CN1221744C - 同步器 - Google Patents

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Abstract

一用于摩擦同步和直接连接齿轮(14，16)到轴(12)的摩擦环型同步器(18)。同步器包括由操作者换档力来啮合的圆锥离合表面(24，48)和(26，50)和可产生反作用力的限制机构(54，56)。响应同步扭矩超过预定数值时，所产生的反作用力可降低传递到圆锥离合摩擦表面的操作者的换档力。

Description

同步器
技术领域
本发明涉及带有限制同步力的机构的同步器。
背景技术
用于多级传动的同步器为人熟知。这种同步器包括分别用于将齿轮同步和直接啮合到轴的多对摩擦和爪形齿；响应换档套筒最初的啮合动作而可与摩擦构件啮合的预增能器组件；可转动地固定到轴的轮毂，其具有可滑动接纳换档套筒内花键齿的外花键齿，通常构成其中一对爪齿；和同步环(blocker)其可用于制动换档套筒的啮合运动直至达到同步为止并用于传递来自套筒的换档力以增加摩擦构件的啮合力。
发明内容
本发明的目标是提供一同步器，其带有防止摩擦表面有过多压力的机构。
根据本发明的一特点，用于摩擦同步和直接连接第一和第二传动机构的同步器设置为可绕公共轴线作相对转动；同步器包括：轮毂，以不能相对所述第一传动机构转动和轴向移动的方式固定并且包括有多个外花键的外圆；内花键，滑动地与所述外花键相配合并且限定第一爪齿，可响应施加于第一爪齿的轴向第一换档力推动的第一爪齿啮合运动，从空档作轴向移动到与第二爪齿啮合的挂档位而直接连接传动机构；一第一摩擦环，其包括第一摩擦表面可响应第一爪齿啮合运动作轴向移动而与第二摩擦表面摩擦啮合产生第一同步扭矩；第一和第二同步环防止爪齿的同步啮合并将第一换档力传递到第一和第二摩擦表面，第一摩擦环包括第二同步环机构；所作改进的特征在于，响应同步扭矩超过一个第一预定数值，第一限制机构产生第一反作用力来降低传递到第一和第二摩擦表面的第一换档力的数量；所述第一限制机构包括用于防止所述第一反力产生直至所述第一同步扭矩超过第一预定的数值的第一弹性机构，和第一和第二力限制表面，在所述第一摩擦表面和所述第一传动机构之间分别起作用并且接合以产生所述第一反力时起作用；所述第一弹性机构防止所述第一和第二力限制表面接合直至所述第一同步扭矩在一个方向超过所述第一预定数值；所述轮毂还包括具有第一和第二沿圆周间隔分布的端部的凹槽，并至少一个所述端部限定所述第二力限制表面；和所述第一摩擦环包括固定其上的所述第一力限制表面。
本发明的同步器结构在附图中显示。其中，
附图说明
图1是处于空档的双动式同步器结构的局部截面图；
图2是沿图1中线2-2从径向内看的示意图，图中零部件处于空档的位置；和
图3是如图2所示的示意图，图中零部件处于工作的同步模式。
具体实施方式
技术名词‘同步器’指的是一种离合器机构，其依靠正离合器非转动地将所选择的变速齿轮连接到轴，其中正离合器的尝试性啮合被阻止直到正离合器的部件被与正离合器结合的同步摩擦离合器引导到基本同步转动为止。
见图1-3，图中显示了一齿轮和同步器10。同步器包括可绕中心线12a转动的轴或第一传动机构12，支承于轴上而可作相对转动的轴向间隔布置的齿轮或第二和第三传动机构14、16，其以已知方式固定免受相对于轴的轴向移动，和一双动式同步器离合机构18。
