CN1910390A - 多级变速器变速鼓轮的凹槽从动件 - Google Patents

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Abstract

一种与机动车多级变速器变速鼓轮(44)的变速凹槽(48)相配合的凹槽从动件(70，90)，该凹槽从动件(70，90)具有垂直凸度和纵向凸度，并且，变速凹槽(48)定义了一个有效直径，该凹槽从动件(70，90)沿所述有效直径导向，使得凹槽从动件(70，90)与变速凹槽(48)成接合状态，其中垂直凸度的所有顶点(SHB)的集合沿凹槽从动件的圆周面形成导向线(L)，其特征在于，垂直凸度的顶点位置这样选择，以使得导向线(L)基本上与变速鼓轮(44)的有效直径相对应。

Description

多级变速器变速鼓轮的凹槽从动件
技术领域
本发明涉及一种与机动车多级变速器变速鼓轮的变速凹槽相配合的凹槽从动件，该凹槽从动件具有垂直凸度和纵向凸度，并且，变速凹槽(48)定义了一个有效直径，该凹槽从动件沿所述有效直径导向，使得凹槽从动件与变速凹槽成接合状态，其中垂直凸度所有顶点的集合沿凹槽从动件的圆周面形成导向线。
背景技术
凹槽从动件(特别是滑块、鼓轮或类似凸轮从动件)在现有技术中广为人知。
这种的凹槽从动件与变速鼓轮的变速凹槽相配合以接合或脱离变速器齿轮。变速鼓轮，例如DE 199 24 335 A所定义的，在现有技术中广为人知。变速鼓轮沿其圆周面具有凹入部分，即所谓的变速凹槽。可在轴向上位移的凹槽从动件被引导或导向在变速凹槽内。在用于多级变速器连续变速的变速鼓轮转动时，凹槽从动件可以随之在轴向上运动。此外，凹槽从动件可与，例如，所谓的变速拨叉相配合，该拨叉又同变速套相结合，在其帮助下实现齿轮的替换。该变速鼓轮因此构成多级变速器的致动装置。
变速鼓轮本身由例如马达，特别是电动马达的致动驱动器驱动。接着，如果要接合与凹槽从动件相结合的一个齿轮，那么该变速鼓轮连同变速凹槽就在电动马达的帮助下转动。控制凹槽具有也可称作变速齿或变速凸轮的弧形区域，因此凹槽从动件得以在轴向上位移。在这些弧形区域中，通常一直在周向上运动的变速凹槽在轴向上发生位移。
指定给不同齿轮的多个凹槽从动件可被引导在变速凹槽中。在适当的情况下，单个凹槽从动件甚至可以指定给多个齿轮，即凹槽从动件从中立位置沿第一轴向方向位移至接合一个齿轮，以及凹槽从动件从中立位置作沿相反的轴向方向接合另一个齿轮。
现有技术公开的凹槽从动件，特别是滑块，具有预设的固定高度H。这样的滑块将在以下详细阐述。这样的滑块的上表面和下表面通常形成相互平行的平面。
然而，沿变速鼓轮的轴向看去，变速鼓轮的变速凹槽基本上以圆周的形状形成。与变速鼓轮轴线垂直的截面中的变速凹槽圆周形是由于变速鼓轮的旋转对称构造而产生的。
变速鼓轮，或者说是变速凹槽，定义了所谓的有效直径，凹槽从动件和变速鼓轮的凹槽或凸缘沿该有效直径形成理想接触。该有效直径是作为变速鼓轮外形乃至整个传动机械装置的理论设计的基础的功能性参数。
如果将根据现有技术的凹槽从动件插入变速凹槽，该凹槽从动件和变速鼓轮会由于凹槽从动件“超出”了该凹槽从动件和变速鼓轮的理想接触点(即有效直径线，参照图5)而相互不能最佳配合。
该凹槽从动件，特别是滑块，在有效直径上方优选地接触变速凹槽的侧方凸缘。
这可能在变速鼓轮凹槽的承受高负荷的区域内，如同步点或变速点上，导致损坏和功能失效。
此外，必须考虑赫兹压力。赫兹压力应理解为两个弹性体的相互接触面的中间具有的最大机械应力。当具有弧形表面的两个弹性体(如圆柱体或球体)相互挤压到一起，则它们(理论上)仅仅以线接触或点接触的方式互相接触。然而，由于弹性体的弹性而在接触点产生了展平或接触面。沿两者的相互接触面产生特征应力分布，该应力总是在接触面的中间是最大的。
当两个球体、一个球体和一个平面或两个相交的圆柱体相接触，这将产生接触或压力椭圆。两个平行圆柱体或一个圆柱体与一个平面的接触将产生线性接触面。这也称作鼓轮压力。
根据德国物理学家Heinrich Hertz的理论，接触面的大小和形状以及接触面下机械压力的大小和分布是可以计算的。根据赫兹的理论，接触面中部具有的最大机械压力就是所谓的赫兹压力。
