CN1299018A - 同步器 - Google Patents

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Abstract

一摩擦环型同步器(18)包括用于摩擦同步和直接连接齿轮(14,16)到轴(12)的圆锥离合器摩擦表面(24、48和26、50)和爪式离合器齿(36b,28和36c,30)。多个刚性构件(72)被驱动置于在固定到摩擦环(40、42)的同步环齿(44、46)和固定到轴(12)的轮毂(32)外圆周面的自增能构件(70、72)的自增能斜面(71a,71b,73a,73b)之间。换档套筒(34)用可滑动地花键连接到轮毂(32)并被操作者的换档力(F0)以及自增能斜面提供的附加轴力(Fa)推动。这两个力(F0和Fa)作用于同步环齿并使其与摩擦表面啮合。自增能构件(70、72)相对于轮毂滑动并被制动组件(76、78)弹性地沿轴向确定在轮毂的中央。

Description

同步器
本发明涉及有自增能功能的同步器和限制该自增能机构提供的力的机构。
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构件；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，通常构成其中一爪构件对；和带有同步环(blocker)齿的摩擦环(baulkring)，其可用于控制换档套筒的啮合运动直到实现同步并用于传递来自套筒的换档力以增加摩擦构件的啮合力。
这种同步器还为人所熟知的是通过提供带有自增能机构的同步器其可以用于车辆驾驶者所希望的减少换档时间和换档力，以及弹簧可以用来限制自增能机构提供的力。美国专利US-A-5 678 670披露了具有上述所有特点的同步器。美国专利US-A-5 544 727披露了具有除了弹簧调节特性以外所有特点的同步器。
本发明的目标是提供一同步器，其带有自增能功能和改进的对自增能产生力的限制。
本发明涉及如代表权利要求前特征部分的美国专利US-A-5,544,727所披露的一类同步器。同步器摩擦同步和直接连接被设置为可绕公共轴线作相对转动的第一和第二传动机构。同步器包括不能相对于第一传动机构转动和轴向移动地固定的第一元件，其环状圆周面带有外花键。第二元件包括带有限定第一爪构件的内花键的环状圆周面，并可响应轴向第一换档力(F0)推动的第二元件的啮合运动而从空挡作轴向移动到与第二爪构件啮合的挂档位而直接连接传动机构。第二元件包括与外花键以紧密滑动关系连续配合的内花键，以防止他们之间的相对转动。第一环包括第一磨擦表面，其向应第二构件的啮合运动作而轴向移动至与第二磨擦表面啮合来产生同步扭矩(T0)。多个第一和第二同步环表面响应第二元件的啮合运动移动进入啮合来防止爪构件的异步啮合并将第一换档力(F0)传递到第一磨擦表面以影响磨擦表面的啮合力。多个第二同步环表面固定到第一环。多个第一和第二自增能机构分别包括第一和第二斜面，它们在啮合时与同步扭矩作用，用于在第一换档力(F0)的方向产生了附加的轴力(Fa)和增加了磨擦表面的啮合力。第一和第二自增能机构之一包括使传递附加轴力(Fa)经同步环表面到达第一磨擦表面的机构。各第一自增能机构固定到一个所述元件和各第二自增能机构以没有径向运动和有限相对转动的方式固定到另一个元件。
所作改进部分的特征在于设置一弹性机构，用于限制附加轴力不超过预定的数值。各第一自增能机构包括一可活动地固定到其中一个元件并限定为其中一第一自增能斜面的构件。该构件响应附加轴力(Fa)超过预定的数值作逆着弹性机构移动。
本发明的同步器结构在附图中显示。其中，
图1是处于空挡的可绕一轴线转动的双动-摩擦环式同步器的局部截面图；
图2图3是从轴向看去图1中零部件剖开部分的立体图；
图4是图3画上圆圈的部件的垂直截面图；
图5是图1中同步器换档套筒的立体图，图5和6中的部件相对图1的位置转动了60度；
