JP3906450B2 - ピン型同期装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、変速機用のピン型同期装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
すべての変速ギア比あるいはいくつかの変速ギア比のシフト時間を減少させるために同期機構が使用されていることは、多段速度比変速機において良く知られていることである。また、車両オペレータに要求されるシフト効果、即ち、シフトレバーに適用される力は、自己増力型(self−energizing type)の同期機構を使用することによって減少されることも良く知られている。
一般に、オペレータのシフト効果は車両サイズと共に増加するので、自己増力型の同期機構は、特に、重量トラックにとって重要である。同期装置の先行技術例は、米国特許第5078244号、米国特許第5092439号及び米国特許第5339936号に示されており、これらは本発明に参照される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、改良されたシフトフランジを備えた自己増力型のピン型同期装置を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、米国特許第5092439号で説明され、また請求項1に先行技術として記載されているようなピン型同期装置は、摩擦的に同期させるために選択的に操作され、軸の軸線に相対的に回転するように装着された第1及び第2ドライブの一方にかみ合い連結されるようなピン型同期装置を含む。
同期装置は、第1及び第2のドライブの各々に対応させて取付けられ、またこれらのドライブ間に位置され軸方向に可動な第3及び第4のジョーメンバーにそれぞれ係合可能な第1及び第2のジョーメンバーを有している。
第3及び第4のジョーメンバーは、軸に形成された外側スプラインに対して相対的に回転しないようにスライド可能に噛み合う内部スプラインを有している。
第1及び第2のコーン摩擦リングは、第1及び第2ドライブの各々と一緒に回転するように取付けられている。
第3及び第4コーン摩擦リングは軸と同中心であり、ドライブを軸に同期させるように同期トルクを与えるために、第1及び第2摩擦リングの各々に摩擦係合するためにドライブ間で軸方向に可動である。
放射方向に伸びるフランジは、第3及び第4ジョーメンバー間で、かつ、第3及び第4摩擦リング間に位置する軸方向で反対側に形成された側面を有しており、フランジに適用される両軸方向のシフト力(Fo)に対応させてジョーメンバー及びリングを軸方向に移動させる。
ブロッカ手段は、係合時に操作され、同期に先立って、ジョーメンバーの係合を阻止する。ブロッカ手段は、第3及び第4摩擦リング間で、かつ、フランジ内の第1セットの開口内に軸方向に延びるように固定され、周方向に間隔をあけて配置された複数のピンを有している。
各々のピンは、協同する開口に形成されたブロッカショルダに係合可能なブロッカショルダを有している。
第1手段は、第3及び第4ジョーメンバーに関して軸方向の動きに対抗するようにフランジに固定される。
第2手段は、第3及び第4ジョーメンバー及び軸に関してフランジの制限された周方向の動きを許容する。第2手段は、フランジ及び軸に関して軸方向及び放射方向の動きに対抗するように固定された第1及び第2ランプを有している。
前記第1及び第2ランプは、摩擦リングを係合させる全力を増加させるために、フランジ上にシフト力(Fo)方向に付加的な軸方向の力(Fa)を生ずるように同期トルクに対応して係合可能である。
【0005】
本発明の特徴とする改良点は、製作中または使用中において、フランジの軸方向の歪みを減少させるように、少なくともフランジの軸方向に面する一側面から軸方向に延びる環状のスチフナリングを有するフランジを構成することである。
【0006】
【発明の実施の形態】
