘上的孔32d之中的一个孔。这些孔32d在这些孔32c之间交替地隔开。这里只要提及，每个初增力器总成包括两个带有端部44a的套管44和至少两个被夹在套管之间并且使套管偏压开来的片簧46，就够了。每对套管44当被挤压在一起时形成一个小于其相连孔32d直径的大直径，一个带有倒角端部表面44c的环形凹槽44b，和端部44a。如人们所知道的，端部44a作用在摩擦环36，38上而倒角44c随着凸缘32的初始啮合运动作用在围绕凸缘32的孔32d的倒角上，借此实现摩擦离合器和初始扭矩的初始结合运动，用于使销子40相对于凸缘32转动和使阻塞台阶啮合定位。
如上所述，牙嵌离合器件30包括内花键齿30a，而该花键齿30a与固定在轴上的零件20的外花键齿20c相配合。该外花键具有平行于轴的轴线延伸的腹面并且其与牙嵌离合器件花键的腹面的配合可防止它们之间的相对转动。牙嵌离合器件30还包括：三个径向延伸的孔30c，每个孔30c具有一个通过其滑动延伸的自增力连杆48；和三个在其外圆周上并且径向向外伸入在凸缘32的内圆周上的凹槽32e中的突耳30d。突耳和凹槽形成止档，用于限制凸缘32和可转动地固定在轴12上的牙嵌离合器件30之间的相对转动的量。连杆48在所有附图中显示在释放状态。每个凹槽的周向长度大于在其内的突耳的周向长度，以便容许凸缘32和牙嵌离合器件30之间的有限的相对转动而实现自增力机构的致动。
凸缘32还包括三对在其内圆周上的凸轮表面32f，32g，用于使连杆48沿着径向向内移向凸轮表面20e或者20f，以便对抗在锥形离合器和轴之间的同步扭矩而提供一个附加的轴向自增力，来增加由作用在凸缘32上的换挡力所初始啮合的锥形离合器的啮合力，借此，增加由锥形离合器提供的同步扭矩。在换高档和换低档时，随着凸缘的相对转动，凸轮表面32f，32g分别与连杆48的一个圆柱形斜坡或者凸轮随动表面48c相啮合，在连杆48上的斜面或者凸轮随动表面48a，48b将分别作用在凸轮表面20f，20e上，以便提供附加轴向力，用于分别增加齿轮16，14的同步扭矩。这些凸轮表面，如在这里所示，可为两个齿轮提供增加的同步力，因而可以在换高档和换低档时增加同步力。凸轮表面20e，20f可以这样形成，使得在其每个表面上的一条第一想象线处于平行于轴线12a的一个想象平面中而在其每个表面上的一条第二想象线与该第一想象线和平行于轴线的想象平面形成直角。凸轮随动表面48a，48b可以按照与凸轮表面20e，20f相同的规则来形成。凸轮表面32f，32g可以这样形成，使得在其表面上的一条第一想象线处于垂直于轴线12a的一个想象平面中，而在该表面上的一条第二想象线与该第一想象线和该垂直于轴线的想象平面形成一个直角。凸轮随动表面48c可以按照与凸轮表面32f，32g相同的规则来形成。在所有凸轮表面上的第一想象线可以是弯曲的，如在凸轮随动表面48c上所示。
当凸缘32处于图1的空挡位置时，销子40的减径部分40b与凸缘孔32c对中，借助弹簧46的作用力，通过初加力器42的倒角的或者倾斜的初加力器表面44c作用在围绕凸缘孔32d的初加力器倒角表面上，锥形离合器的摩擦表面稍稍隔开并且保持一种隔开的关系，而连杆48与在凸轮20e，20f之间轴向延伸的平台20g对中接触。平台20g和由初增力器表面提供的轴向力可以防止由于锥形离合器表面之间的油的粘滞剪切作用而使同步器自增力和无意中啮合。当希望将任何一个齿轮与轴连接时，一个例如由美国专利U.S.4920815所公开的并且通过引述合并在本文中的适当的并未予示出的换挡机构，将以已知的方式连接在凸缘32的外圆周上，以便使凸缘沿着轴12的轴线或者向左移动而连接齿轮14或者向右移动而连接齿轮16。换挡机构可以由操作人员通过一个连杆系统手工来操动，可以有选择地由一个致动器来操动，或者由一个这样的装置来操动，即它可以自动地引发换挡机构的运动并且还可以控制由换挡机构施加的作用力的大小。当换挡机构由手工操动时，作用力与由操作人员施加给换挡杠杆上的作用力成正比。不管是手工施加作用力还是自动地施加作用力，作用力都是沿着轴向施加在凸缘32上并且由图4中的箭头F0的长度来代表。