图6显示带移去图5换档套筒的图1中处于空档的装配好的部件；
图7是图1和图6的自增能机构的透视图；
图8和图9是图6中的部件处于两个不同啮合位置的局部视图；
图10是图4中自增能机构沿线a-a的局部视图。
技术名词‘同步器’指的是一种离合器机构，其用于通过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啮合被阻止直到正离合器的构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。技术名词‘自增能’指的是一种同步器其包括斜面或凸轮或类似物，可用来增加与磨擦离合器同步扭矩成比例的同步啮合力。
见图1-10，图中显示了形成多级变速传动一部分的一个齿轮以及同步器组件10。同步组件10包括可绕中心线12a转动固定的轴12，支承于轴上而可作相对转动的轴向间隔布置的齿轮14、16，并肯定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18。
同步器18包括以已知方式轴向和可转动地固定在齿轮14、16上的环状构件20、22，与构件20、22整体地形成的齿轮摩擦表面24、26，与环状构件20、22整体地形成的齿轮爪齿28、30，轴向和可转动地在其中间槽32a固定到轴12的轮毂件32，一换档套筒34，位于套筒34中间开口与轮毂32外圆表面的外花键齿38恒定啮合的内花键齿36，摩擦环40和42，与摩擦环40、42一体的同步环齿对44、46和摩擦表面48、50，预增能器组件52，和自增能/同步环组件54。在这里，同步器包括三个沿圆周间隔分布的自增能/同步环组件54，其与位于各摩擦环上的相同数目的同步环齿相配合。各同步环齿44、46分别包括有角度的同步环表面44a,44b,46a,46b。
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。摩擦表面可以应用固定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。
花键齿36、38有轴向延伸的侧面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的各相对端部可设定为分别与齿轮齿28,30配对的爪齿36b,36c来直接离合齿轮到轴。爪齿36b,36c的侧面和齿轮爪齿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。
各预增能器组件52包括螺旋压缩弹簧58和柱塞60，位于轮毂的径向延伸盲孔和使一滚柱或球62(图中为滚柱)偏置于位于换档套筒花键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整体形成的多个突出片64,66(这里有三个)的邻接表面64a,66a之间。突出片延伸到轮毂32的凹槽32b来限制摩擦环相对轮毂和轴的转动。
当需要连接各齿轮和轴的时候，一适当的未示出换档机构，如在美国专利4,920,815披露的，使换档套筒34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连杆系统由操作者手动操作，可以由电动推杆选择性地推动，还可以被自动启动换档机构动作的机构推动并且还可以控制换档机构施加力的大小。当换档机构由手动操作时，预增能器组件提供与操作者施加给换档套筒的力成比例的预增能力。不管手动还是自动加力，施加到换档套筒的力是轴向的并正比于换档力，在这里和后面换档力指的是操作者的换档力F0。取决于换档力(F0)推动换档套筒运动的方向，预增能力不是推动磨擦表面48就是磨擦表面50使其与相配对的磨擦表面初始啮合来锁定相关的摩擦环到相对轮毂32的一个位置，以后面会解释的方式将自增能/摩擦环组件54定位。