ここで使用されている“クラッチ同期機構”という用語は、かみ合いクラッチ手段により軸に選択比ギヤを非回転可能に連結するために使用されるクラッチ機構、つまり、かみ合いクラッチ部材が、かみ合いクラッチと協同する同期 摩擦クラッチによって実質的に同期 回転になるまで意図するかみ合いクラッチの係合を阻止するクラッチ機構を意味している。
“自己増力(self−energizing)"とは、摩擦クラッチの同期トルクに比例して同期クラッチの係合力を増加させる、ランプ、カムまたは同等のものを有する、クラッチ同期機構を意味している。
【0007】
図面を参照すると、ギア及び軸線12aに関して変速機に回転可能に装着される軸12を有する同期組立体10、軸方向に離して配置したドライブまたはギア14、16、及び複動同期装置22が示されている。
軸12は、ギアを回転可能に支持する円筒状表面12b、12c、及び円筒状表面の直径より大きい直径の外周面を有する環状部材12dを有している。
環状部材は、軸方向で反対に面する肩部12e、12fを経てギアを分離する軸方向長さを有しており、該肩部は、ギアが互いに軸方向に近づくように移動することを制限している。ギアの軸方向の互いに離れる方向の移動は、従来周知の方法で制限されている。環状部材は軸にリングを固着することにより形成するか、或は図示されるように、軸と一体に形成される。
環状部材の外周面には、外側スプライン12g、環状部材の軸方向長さと等しい軸方向長さを有する3個の溝18、及び、以下に説明される、自己増力ランプ20a、20b、20c、20dが形成されている。
溝はいくつかの隣接するスプライン12gを取り除いて、簡単な機械加工により自己増力ランプを形成している。
【0008】
同期機構22は、ギア14、16に一体に形成された摩擦リング26、28及びジョーメンバー30、32、環状部材12dの外周面に形成された外側スプラインにスライド可能に噛み合う内側スプライン38、40を有するジョーメンバー34、36、ジョーメンバー34、36の軸方向に対向する表面34a、36aの間に挟み込まれ軸方向で反対側に面する側面42a、42bを有する放射方向に延びるシフトフランジ42、軸方向移動に対抗するようにフランジとジョーメンバーを固定する3個の軸方向に延びるリテーナ44、3個の周方向に離れて配置され、摩擦部材の各々からフランジの開口42cを通って軸方向に延びているピン50により互いに固定された環状摩擦リング46、48、及び3個のプリエナージャイザアセンブリ(pre−energizer assemblies)52から構成されている。アセンブリ52は図3のみに示されている。
【0009】
摩擦リングはコーン摩擦面26a、46a及び28a、48aを有しており、ジョーメンバーの係合に先立って軸に対してギアを摩擦的に同期させるように係合する。
リング46、48は、3個の周方向に離され、軸方向に開口し、周方向に細長い溝46b、48b、6個の周方向に離され、放射方向内側に開口し、摩擦リング46、48を通って軸方向に延びる溝46c、48cを有している。余分の溝46c、48cは摩擦リング46、48の交換可能性を容易にする。
更に、以下に説明するように、溝46b、48bは、プリエナージャイザアセンブリの端部を受け入れ、溝46c、48cはリテーナ44を受け入れている。コーン角度の広い範囲が使用され、ここでは、7.5度のコーン角度が用いられている。
摩擦面46a、48a及び/または26a、28aは、ベース部材に取付けられた公知の摩擦部材で、ここでは、米国特許第4700823号、米国特許4844218号及び米国特許第4778548号に説明されているような、熱分解性のカーボン摩擦部材(pyrolytic carbon friction materials)が用いられている。これらの特許は本発明に参照される。
【0010】
ピン50は、フランジ開口42cより少し大きい直径の大径部50a、摩擦リング46、48間に配置される縮径部または溝部50b(ここでは中間部)、及びピン軸に垂直な平面に対してある角度で、ピン軸から放射方向外側に延びるように、かつ、互いに軸方向に離れるような、円錐形のブロッカショルダ(conical blocker shoulders)または面50c、50dを有している。