由操作人员的换挡作用力F0造成的凸缘32的向右的初始轴向移动将传递给初增力器表面44c而实现锥形表面38a与锥形表面24a的初始摩擦啮合。在锥形表面上的初始啮合作用力当然是弹簧46的作用力和初增力器表面角度的函数。该初始摩擦啮合(如果非同步条件存在并且暂时忽略自增力凸轮的作用)将产生一个锥形离合器的初始啮合作用力和可确保凸缘32和啮合的摩擦环之间的有限的相对转动的初始同步扭矩，并且因而销子减径部分40b移动到凸缘孔32c的适当的侧面而使销子阻塞台阶40d与围绕孔32c设置的阻塞台阶32h相啮合。当这些阻塞台阶相啮合时，操作人员的作用在凸缘32上的全部的换挡作用力F0将通过阻塞台阶传递给摩擦环38，借此锥形离合器由操作人员的换挡作用力F0的全部作用力所啮合而提供一个合成的操作人员的同步扭矩T0。该操作人员的同步扭矩T0由图4中的箭头T0代表。由于阻塞台阶布置得相对于操作人员换挡作用力F0的轴向方向成一定角度，所以它们产生一个反力或者与来自锥形离合器的同步扭矩相反的脱阻塞扭矩，但是在非同步条件期间其值较小。当达到基本同步时，同步扭矩将降低到脱阻塞扭矩之下，借此阻塞台阶将使销子40移入与孔32c同心的关系，因而容许凸缘继续轴向移动和牙嵌离合器件30的内花键/钳爪齿30a与齿轮16的牙嵌离合器件28的外花键/钳爪齿相啮合。该花键/钳爪齿可以按照如在美国专利U.S.3265173和4246993中所示的来构形，而这些专利通过引述结合在本文中。
在仍然忽略自增力斜面之作用的条件下，由作用力F0提供的锥形离合器的扭矩由方程式(1)表示。
T0＝F0RCμC/sinα                               (1)
其中：
RC＝锥形摩擦表面的平均半径，
μC＝锥形摩擦表面的摩擦系数，
α＝锥形摩擦表面的角度。
现在来看看自增力凸轮的影响，由于操作人员施加的轴向换挡作用力F0而产生的同步扭矩T0当然会由销子40传递给凸缘32并且通过连杆48跨过自增力凸轮表面而达到轴12。自增力凸轮表面，当啮合时，产生与换挡作用力F0相同方向的作用在凸缘上的轴向附加力Fa。该轴向附加力Fa将经过作用力的路径(包括轴向作用在牙嵌离合器件孔30c上的连杆48，保持环34和凸缘32)通过阻塞台阶表面而作用在啮合的摩擦表面上。作用力F0和Fa平行地作用在换挡凸缘32上，其加起来而提供一个总的作用力Ft，借此，将进一步增加锥形离合器的啮合力，提供一个附加同步扭矩Ta，该同步扭矩Ta加在扭矩T0而可提供一个总的扭矩Tt，用于啮合锥形离合器的轴向力之和是F0加Fa，而由锥形离合器产生的同步扭矩之和是T0加Ta，如图4的图解表示图所示。对于一个给定的操作人员换挡作用力F0和一个操作人员同步扭矩T0来说，轴向附加力的值最好是啮合的自增力斜面表面角度的函数。这些角度最好是足够大，以便能够根据操作人员的给定的适中的换挡力而可产生足以显著地增加同步扭矩和减少同步时间那样大小的附加力。然而，这些角度也最好是足够小的，以便产生一个可控制的轴向附加力Fa，即，作用力Fa最好是随着作用力F0的增加或者减小而增加或者减小。如果斜面角度太大，斜面将是自阻塞的，而不是自增力的；因此当实施锥形离合器的初始啮合时，作用力Fa将迅速并不可控制地增加，而与作用力F0无关，因此，将使锥形离合器不可控制地阻塞定。自阻塞而不是自增力将降低换挡质量或者换挡感觉，可能使同步器部件应力过大，并且可能造成锥形离合器表面过热和迅速磨损。