自增能/摩擦环组件54各包括自增能构件70、72，同步环齿44、46，反作用于自增能和摩擦环力的刚性自增能/摩擦环构件74，和分别偏置构件70、72进入图7的位置制动组件76、78。组件76、78是相同的，因此只需对组件76详细地介绍。组件76包括一个通过位于轮毂的盲孔32c中的压缩弹簧被偏置于构件70的制动槽70a的圆顶制动构件80。构件70可滑动地置于一个有轴向延伸侧壁32d,32e的长孔，该长孔径向向内延伸像构件70的分叉侧壁70b,70c那样分作两支路圆滑地围向中间。侧壁阻止了构件70的径向向外运动。制动槽70包括制动斜面70d,70e其阻止构件70的轴向运动直到作用在构件70的自增能或增压斜面71a,71b的轴向力超过预定的弹簧81提供的中心力。弯曲的中心表面由槽70a和制动斜面70d,70e限定。为了防止构件70的侧壁对摩擦环40,42的干扰，当构件70如图9所示作轴向运动，侧壁70b,70c的轴端部分被以图10中侧壁70b的方式除去。
刚性构件74包括沿圆周间隔布置的端部82,84，其被置于换档套筒34的沿圆周延伸的长孔34a内的沿圆周延伸的部分86刚性地联结到一起。长孔34a允许构件74相对套筒作有限的圆周运动并防止相对套筒作轴向运动。端部82包括自增能斜表面82a,82b，当换档套筒34轴向运动向左或向右时，分别作用于自增能斜表面71a,71b；和同步环表面82c,82d其分别作用于同步环表面44b,46b。以相同的方式，端部84包括自增能表面82a,84b其可分别反作用于自增能斜表面73a,73b，和同步环表面84c,84d其分别反作用于同步环表面44b,46b。非自增能表面82e,84e在同步器位于图1和图6的空挡位置时，分作用于表面71c,73c。在一个圆锥离合器产生了一定数量扭矩的情况下，如在圆锥离合器磨擦表面之间的油粘性剪切能够产生另外推动斜面的扭矩时，非自增能斜面的啮合位置防止了自增能斜面不必要的推动。
自增能/同步环组件76的功能参考图1和图6到9加以介绍。假定一个方向的异步条件存在于轴12和齿轮16之间。当同步环和自增能斜表面如图8所示啮合，磨擦表面50,26也啮合。同步器齿44,46的轴向延伸体44c,46c保证同步环齿沿圆周方向位于端部82,84之间。另一个方向的异步条件或齿轮14存在异步条件也会产生表面啮合，从下面的介绍那会是很明显。图6显示了处于“空挡位”的所有同步器部件。被操作者的换档力F0推动换档套筒34的轴向向右初始运动被预增能器滚柱62经突出片邻接面66a传递到摩擦环42来影响可活动的圆锥表面50与齿轮圆锥表面26的的初始磨擦啮合，因此产生一初始同步扭矩转动同步环表面46a到一个确保与同步环表面82e接触的位置。最初的向右运动也使刚性构件74移动到足以使非自增能斜面71c,82e轴向脱离和允许初始同步扭矩如图8所示啮合同步环表面82b,46a。圆锥表面的初始啮合力无疑是弹簧58力和制动槽36d壁角度的函数。在图8的“同步/自增能位置”，扭矩已经转动摩擦环42和刚性构件74到足以与自增能斜面71b,82b相啮合。因此在图8，表面82e,82b被受限制于磨擦环的同步环表面46a和自增能斜面71b之间。当这些表面如此受到限制并可以无视啮合的自增能斜面82b,71b的作用时，从换档套筒34施加给刚性构件的全部操作者换档力F0传递到同步环表面82d,46a之间，从而用操作者换档力F0啮合磨擦表面26,50来产生正比于操作者换档力的同步扭矩T0。由于同步环表面82d,46a倾斜于传动平面，它们除了可防止爪齿36a,30的异步啮合和传递换档力F0达到磨擦表面26,50，还可以产生与同步扭矩相反的反扭矩或非同步扭矩但在异步条件下扭矩值较小。当基本同步达到时，同步扭矩降到非同步扭矩值之下，由此同步环齿脱离啮合并允许继续的换档套筒的轴向运动和活动的爪齿36c与齿轮爪齿30啮合。
现在来看自增能斜面和制动组件76的作用。由于操作者施加的轴向换档F0产生的同步扭矩T0当然会作用在自增能斜面，表面产生轴分力或轴附加力Fa以操作者换档力F0相同的方向作用在端部82。附加力Fa还被传递到同步环的表面间，因此进一步增加磨擦表面的啮合力来提供一个叠加到T0的附加同步扭矩Ta。