溝部は、対応するフランジの開口内に配置される時、フランジの開口42cに形成された面取りされたブロッカショルダとピンのブロッカショルダを効果的に係合させるように、固定された摩擦リングとピンアセンブリとの制限された回転を許容している。ピンは、従来周知の方法で摩擦リング46、48に固定されている。
【0011】
プリエナージャイザアセンブリ52は、前述の米国特許第5339936号に詳細に示され説明されているように、分離したピン型である。
各々のプリエナージャイザアセンブリは、開口42cの間に交互に間隔をあけて設けられている開口42dを通して摩擦リング46、48の間で軸方向に延びている。
図3に示すように、各々のプリエナージャイザアセンブリは、2つの同一のシェル54と、該シェルの間に挟まれて該シェルを離れる方向に付勢する少なくとも2つの同一のリーフスプリング56と、リーフスプリングの端部56a全体を伸縮自在にはめ込む2つのリテーナ58と、各々の摩擦リング46、48の長円形の溝46b、48b内に配置される長円形のカップ状部材60を有している。
長円形のカップ状部材60及び溝46b、48bは、摩擦リングの周方向に延びており、シェル54の対向する端部54aの滑動を許容するように摩擦リングの放射方向に十分な径を有している。
各々の対のシェル54は、面取りされた端面54cを有する半環溝54b及び端部54aが共に押圧される時、協同する開口42dの直径よりも小さい大径を有している。
端部54aは摩擦リング46、48に対して反作用し、面取り部54cは、フランジ42の初期の係合移動に対応してフランジ42内の開口42dの面取り部に対して反作用する。
カップ状部材60は、摩擦リング46、48と端部54aとの間を耐摩耗性材料を提供するようにしっかりと連結する。例えば、カップ状部材は、鋼から作られ、また摩擦リングはアルミニュウムまたは比較的柔らかい材料から作られる。
【0012】
前述したように、ジョーメンバー34、36は、軸に取付けられた外側スプライン12dにスライド可能に噛み合う内側スプライン38、40を有している。外側スプラインは軸の軸線に平行に延びるフランク面を有しており、ジョーメンバーのスプラインと軸のフランク面との噛み合いによって互いの回転を阻止している。
【0013】
更に、フランジ42は、反対面から軸方向に延びるスチフナリング42e、42f、及び、軸の環状部材12dの外周面の溝18内に放射方向内側に突出するように自己増力歯62を有している。各々の歯62は、対応する自己増力ランプ面20a、20b、20c、20dと協同し或は反作用する自己増力面62a、62b、62c、62dを有している。各々のスチフナリングは、ジョーメンバー34、36の環状の放射方向外側の面34c、36cを受け入れる放射方向内側の面42hを有している。
スチフナリングは、製作中或は使用中において、フランジ42の軸方向歪みを減少させる。
ランプ面は、ジョーメンバー34、36及び軸12に関してフランジの制限された回転を許し、フランジ42に適用されるシフト力によって最初に係合されるコーンクラッチの係合力を増加させ、コーンクラッチにより供給される同期トルクを増加させて、付加的な軸方向の自己増力フォース(self−energizing force)を供給するように、コーンクラッチと軸との間の同期トルクに反作用する。
ランプ面は、一方のまたは両方のギアに同期力を増加させるように、及び/または、アップシフト及びダウンシフトに遭遇するように、どちらの方向でもトルクに対応させて同期力を増加させるようにする。
【0014】
リテーナ44の各々は、ジョーメンバー34、36の放射方向外側の部分34b、36bに配置される軸方向に延びる部分44a、及びジョーメンバー34、36の軸方向の反対側の面34c’、36c’を抱き込む、軸方向に離されて配置され放射方向内側に延びる部分44bを有している。