同步器离合机构18包括以已知方式轴向和可转动地固定在齿轮或第二和第三传动机构14，16上的环状构件20、22，与环状构件20、22整体地设定为齿轮摩擦构件的摩擦表面24、26，与环状构件20、22整体地设定为齿轮爪构件的爪齿28、30，轴向和可转动地在其中间槽32a固定到轴12的轮毂件32，换档套筒34，位于套筒34中间开口并与限定轮毂32外圆表面的外花键齿38恒定啮合的内花键齿36，摩擦环(baulkring)40、42，与摩擦环40、42整体地设定的同步环齿44、46和摩擦表面48、50，多个预增能器组件52(有三个只显其一)，和多个用于限制摩擦表面啮合力的换高速档和换低速档的第一和第二力限制组件54，56(有三组只显其一)。花键齿36的轴向相对端限定第一和第三爪齿，可移动用于相应啮合第二和第四爪齿28，30。
如已看到的，摩擦表面24，48和26，50成对来设定为摩擦离合器，用于在爪式离合器啮合以前使齿轮与轴同步。首选离合器应当是圆锥离合器。但是，其它类型的摩擦离合器也可以使用。可采用一各式各样的圆锥角。摩擦表面可以应用附着在基体上的多种已知摩擦材料，如可以使用美国专利4,700,823，4,844,218和4,778,548中披露的热解碳摩擦材料。
换档套筒花键齿36的各相对端在第一和第三爪齿处包括第一和第三带角度的同步环表面36a、36b，其与相配对的摩擦环44、46的第二和第四带角度的同步环表面44a、46a配合可以防止爪式离合器同步啮合，可以传递换档力到圆锥离合器的摩擦表面以影响产生同步扭矩的啮合力，还可以产生一个同步扭矩的反扭矩，在实现同步时使同步环齿脱离啮合，因此允许限定爪构件作轴向运动的花键齿36与齿轮爪构件的齿28或30啮合。
花键齿36和38有轴向延伸的侧表面36c，38a它们之间有连续地密切配合的滑动关系，所以在换档套筒34和轴12之间相对地没有空隙。花键36的侧面端部和齿轮爪齿28、30侧表面可以带有防止退出或锁定角度的特性以防止齿偶然的脱离啮合。有关该特性的细节可参考美国专利4,727,968。
现有技术中已有的预增能器52包括螺旋压缩弹簧58和柱塞60，位于径向延伸盲孔内并使一滚柱或球62(图中为滚柱)偏置于位于套筒花键36的环状制动槽36d中。预增能器组件52可弹性地将换档套筒34如图1和图2所示置于空挡位。滚柱62轴向间隔布置在与摩擦环40、42整体形成的突出片64，66的邻接表面64a，66a之间。当需要连接齿轮到轴的时候，适当的未示出的换档机构，如在美国专利4,920,815所披露的，会施加一第一或第二换档力使换档套筒作轴向移动经部分示出的换档叉68沿轴12的轴线向左连接齿轮14或向右连接齿轮16。换档机构可以通过一个未示出的连杆系统由操作者手动操作。
该第一和第二力限制机构54、56包括凹槽70(这里为三个沿圆周间隔分布的凹槽)，其在轮毂32的外部圆周上和具有由成对的力限制斜表面38b，38c和38d，38e限定沿圆周间隔分布的端部。端部对分别与肩状突出部64b，66b，64c，66c的力限制表面64d，66d和64e，66e相啮合，可在分别响应同步扭矩超过第一和第二预定数值时，分别相应地提供第一和第二反力来限制操作者啮合摩擦构件的换档力。成对的斜表面38b，38c和38d，38e分别被凹槽38f，38g分开，凹槽则分别有位于其间的被预加载的弹簧72和74，其起作用来有效接触肩状突出部64b，66b和64c，66c，肩部与突出片64a，66a相连接并分别与摩擦环40，42相连接。斜表面38b，38c和38d，38e相应地分别与弹簧72和74起作用，提供提供第一和第二反力并因此确定该第一和第二预定数值。