赫兹压力的大小取决于将两物体挤压到一起的压力、它们的曲率半径，和它们的弹性模量。
此外，凸度的概念将在下面起到重要作用。凸度应理解为表面的轻微(凸)曲率，例如机器部件或工具的表面。通过凸度，例如边缘附近的不利的(点接触式的)压力或力的峰值得以避免。这样，齿轮凸缘或皮带轮的运动面都是凸度设计。
发明内容
图1以虚线标示的平行六面体概略地示意性图解了凸度。图1中以透视图形式示出的平行六面体具有高度H、宽度B和深度T。此外，示出了具有X、Y、Z坐标轴的直角坐标系统以简化说明。
图1中用平行六面体前面的左边缘来说明垂直凸度。如果该平行六面体在该边缘没有凸度，那么该边缘(虚线)关于X轴平行。X轴在这里代表平行六面体的高度。如果平行六面体的端面具有垂直凸度，那么XY平面则向Z轴的反方向膨胀。在对称垂直凸度的情况下，可能例如沿着中线相对于高度H形成。在这种范例中，垂直凸度的顶点SHB位于H/2的高度H处。垂直凸度的顶点SHB的特征在于，在该处，与“正常”平行六面体的X轴的距离d最远。
该平行六面体的其它外表面可以同样的方式“膨胀”。
如果垂直凸度的顶点SHB，如图中的点所示，沿具有凸度的平行六面体的周面点点相连，就形成了所谓的垂直凸度的导向线L。
垂直凸度的导向线L表示具有凸度的平行六面体要接触比如墙的线，如果，假设该平行六面体的底表面并无曲率，该凸度平行六面体放置于地面并推靠同一墙面。
本发明的目的因此在于提供一种改进的能减缓磨损的凹槽从动件。
该目的通过一开始提到的凹槽从动件得以实现，其中垂直凸度顶点的位置被选择成，使得导向线基本与变速鼓轮的有效直径相对应。
由此产生一种凹槽从动件与变速鼓轮凹槽的相互接触表面或凸缘之间的最佳支承或接触模式，在变速鼓轮凹槽内的接触可以关于凹槽凸缘的高度在中心位置变的显著。
同样由于这个原因，变速鼓轮与凹槽从动件相互接触的凸缘会有更小的磨损和更轻微的形变。
由此产生的结果是，变速鼓轮凹槽的外形尺寸更小，从而使整体传动装置的功能更为安全。
此外，使用寿命得以延长。
最后，凹槽从动件和变速凹槽所使用的材料要满足更低的材料强度要求。
赫兹压力椭圆的换档中点实际上位于变速鼓轮的有效直径的线上。
所得出的该实际接触点与理论上预先计算的点相对应。
此外，如果垂直凸度不仅仅是沿着凹槽从动件与变速凹槽的接触面而且也是沿着凹槽从动件的整个周面设置将会是更优选的。
这种方法使得，即使凹槽从动件相对于变速鼓轮或者进而相对于变速凹槽的定向发生改变，凹槽从动件也仍然沿有效直径与变速凹槽的相应凸缘相接触。
此外，如果凹槽从动件是滑块将也是优选的。
如以下将详述的，滑块通常具有(像菱形)或菱形的底面，其角点为圆形，并且滑块最好以基本直线的面与变速凹槽相接触。接触面保证了凹槽从动件与变速凹槽的可靠协作，因为其实现了面接触。
根据优选实施例，凹槽从动件具有接触斜面，凹槽从动件的纵向凸度沿该接触斜面形成。
赫兹压力同样由于纵向凸度而减小，特别是不仅仅在垂直方向上，还在变速凹槽的周向上。
而且，如果与变速凹槽底部位置相对的凹槽从动件表面具有与变速凹槽的曲率基本吻合的曲率，将更是有利的。
这种方法保证了凹槽从动件与变速凹槽以凹槽从动件最大限度地深插入变速凹槽的状态相结合，以进一步增加变速安全性。
应当理解以上提到的和以下将阐述的特征不仅在各例详细说明的组合中应用，也可以在不离开本发明范围的情况下在其它组合中或单独使用。
附图说明
本发明的实施例以附图来说明，并在随后的描述中详细阐述。图中：
图1是沿其周面具有垂直凸度和纵向凸度的平行六面体的示意图；
图2是滑块的示意透视图；
图3是图2所示的滑块沿III-III线的剖视图；
图4A至4D是另一滑块的各种视图；
图5示出图1所示的滑块，该滑块与变速鼓轮或其变速凹槽相接合，包括相关接触椭圆；
图6示出沿滑块周面的垂直凸度顶点的分布；
图7示出根据本发明的与变速凹槽接合的滑块；
图8A至8D示出图7所示滑块的各种视图；
图9A至9D示出本发明滑块的更多实例的各种视图；
图10示出如图9滑块的两个示意透视图。
具体实施方式