リテーナは、制限された相対回転を許容するようにフランジ42の開口42eを通って緩く延びている。各々の軸方向に延びた部分は、摩擦リングの溝46c、48cに受け入れられる、軸方向に離れて配置され放射方向外側に面する部分44cを有しており、溝の放射方向内側に面する部分に接してスライドする。部分44cは、溝の内側に面する部分でスライドして、そこにとどまるように十分に長い。
図2に示すように、ギア14、16は、ジョーメンバーが係合される時リテーナの端部を受け入れるために、軸方向に延びる溝14a、16aを有している。
溝46c、48cの放射方向に延びる側部はリテーナを周方向に間隔を置いて保持する。軸12に取付けられたランプ面20a、20bは、フランジの歯62の対向するランプ面62a、62bに反作用し、どちらの方向でもトルクに対応させてギア16の同期割合及び/またはシフト量を増加させ、またはアシストするように付加的な軸方向の力を生ずる。ランプ面20c、20dは、ランプ面62c、62dの各々に反作用し、どちらの方向でも同期トルクに対応させて、ギア14に付加的な軸方向の力を与える。
ランプ面の角度は、アップシフト及びダウンシフト、高速比及び低速比で付加的な軸方向力を変化させる。
また、もし1つのギア或はそれ以上のギアに対して一方向に付加的な軸方向力がなければ、ランプ面は軸の軸線に平行となり、即ち、効果的なランプ面は提供されない。
以下に説明されるように、付加的な軸方向力の大きさ或は量は、摩擦クラッチと自己増力ランプの平均半径比の関数である。したがって、シフトフォークによってシフトフランジ42に適用されるシフト力を与えるために加えられる力の大きさは、ランプ角度及び/または平均半径比を変化させることによって変えられる。
【0015】
フランジ42が図1の中立位置にある時は、ピン50の縮径部50bは、協同するフランジの開口42cと共に放射方向に整列されており、コーンクラッチの摩擦面はわずかに離されて配置され、スプリング56の力でフランジの開口42dに作用する、プレエナージャイザー52の面取りされた或は角度をつけられた面54cに関してその間隔で維持されている。
プレエナージャイザーの面により生ずる軸方向の力は、コーンクラッチの表面の間でオイルの粘性剪断のために自己増力ランプによるフランジ上のいかなる付加的な軸方向力にも十分に反作用する。
軸に対してどちらかのギアを連結しようとする時は、米国特許第4920815号に示されているような良く知られた方法で、適当な図示しないシフト機構がフランジ42の外周に連結され、ギア14に連結させるために左に、或はギア16に連結させるために右に、軸12上の軸線に沿って軸方向にフランジを移動させる。
シフト機構は、リンク機構を介してオペレータにより手動的に動かされるか、アクチュエータによって選択的に動かされるか、或は、シフト機構を自動的に始動させ、シフト機構によって適用される力の大きさを制御する手段によって動かされる。
シフト機構が手動的に動かされる時は、オペレータによりシフトレバーに適用される力に比例する。手動的に或は自動的にかかわらず、力はフランジ42に対して軸方向に適用され、図8において矢印Foの長さで示される。
【0016】
オペレータのシフト力Foによるフランジの軸方向右側への移動は、コーン面48aとコーン面28aとを摩擦係合させるために、プレエナージャイザー面54cによってピン50に伝達される。
コーン面の初期の係合力は、スプリング56の力及びプレエナージャイザー面の角度が機能する。
初期の摩擦係合(非同期状態が存在し、一瞬、自己増力ランプの効果を無能にする)は、フランジ42と係合した摩擦リングとの間の制限された相対回転を保証する、初期のコーンクラッチ係合力と同期トルクToを生ずるので、フランジの開口42cの側面に対するピンの縮径部分50bの移動は、ピンブロッカショルダ50dと開口42cに配置されたブロッカショルダとを係合させる。
ブロッカショルダが係合される時、フランジ42上のオペレータの全シフト力Foは、ブロッカショルダを経由して摩擦リング48に伝達されるので、コーンクラッチは、オペレータのシフト力Foの全力で合成されたオペレータの同期トルクToを生ずるように係合される。
このオペレータの同期トルクToは、図8において矢印Toで表される。