操作者的的第一换档力推动换档套筒34作最初的向左运动，通过预增能器滚柱62经突出片邻接表面64a传递到摩擦环40来影响活动的圆锥表面48与齿轮圆锥表面24的初始摩擦啮合。第一换档力还使该第一爪齿朝向与第二爪齿28啮合的方向移动。圆锥表面的初始啮合力无疑是弹簧58力和定位槽36d壁角度的函数。初始摩擦啮合(倘若同步条件存在)产生初始圆锥离合器啮合力和第一同步扭矩，这保证了在换档套筒34和摩擦环40之间只有有限的相对转动，并因此，同步环齿44运动到一个位置，其有适当角度的同步环表面在此与花键齿36的同步环表面啮合。当同步环表面啮合时，对换档套筒34施加的操作者的全部第一换档力经有角度的同步环表面36a，34a传递到摩擦表面24，48，在此操作者的全部第一换档力推动圆锥离合器啮合并产生相应的第一同步扭矩。因为同步环表面位于相对于操作者第一换档力的轴向某个角度的位置，可产生一个反扭矩或与圆锥离合器的同步扭矩相反的反同步扭矩，但其数值在不同步条件下小于同步扭矩。当达到基本同步时，第一同步扭矩下降到低于反同步扭矩，这时同步环齿脱离啮合，允许换档套筒继续作轴向运动，活动的爪齿36与齿轮爪齿28啮合。换档套筒34向右运动连接齿轮16到轴12会产生一个基本上与上述相同的功能顺序的第二同步扭矩和第二反同步扭矩。
在一些换高速档和/或换低速档的过程，操作者换档力大到足以损坏同步器，例如，如果换档力过大和/或如果在啮合摩擦表面之间有很高的速度差，摩擦构件的摩擦表面可能会损坏。当啮合摩擦表面提供的扭矩超过了预定的由弹簧72和74力决定的数值，力限制机构提供了与操作者换档力相反的力来限制摩擦表面的啮合力。由于力限制机构对于齿轮的高速换档和低速换档的操作是相同的，故仅对齿轮14的高速换档的操作详细进行介绍。在齿轮14的高速换档同步模式工作过程中，啮合的摩擦表面之间建立的扭矩使肩状突出部64b作用于弹簧72。当扭矩超过第一预定的数量，弹簧72被压缩到足以使表面64d接触斜表面38b并提供该第一反力。进一步增加扭矩造成表面64d推动斜表面38b下移，使摩擦表面48离开摩擦表面24并将其间的啮合力减小到预定的数量。当扭矩减小到预定的数量或更小时，弹簧72延伸使表面64d脱离接触斜表面38b。

Claims (12)

1.同步器(18)，可用于摩擦同步和直接连接可绕一公共轴线(12a)作相对转动的第一和第二传动机构(12，14)；所述同步器包括：
轮毂(32)，以不能相对所述第一传动机构(12)转动和轴向移动的方式固定并且包括有多个外花键(38)的外圆；
内花键(36)，滑动地与所述外花键相配合并且限定第一爪齿，响应施加于第一爪齿的轴向第一换档力推动的第一爪齿啮合运动，从空档作轴向移动到用于与第二爪齿(28)直接连接第一和第二传动机构的啮合档位；
一第一摩擦环(40)，其包括第一摩擦表面(48)，响应用于产生第一同步扭矩的第一爪齿的啮合运动，作轴向移动到与第二摩擦表面(24)摩擦啮合；
第一和第二同步环机构(36a，44a)，用作防止所述第一和第二爪齿的同步啮合并将所述第一换档力传递到所述第一和第二摩擦表面(48，24)，第一摩擦环(40)包括第二同步环机构(44a)；其特征在于：
第一限制机构(54)，响应所述第一同步扭矩超过第一预定数值，产生第一反力以减少传递到所述第一和第二摩擦表面(48，24)的所述第一换档力的数量；
所述第一限制机构(54)包括用于防止所述第一反力产生直至所述第一同步扭矩超过第一预定的数值的第一弹性机构(72)，和第一和第二力限制表面(64d，38d)，在所述第一摩擦表面(48)和所述第一传动机构(12)之间分别起作用并且接合以产生所述第一反力时起作用；
所述第一弹性机构(72)防止所述第一和第二力限制表面(64d，38d)接合直至所述第一同步扭矩在一个方向超过所述第一预定数值；
所述轮毂(32)还包括具有第一和第二沿圆周间隔分布的端部(38b，38d)的凹槽(70)，并至少一个所述端部(38b)限定所述第二力限制表面(38b)；和
所述第一摩擦环(40)包括固定其上的所述第一力限制表面(64d)。
2.如权利要求1所述同步器，其特征在于，还包括，
第三传动机构(16)，其被设置成可绕所述共同轴线(12a)转动和可相对所述第一和第二传动机构(12，14)转动并与所述第二传动机构(14)轴向间隔布置；