如前面已经提到的，图1用虚线(连续线)显示有凸度设计的平行六边形。
图2在两个示意透视图中显示滑块10，即左顶部视图和右底部视图。该滑块10沿其高度方向具有(任选的)孔12。滑块10可借助于部件(未示出)插入孔12而与例如拨叉(未示出)相连接。
如图2所示的例子，该滑块具有设计为相互平行的上表面14和底面16。滑块10的周面有许多凸缘部件18、20和22。
图2左侧所示出的滑块10以点划线表示出纵轴线24。
此外，上表面14具有两个上升部分26、28，然而对本发明的功能不太重要，所以不再详细阐述。
滑块10由凸缘部件18至22引导或导向在变速凹槽(未示出)或变速鼓轮(未示出)中。
图3示出了图2中右侧的滑块10沿III-III线的示意剖视图。
图3所示的剖面30关于图2所示的滑块10平行于上表面14和底面16地定向。这样该剖面30就垂直于高度(未示出)地定向。该表面30由于孔12的原因而具有圆形凹陷。
表面30的外等高线U是由多个凸缘部件18至22形成的。滑块10的宽度通过垂直于纵向24的另一点划线32来标示。在主凸缘22的区域中，滑块10的外表面在周面方向具有与主直径Dhaupt的一半相对应的曲率半径。
接触斜面20(参照图2)分别与主凸缘22相接。接触斜面20设计成接近直线，即相对于表面是平的，而不是如剖面30右下方的虚线34所示地夸张地示出的其纵向凸度。沿剖面30的等高线U的凸度一般在下文中称为纵向凸度，其中对滑块10的长度和宽度不做区分。同样使用的“垂直凸度”的提法将在与图4D有关的阐释中详解。
图3的接触斜面20通常构成与变速凹槽(未示出)或凹槽凸缘(未示出)相协作的滑块10的各组成部分。如开始提及的，由于变速凹槽具有所谓的变速齿，为在中立位置和齿轮接合位置之间移动齿轮，凹槽凸缘通常在变速齿区域内与变速鼓轮的周面以类似的方式形成斜面，因此通常在齿轮变换的时候发生变速鼓轮的变速凹槽的凹槽凸缘与接触斜面之间的面接触。
接触斜面20分别与相应的顶点凸缘18相接。顶点凸缘18在纵向24上分别形成滑块10的头尾端。该顶点凸缘18包含顶点角2α并以半直径Dspitze呈圆弧形。
图4A至4D示出另一滑块40。
图4A显示滑块40的下部。图4B显示滑块40的侧面。图4C显示滑块40的顶视图。图4D显示沿纵向24观察到的滑块40。这与前视图相对应。与图2所示滑块相类似的特征具有相同的附图标记。
图4示出的滑块与图2图解的滑块10的不同之处基本在于，图4的滑块40的上升部分26和28不在中央区域，它们基本被主凸缘22限制。上升部分26和28设置于端头区域，它们基本上被顶点凸缘18从外部限制。
此外，图4B至4D示出垂直凸度的导向线L。现有滑块中，该导向线与构成滑块40的上表面和底面的表面14和16平行。此外，在辅助线42的帮助下可以清楚地看到这些表面相对于高度方向形成有凸度。这就是说，示出了各种凸缘部件18-22之间的过渡的辅助线42是具有预定曲率半径的曲线。此外可以看到，圆周面各部件的纵向凸度的顶点都位于同样高度，否则，垂直凸度的导向线L也不会与表面14或16平行。
图5中可以示意地看到与示出了一部分的变速鼓轮44相接合的图2的滑块10。在这种情况下，从变速鼓轮44的轴线方向观察滑块10与变速鼓轮44。变速鼓轮44的轴线由46表示。
该变速鼓轮44具有外半径rauβen。此外，变速凹槽48在变速鼓轮44的周面方向示意地示出，变速凹槽48的深度以附图标记50表示。变速凹槽48的深度50是从外半径rauβen和内半径rinnen的差值中计算出来的。变速凹槽48的深度50通常与不具有上升部分26或28的滑块10的高度具有相同的数量级。
图5也示出了滑块10的垂直凸度的导向线。此外，所谓的有效半径rwirk在图5中示出。该有效半径rwirk或有效直径是作为整个变速鼓轮外形尺寸乃至整个传动机械装置的理论设计的基础的功能性参数。该滑块的凸缘与变速鼓轮凹槽的凸缘沿有效直径理想接触。
然而由于赫兹压力，变速鼓轮44会在转动时沿转动52方向形成压力椭圆54。
显而易见，椭圆54基本上位于有效直径上方。滑块凸缘18和20位于理想接触点(即有效直径)之前。这样，滑块10的接触点就在滑块10的顶点凸缘18和变速鼓轮凹槽外缘的方向上发生位移，所述外缘由rauβen形成。