ブロッカショルダは、オペレータのシフト力Foの軸方向に関して角度を有しているので、コーンクラッチからの同期トルクに対抗するが、非同期状態ではより少ない大きさの反対の力またはアンブロッキングトルクを生ずる。
図2に示すように、実質的な同期に到達すると、同期トルクはアンブロッキングトルク以下に低下するので、ブロッカショルダは、ピンを開口42cと同心に移動させ、引き続きフランジを軸方向に移動させ、また、ジョーメンバー36の内側スプライン/ジョー40とジョーメンバー32の外側スプライン/ジョーとを係合させる。スプライン/ジョーは、米国特許第3265173号及び米国特許第4246993号に示されるように形成されている。これらの特許はここに参照される。
【0017】
自己増力ランプの効果を無視したとしても、力Foによって生ずるコーンクラッチトルクは式(1)により表される。
To=FoRcμc/sinα・・・(1)
ここで、
Rc=コーン摩擦面の平均半径
μc=コーン摩擦面の摩擦係数
α=コーン摩擦面の摩擦角度
【0018】
特に、図6及び図7を参照して、自己増力ランプの作用についてみると、オペレータが軸方向のシフト力Foを適用することによる同期トルクToは、ピン50によってフランジ42に伝達され、自己増力ランプ面を横切るように軸12に反作用する。
係合される時、自己増力ランプ面は、軸12及びジョーメンバー34、36に関するフランジの回転を制限し、軸方向力成分または付加的力Faを、シフト力Foと同じ方向にフランジに作用させ、これらの力の合計、即ち全力Ftによって、更に、トルクToに加えて付加的同期トルクTaの合計の全トルクTtがコーンクラッチの係合力として増加される。
図6は、シフトフランジ42が図1の位置に対応する中立位置にある時の自己増力ランプ面の位置を示している。
図7は、ギア16がコーン面28a、48aの係合によって同期されている時のランプ及びスプラインの位置を示している。
係合されたコーン面は、フランジのランプ面62aと軸のランプ面20aとを効果的に係合させる方向に同期トルクを生じている。
それ故に、図8に示すように、コーンクラッチを係合させるための軸方向の力の合計は、FoにFaを加えたものとなり、コーンクラッチによって生ずる同期トルクの合計は、ToにTaを加えたものとなる。
オペレータによりシフト力Fo及び同期トルクToが与えられると、軸方向の付加的力の大きさは、係合される自己増力ランプ面の角度の関数となる。この角度は、同期トルクを有効に増加させ、また、オペレータによる最適なシフトに対応させて同期時間を減少させるために、十分な大きさの付加的力Faを生ずるためには十分である。
しかしながら、この角度は、制御された軸方向付加力Fa、即ち、力Foの増減に対応して増減する力Faを生ずるためには低すぎる。
もしランプ角度が大き過ぎると、ランプは、セルフエナージャイジングよりはむしろセルフロッキングする。それゆえ、一旦、コーンクラッチの初期係合が生ずると、力Foとは無関係に力Faが急速に制御不可能に増加され、制御されないロックアップに向けてコーンクラッチを駆動する。
自己増力よりはむしろセルフロッキングが、シフト量またはシフト感を減少させ、同期装置の構成部材にオーバーストレスを与え、オーバーヒートの原因となり、コーンクラッチ表面の急速な摩耗、また、オペレータによるシフトレバーの移動を無効にさえする。
【0019】
自己増力ランプ角度を計算するための主な変数及び方程式は、前述の米国特許第5092439号に示されている。
【0020】
本発明は、ピン型の同期装置の形態として説明されてきた。添付された請求の範囲は、開示された同期装置の発明部分を含んでおり、変更や修正は本発明の精神の範囲内に含まれることになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の複動同期機構の中立位置を示す断面図である。
【図2】図2は、右方向で係合された図1の同期装置を示す図である。
【図3】図3は、図1の同期機構の部品の詳細な分解図である。