用于计算自增力斜面角度的主要变量和公式可以通过参阅上述的美国专利U.S.5092439知道。
图5和6示出了图1和2中的同步器的一些部分，其经过改进而包括了通过弹簧对作用力的限制，用于限制由凸轮表面产生的附加轴向力的最大值。该改进主要涉及利用弹簧座套60来代替连杆48，其中，该弹簧座套可以弹性地将同步扭矩从凸轮表面32f，32g沿着径向传递给凸轮表面20e，20f。牙嵌离合器件30设置有大直径的径向延伸的孔30c’，在该孔内设置有类似于销子48方式的弹簧座套60。
每个弹簧座套包括杯形元件62，64，而杯形元件分别具有端部62a和64a和圆柱形裙部62b，64b，这两个裙部彼此可滑动地接纳并限定一个内腔，在该内腔中具有压缩弹簧66，该弹簧沿着相反的径向方向偏压元件62，64。两个元件的超过所示的那种分离通过一个台阶64c和压入裙部孔中的销子68的啮合而得以避免。端部62a，64a可以具有类似连杆48的凸轮随动表面48c的那种弯曲的或者圆柱形的凸轮随动表面62c，64d。弯曲表面62c和/或64d的优点在于，当凸轮表面20e，20f，32f，32g的角度和/或曲率变化而改变附加轴向力的大小或者性质时，它们可以予以利用而无需变化。突耳30d和凹槽32e可以限制弹簧66可以从凸轮表面32f，32g传递给20e，20f的同步扭矩的最大值，因而限制可以在凸轮表面20e，20f上产生的附加轴向力的最大值。附加轴向力可以经过包括元件62，牙嵌离合器件30(经过径向延伸的孔30c’的表面)，保持器34，凸缘32(经过布置在凸缘和保持器之间的隔离环70)和阻塞表面的一个力路径而作用在锥形离合器上。
弹簧座套可以构形成能够防止弯曲表面62c和/或64d不与凸轮表面20e，20f，32f，32g对中的形状。例如，在端部62相对于端部64固定而不能转动的情况下，端部64a可以在隔离环70之间具有平的轴向面对的侧面，或者表面62c，64d，和20e，20f，32f，和32g可以在垂直于运动线的平面内具有匹配的凸起/凹陷的表面。
在本文中公开了一种销子式的同步器和一个可替换的实施例来说明本发明的主题。附后的权利要求意欲包括所公开主题的发明部分和据信在本发明精神范围内的变化和改进。

Claims (8)

1.一种用于使布置得围绕一个共同轴线(12a)可相对转动的第一和第二传动装置(12，14)借助摩擦同步和刚性地连接的同步器(18)，它包括：
第一咬合装置(30)，该第一咬合装置可轴向移动而与第二咬合装置(26)相啮合，用于借助一个第一轴向换挡作用力(F0)，随着该第一咬合装置的啮合运动而将这些传动装置(12，14)刚性地连接起来；
第一摩擦装置(36)，该第一摩擦装置可轴向移动而与第二摩擦装置(22)相啮合，用于借助第一换挡作用力(F0)，随着第一咬合装置(30)的啮合运动而产生一个同步扭矩(T0)；
第一阻塞装置(40c，32h)，该装置可随着第一咬合装置(30)的啮合移动而啮合，用于防止第一和第二咬合装置(30，26)的非同步啮合和用于将第一换挡作用力(F0)传递给第一摩擦装置(36)，以便产生第一和第二摩擦装置(36，22)的啮合力；
第一自增力装置(32f，20e)，该装置当啮合时可工作而反抗同步扭矩，用于沿着第一换挡作用力(F0)的方向产生一个第一附加轴向力(Fa)，以便增加第一和第二摩擦装置的啮合力；
用于限制附加轴向力(Fa)的作用力的力的限制装置(60，30c，32e)；其特征在于：
该力的限制装置(60，30c，32e)包括布置得可在一个第一部件(32)和该第一传动装置(12)之间沿着径向传递同步扭矩的弹性装置(60)。