出现自增能附加轴力Fa超过预定的数值的情况时，数值决定于制动组件76，如图所示构件70将向左移动，并允许非自增能表面82e移动到平衡的位置。当位于平衡位置时，自增能斜面82b,71b啮合而非自增能表面82e与不会产生轴向附加分力的轮毂32的侧壁32d轴向延伸表面部分啮合。当处于这位置时，最大附加力Fa受到平衡位置的制动组件76的反作用力的限制，因为任何同步扭矩增加将受到非自增能表面82c,32f的反作用。
制动组件76、78提供的轴力预定数值对于齿轮14,16和对于通过改变在各构件70,72的制动斜面70d,70e角度来进行高低换档可以是不同的。
披露了一个带有自增能功能的同步器，希望下面的权利要求能涵盖所披露同步器的创新发明部分。

Claims (9)

1．同步器，可用于摩擦同步和直接连接第一和第二转动机构，其可绕一公共轴线作相对转动；所述同步器包括，
第一元件，其以不能相对第一传动机构转动和轴向移动地方式固定，其环状圆周面带有外花键；
第二元件，其包括带有限定为第一爪构件的内花键的环状圆周面，并可响应轴向第一换档力推动的所述第二元件的啮合运动而从空挡作轴向移动到与第二爪构件啮合的挂档位而直接连接所述传动机构，所述第二元件包括所述内花键，其与所述外花键以紧密滑动关系连续配合来防止在他们之间的相对转动；
第一环，包括第一磨擦表面，其响应所述第二元件的啮合运动而作轴向移动并与第二磨擦表面啮合来产生同步扭矩(T0)；
多个第一和第二同步环表面，可响应所述第二元件的啮合运动和所述第一和第二转动机构之间的一个方向的异步转动而移动进入啮合来防止所述爪构件的异步啮合并将所述第一换档力(F0)传递到所述第一磨擦表面以影响所述磨擦表面的啮合力，第二同步环表面固定到所述第一环；
多个第一和第二自增能机构，其分别包括第一和第二斜面，它们在啮合时与同步扭矩起到作用，用于在所述第一换档力(F0)方向产生了附加的轴力(Fa)和增加了所述磨擦表面的啮合力，所述第一和第二自增能机构之一包括引导所述附加轴力(Fa)经所述同步环表面到达所述第一磨擦表面的机构，各第一自增能机构固定到一个所述元件，各第二自增能机构以非径向运动和有限相对转动的方式固定到另一个所述元件，其特征在于：
弹性机构可用于限制所述附加轴力不大于第一预定数值；
各第一自增能机构包括第一构件其可活动地固定到一个所述元件和限定为一个所述第一自增能斜面，所述第一构件对附加轴力(Fa)超过所述预定数值作出响应相对所述弹性机构移动。
2．如权利要求1所述同步器，其特征在于，还包括，
第三转动机构，其设置成可绕所述共同轴线相对所述第一和第二转动机构转动并与所述第二转动机构轴向间隔布置；
所述第二元件，其内花键限定为第三爪机构，响应轴向第二换档力(F0)推动的第二元件的啮合运动，从空挡轴向移动到与第四爪构件啮合的档位直接连接所述第一和第三传动机构；
第二环，其包括第三摩擦表面，响应所述轴向第二换档力(F0)推动的第二元件的啮合运动，轴向移动与第四摩擦表面啮合来产生同步扭矩(T0)；
多个第三和第四同步环表面，响应所述轴向第二换档力(F0)推动的第二元件的啮合运动轴向移动进行啮合，用于防止所述第三和第四爪构件的异步啮合并将第二换档力(F0)传递到所述第三摩擦表面来影响所述第三和第四摩擦表面的啮合力，所述第四同步环表面固定在所述第二环；
多个所述第一和第二自增能机构分别包括第三和第四斜面当其啮合时与所述啮合扭矩产生作用，用于产生所述第二换档力(F0)方向的第二附加轴力(Fa)和增加了所述第三和第四摩擦表面的啮合力，所述第一和第二自增能机构之一包括传递所述第二附加轴力(Fa)经所述第三和第四同步环表面到所述第三摩擦表面的机构和限定为所述第三自增能斜面的构件，所述构件响应所述第二附加轴力(Fa)超过第二预定数值相对所述弹性构件移动，