【図4】図4は、図1における軸部の詳細図である。
【図5】図5は、図4の5−5線断面矢視図である。
【図6】図6は、シフトフランジが中立位置にある時の図4の6−6線に沿った矢視図である。
【図7】図7は、図4の6−6線に沿った矢視図であり、図3に示す自己増力ランプが噛み合わされている図である。
【図8】図8は、同期装置のシフトフランジに作用する軸方向力とトルクを図示的に表している。
【符号の説明】
12 シャフト
14、16 第1及び第2ドライブ
22 ピン型同期装置
26、28 第1及び第2コーン摩擦リング
30、32 第1及び第2ジョーメンバー
34、36 第3及び第4ジョーメンバー
42 フランジ
42e、42f スチフナリング
44 リテーナ
46、48 第3及び第4コーン摩擦リング
50 ピン
Claims (3)
- 軸(12)の軸線(12a)に相対的に回転するように装着された第1及び第2ドライブ(14,16)の一方と摩擦的に同期させ、噛み合い連結させるために選択的に操作されるピン型同期装置(22)であって、
第1及び第2ドライブ(14,16)の各々に取付けられ、かつ、ドライブ間に配置され、軸(12)に取付けられた外側スプライン(12g)に対して相対的に回転しないようにスライド可能に噛み合わされている内側スプライン(38,40)を有する、軸方向に可動の第3及び第4のジョーメンバー(34,36)の各々と係合可能な第1及び第2ジョーメンバー(30,32);
第1及び第2ドライブの各々と一緒に回転するように固定された第1及び第2コーン摩擦リング(26,28)、及びドライブと軸とを同期させるために同期トルクを生ずるように第1及び第2摩擦リングとそれぞれ摩擦係合する、軸と同中心でドライブ間で軸方向に可動の第3及び第4のコーン摩擦リング(46,48);
第3及び第4ジョーメンバー(34,36)の間で、かつ、第3及び第4摩擦リング(46,48)の間に配置され、フランジに適用される両軸方向のシフト力(Fo)に対応してジョーメンバー及びリングを軸方向に移動させる、軸方向で反対側に面する側面(42a,42b)を有する放射方向に延在するフランジ(42);
係合時に操作され、同期させる前に、ジョーメンバー(30,38及び32,40)の係合を阻止するブロッカ手段であって、該ブロッカ手段は、周方向に離して配置され、第3及び第4摩擦リング(46,48)間で軸方向に延在するように固定され、かつ、フランジの第1セットの開口(42c)内に配置される複数のピン(50)を有しており、各々のピンは、協同する開口(42c)に形成されたブロッカショルダと係合可能なブロッカショルダ(50c,50d)を有しており;
第3及び第4ジョーメンバーに関連する軸方向の動きに対抗するようにフランジ(42)に固定される第1手段(44);
第3及び第4ジョーメンバー(34,36)及び軸(12)に関して制限された周方向の動きを許容する第2手段(62,18)であって、該第2手段は、フランジ及び軸に関して軸方向及び放射方向の動きに対抗するように固定された第1及び第2ランプ(62a,20a)を有しており、前記第1及び第2ランプは、摩擦リングを係合させる全力を増加させるために、フランジ上にシフト力(Fo)の方向に付加的な軸方向の力(Fa)を生ずるように、同期トルクに対応して係合可能である;ピン型同期装置において、
フランジ(42)は、少なくともフランジの軸方向に面する一側面(42a)から軸方向に延びる環状のスチフナリング(42e)を有することを特徴とするピン型同期装置。 - フランジ(42)は、フランジの軸方向に面する他側面(42b)から軸方向に延びる他の環状スチフナリング(42f)を有することを特徴とする請求項1記載のピン型同期装置。
- 環状のスチフナリング(42e)は、第3ジョーメンバー(34)の環状の放射方向外側に面する面(34c)を受け入れる放射方向内側に面する面(42h)を有することを特徴とする請求項1または請求項2記載のピン型同期装置。
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