第三爪齿，响应施加于所述第三爪齿的轴向第二换档力推动的第三爪齿啮合运动，作从空档轴向移动到用于直接连接第一和第三传动机构的第四爪齿(30)啮合的档位；
第三摩擦表面(50)，其随用于产生第二同步扭矩的第三爪齿啮合运动，作轴向移动并与第四摩擦表面(26)摩擦啮合；
第三和第四同步环机构(36b，46a)，用于防止所述第三和第四爪齿的异步啮合并将第二换档力传递到所述第三和第四摩擦表面(50，26)；
第二限制机构(56)，响应所述第二同步扭矩超过第二预定数值，产生第二反力以减少传递到第三和第四摩擦表面(50，26)的第二换档力的数量。
3.如权利要求1所述同步器，其特征在于，所述第一限制机构(54)包括分别由所述第一摩擦环(40)和所述凹槽(70)的所述第二端部(38d)限定的第三和第四力限制表面(64c，38d)，和第二弹性机构(74)，可用来防止所述第三和第四力限制表面(64c，38d)接合直到所述第一同步扭矩在所述一个方向的反方向超过所述第一预定数值。
4.如权利要求3所述同步器，其特征在于，所述内花键有限定所述第一同步环机构(36a)的轴向端面。
5.如权利要求2所述同步器，其特征在于，
所述第二限制机构(56)还包括该第一弹性机构(72)，可用于防止所述第二反力直至所述第二同步扭矩在一个方向超过所述第二预定数值。
6.如权利要求5所述同步器，其特征在于，所述第二限制机构(56)包括第五和第六力限制表面(66d，38c)，其在接合以产生所述第二反力时起作用。
7.如权利要求6所述同步器，其特征在于，
所述第五和第六力限制表面(66d，38c)分别在所述第三摩擦表面(50)和所述第一传动机构(12)之间起作用；和
所述弹性机构(72)防止所述第五和第六力限制表面(66d，38c)接合直至所述第二同步扭矩超过所述第二预定数值。
8.如权利要求7所述同步器，其特征在于，
所述第三爪齿包括可滑动地与所述外花键(38)相配合的内花键(36)；
一第二摩擦环(42)，其包括所述第三摩擦表面(50)和所述第四同步环机构(46a)；
所述轮毂凹槽(70)的第一端限定所述第六力限制表面(38c)；知
所述第二摩擦环(42)包括固定其上的所述第五力限制表面(66d)。
9.如权利要求8所述同步器，其特征在于，所述第二限制机构(56)包括分别被所述第二摩擦环(42)和所述凹槽(70)的所述第二端(38e)限定的第七和第八力限制表面(66e，38e)，和第二弹性机构(74)其可用于防止所述第七和第八力限制表面(66e，38e)接合直至所述第一同步扭矩在与所述一个方向相反的方向超过所述第一预定数值。
10.如权利要求9所述同步器，其特征在于，所述第三爪齿的内花键(36)有限定所述第三同步环机构(36b)的轴向端面。
11.如权利要求10所述同步器，其特征在于，
所述第一限制机构(54)包括分别由所述第一摩擦环(40)和所述凹槽(70)的所述第二端部(38d)限定的第三和第四力限制表面(64e，38d)，和第二弹性机构(74)，可用来防止所述第三和第四力限制表面(64e，38d)接合直到所述第一同步扭矩在一个方向的反方向超过所述第一预定数值；
所述第二限制机构(56)包括分别被所述第二摩擦环(42)和所述凹槽(70)的所述第二端(38e)限定的第七和第八力限制表面(66e，38e)，和第二弹性机构(74)其可用于防止所述第七和第八力限制表面(66e，38e)接合直至所述第一同步扭矩在与一个方向相反的方向超过所述第一预定数值。
12.如权利要求11所述同步器，其特征在于，所述内花键(36)有限定所述第一同步环机构(36a)的轴向端面；
所述第三爪齿的内花键有限定所述第三同步环机构(36b)的轴向端面。
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