这可能在承受高负荷的变速鼓轮凹槽区域内(如同步点或变速点)导致损坏和功能失效。压力椭圆54中心点关于有效直径线56的位移导致实际所得值相对于理论预设值的不确定偏差。此效应在变速鼓轮44的小有效直径的情况下得到加强。
根据本发明，这些负面效应会在纵向凸度的顶点沿滑块周面设置成使其基本与有效直径线56相重合的情况下得以消除。
这在图6中示意地示出，其中滑块的高度依据滑块的周面绘制。
附图标记ML标示滑块的两个最大宽度位置之一。图6中理论上观察到的该滑块具有总高度Hges。对于现有的滑块，垂直凸度的顶点SHB如图1所示意地示出和图4B/D中以“L”表示的一样位于线58上。
根据本发明，在圆周面的每个单元部件Uelement的垂直凸度的顶点SHB在有效直径线56的方向上“移位”。
图6的右半部分部分地示出了本发明滑块在点ML处的垂直于纵轴的截面。垂直凸度的顶点SHB在那里处于理想位置。根据本发明，顶点SHB离开点ML后将沿箭头60的方向运动。
图7示出根据本发明的滑块，其具有垂直凸度的弧形导向线L。此外，滑块70具有适应于内半径rinnen的弧形底面72。然而这仅仅代表一种优选实施例。此外，底面也可以无曲率地形成，这将在图9中清楚地示出。
滑块70与图1的滑块10和图4的滑块40构造相似。仅有的几点不同将在以下详细阐述。
图8更详细地显示图7的滑块70。图8A显示滑块70的底视图。图8B显示滑块70的侧视图。图8C显示滑块70的顶视图。图8D显示纵向24视图。这与前视图相对应。
图9示出根据本发明的滑块90的另一实施例，其具有无曲率的底面92。
图10示出了根据图9的滑块90的两个示意透视图。
如图9所示，滑块90在上部区域94中具有在宽度上比变速凹槽更宽的套环96，因此，在接合的状态下，滑块90以其区域94从侧面伸出到变速凹槽上方。
不言而喻，可以改变滑块或凹槽从动件的各种参数，例如，凸度半径，顶角α，曲率直径等等，以进一步优化滑块凸缘和变速鼓轮凹槽凸缘的接触模式的空间位置。
本发明的结果是，变速鼓轮凹槽的磨损和变形减到最小，同时变速鼓轮传动机械装置的操作可靠性和使用寿命增加。此外，节约了相当的成本。而且，致动器的理论设计参数也在实际实施中得以实现。导向线的曲率半径也可以与有效直径的曲率半径有细微偏离(参照图7)，而实际上并不会限制本发明可能实现的功能特性。
然而，在曲率半径有偏差的情况下，压力椭圆的位置可被优化。
如果变速鼓轮的形状与旋转对称有偏差，则变速凹槽的横截面也不再是旋转对称的，“有效直径”的提法应该改成“有效线”。

Claims (5)

1.一种与机动车多级变速器的变速鼓轮(44)的变速凹槽(48)相配合的凹槽从动件(70、90)，该凹槽从动件(70、90)具有垂直凸度和纵向凸度，并且，该变速凹槽(48)限定一个有效直径，该凹槽从动件(70，90)被导向成沿该有效直径与变速凹槽(48)成接合状态，并且，垂直凸度的所有顶点(SHB)的集合沿凹槽从动件的周面形成导向线(L)，其特征在于，垂直凸度的顶点位置这样地选择，以至于使导向线(L)基本上与变速鼓轮(44)的有效直径相对应。
2.如权利要求1所述的凹槽从动件，其特征在于，该垂直凸度不仅沿与变速凹槽(48)的凹槽凸缘相接触的表面设置，而且也沿凹槽从动件(70、90)的整个周面(U)设置。
3.如权利要求1或2所述的凹槽从动件，其特征在于，该凹槽从动件(70、90)为滑块。
4.如权利要求3所述的凹槽从动件，其特征在于，该凹槽从动件(70、90)具有接触斜面(20)，凹槽从动件(70、90)的纵向凸度沿该接触斜面形成。
5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的凹槽从动件，其特征在于，该凹槽从动件(70、90)的与变速凹槽(48)底部相对设置的表面(72、92)具有与变速凹槽(48)的曲率基本吻合的曲率。
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