3．如权利要求1或2的任一项所述同步器，其特征在于，所述第一元件的圆周面包括轴向延伸的凹槽，响应所述啮合斜面产生的沿施加给所述第二元件的所述轴力(F0)的方向的所述附加轴力(Fa)超过所述预定数值，可滑动放置一个所述构件从一个第一位置以相对施加给所述第二元件的所述换档力(F0)的方向作相对所述弹性机构的轴向移动。
4．如权利要求3所述同步器，其特征在于，各构件的径向向内的表面有曲面对中面，可在弹性机构作用下将所述构件定位在所述第一位置并可响应附加轴力(Fa)超过所述第一或第二预定数值，使所述弹性机构径向向内移动。
5．如权利要求1-4中任一项所述同步器，其特征在于，还包括：
多个第五和第六同步环表面，响应所述第二元件的啮合运动和在所述第一和第二传动机构之间沿相对所述一个方向的方向的异步转动，移动进行啮合以防止所述爪构件的异步啮合并传递所述第一换档力(F0)到所述第一摩擦表面来影响所述摩擦表面的啮合力，所述第六同步环表面固定到所述第一环；
多个第三和第四自增能机构，分别包括第五和第六斜面，当它们啮合时对所述同步扭矩产生作用，用于沿所述第一换档力(F0)的方向产生了第三附加轴力(Fa)和增加所述摩擦表面的所述啮合力，第三和第四自增能机构之一包括机构，其用于传递所述第三附加轴力(Fa)经所述多个第五和第六同步环表面到所述第一摩擦表面，各第三自增能机构固定到一个所述元件，各第四自增能机构以非径向移动和相对另一个所述元件有限转动的方式固定。
第二弹性机构用于将所述第三和第四自增能机构的附加轴力限制到不大于第三预定数值。
各第三自增能机构包括第二元件其可活动地固定在一个所述元件上与所述第一元件沿圆周间隔布置的位置并限定为一个所述第五自增能斜面，所述第二元件响应所述第三附加轴力(Fa)超过所述第三预定数值作逆着所述弹簧移动，并有一圆周向延伸的构件刚性地将所述第二和第四自增能机构一起在沿圆周方向限制在所述第一和第二构件之间。
6．如权利要求5中所述同步器，其特征在于，还包括
多个第七和第八同步环表面，响应所述第二换档力(F0)推动所述第二元件的啮合运动移动进行啮合以防止所述第三和第四爪构件的同步啮合和传递所述第二换档力(F0)到所述第三摩擦表面来影响所述第三和第四摩擦表面的啮合力，所述第八同步环表面固定到所述第二环；
多个所述第三和第四自增能机构，分别包括第七和第八斜面，当它们啮合时对所述同步扭矩产生作用，用于沿所述第二换档力(F0)的方向产生了第四附加轴力(Fa)和增加了所述第三和第四摩擦表面的所述啮合力，第三和第四自增能机构之一包括机构，其用于传递所述第四附加轴力(Fa)经所述第七和第八同步环表面到所述第三摩擦表面，各第二构件设定为一个所述第七自增能斜面，所述第二构件响应所述第四附加轴力(Fa)超过第四预定数值作逆着所述第二弹性机构移动。
7．如权利要求5或6中任一项所述同步器，其特征在于，所述第一构件的圆周面包括轴向延伸的第二凹槽，响应所述啮合斜面产生的沿施加给所述第二元件的所述轴力(F0)的方向的所述第四附加轴力(Fa)超过所述预定数值，各可滑动地放置一个所述构件从第一位置以相对施加给所述第二元件的所述换档力(F0)的方向作逆着所述第二弹性机构的轴向移动。
8．如权利要求7中所述同步器，其特征在于，各构件的径向向内的表面有曲面的对中面，可在弹性机构作用下将所述构件定位在所述第一位置并可响应所述附加轴力(Fa)超过所述预定数值，使所述弹性机构径向向内移动。
9．如前面权利要求中任一项所述同步器，其中所述第一元件是轮毂，所述第二元件是换档套筒，所述第一摩擦环是有第二同步环表面固定其上的摩擦环，所述第二自增能机构包括所述机构其可以传递所述附加轴力(Fa)经所述同步环表面到所述第一摩擦表面，所述第一自增能机构是固定在所述轮毂上，所述第二自增能机构以非径向移动和非相对所述换档套筒轴向运动和相对所述换档套筒作有限转动的方式固定。
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