2.如权利要求1所述的同步器(18)，其特征在于，它还包括一个安装得可围绕第一传动装置(12)的轴线(12a)转动的第三传动装置(16)；
第一咬合装置(30)可轴向移动而与第三咬合装置(28)相啮合，用于借助一个第二轴向换挡力(F0)随着第一咬合装置(30)的啮合运动而将第一和第三传动装置(12，16)刚性地连接起来；
第三摩擦装置(38)，该装置借助第二换挡力(F0)随着第一咬合装置(30)的啮合运动而与第四摩擦装置(24)相啮合，用于产生一个同步扭矩(T0)；
第二阻塞装置(40d，32h)，该装置可随着第一咬合装置(30)的啮合运动而移动进入啮合，用于防止第一和第三咬合装置(30，28)的非同步啮合和用于将第二换挡力(F0)传递给第三摩擦装置(38)，以便产生第三和第四摩擦装置(38，24)的啮合力；
第二自增力装置(32f，20f)，该装置啮合时可工作而反抗同步扭矩，用于沿着第二换挡力(F0)的方向产生一个第二附加力(Fa)，以便增加第第三和第四摩擦装置的啮合力；
用于限制第二附加轴向力(Fa)的作用力的力的限制装置(60，30c，32e)。
3.如权利要求1或者2所述的同步装置，其特征在于，该第一部件(32)是一个径向延伸的凸缘(32)，它与轴线(12a)同心并可借助第一换挡力而轴向移动，该凸缘包括第一凸轮(32f)；
保持装置(34)为轴向移动而将凸缘与第一咬合装置(30)相连接；
第一阻塞装置(40c，32h)包括至少第一和第二阻塞表面(40c，32h)，第一阻塞表面(40c)由一个类似销子的元件(40)限定，该类似销子的元件从第一摩擦装置(36)刚性地轴向延伸并伸入凸缘(32)上的孔(32c)，第二阻塞表面(32h)围绕该孔(32c)而形成；
第一咬合装置(30)包括一个径向延伸的孔(30c’)，在该孔内和第一与第二凸轮(32f，20e)之间布置有弹簧座套(60)。
4.如权利要求1-4中任何一项所述的同步器(18)，其特征在于，第一部件(32)安装得可随着同步扭矩而相对于第一传动装置(12)作有限的转动；
该力的限制装置(60，30c，32e)包括限制第一部件和第一传动装置(12)之间相对转动的止档装置(32e，30d)，用于将由弹性装置(60)传递的径向扭矩限制至一个初定的最大值和用于限制由自增力装置(32f，20e)反抗的同步扭矩。
5.如权利要求4所述的同步器(18)，其特征在于，该止档装置(32e，30d)包括第一和第二止档(32e，30d)，该第一和第二止档按照反对第一部件(32)和第一传动装置(12)的转动关系而分别固定，并且随着第一部件和第一传动装置之间的初定量的相对转动而相互啮合。
6.如权利要求1-5中任何一项所述的同步器(18)，其特征在于：
该自增力装置(32f，20e)包括分别固定在第一部件(32)和第二传动装置(12)上的第一和第二凸轮(32f，20e)；
沿着径向布置在第一和第二凸轮之间用于在这些凸轮之间传递同步扭矩的弹性装置(60)。
7.如权利要求6所述的同步器(18)，其特征在于，该弹性装置(60)是一个布置在在第一咬合装置(30)中的径向延伸孔(30c’)中的弹簧(66)。
8.如权利要求6所述的同步器(18)，其特征在于，该弹性装置是一个布置在该径向延伸孔中的弹簧座套，而该弹簧座套包括由该弹簧沿着相反的径向方向偏压的第一和第二端部(62a，64a)，该第一和第二端部分别具有第一和第二凸轮随动表面(64d，62c)，这些随动表面反作用在第一和第二凸轮(32f，20e)上。
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