SE516628C2

SE516628C2 - Plate spring, especially for synchronisation mechanisms in gearboxes, comprises ring shaped part with special curvature geometry

Info

Publication number: SE516628C2
Application number: SE0002278A
Authority: SE
Inventors: Anders Hedman
Original assignee: Volvo Lastvagnar Ab
Priority date: 2000-06-16
Filing date: 2000-06-16
Publication date: 2002-02-05
Also published as: SE0002278D0; SE0002278L

Abstract

The spring (3) comprises a ring-shaped part (4) curved about an imaginary axis extending at right angles to the central axis (5) for this part. An Independent claim is also included for a gearbox containing this spring.

Description

20 25 30 35 516 628 2 Eftersom glappet medför att kugghjulen även vid små axiella kraftvariationer kommer att tendera röra sig i axial led, och slå emot de andra kugghjulen samt differentialhusväggen, kommer oljud i form av slammer att uppstå. Detta medför givetvis även att ett förhållandevis stort slitage uppstår på de ingående komponenterna. För att motverka att kugghjulen rör sig i axial-led bygger man idag ofta in olika fjädrande element mellan kugghjulen och differentialhuset. Dessa fjâderelement får dock inte ge en alltför stor fjädringskraft så att istället nötningsskador uppstår mellan roterande och fasta konstruktionselement. 20 25 30 35 516 628 2 Since the play causes the gears, even with small axial force variations, to tend to move in the axial direction, and strike the other gears and the differential housing wall, noise in the form of slams will occur. This of course also means that a relatively large wear occurs on the constituent components. In order to prevent the gears from moving in the axial direction, various resilient elements are often built in today between the gears and the differential housing. However, these spring elements must not give too great a suspension force so that instead abrasion damage occurs between rotating and fixed structural elements.

Ett fjädringselement som ofta används i exempelvis differentialväxlar för att motverka glapp och mindre kraftvariationer är tryckbrickor. En tryckbricka består utav en ringformad platt relativt tunn del med ett hål anordnat i centrum, där hålet är anpassat till den axel på vilken tryckbrickan ska anordnas. För att tryckbrickan ska erhålla de efterfrågade fjädrande' egenskaperna tillverkas den oftast utav fjäderstål samt, i princip, bockas i vertikalplanet mot en cylinder med anpassad diameter. Hur mycket den från början platta brickan bockas eller böjs beror på hur stor fjädringsmån som fordras för en viss tillämpning.A suspension element that is often used in, for example, differential gears to counteract play and minor force variations are pressure washers. A pressure washer consists of an annular flat relatively thin part with a hole arranged in the center, where the hole is adapted to the axis on which the pressure washer is to be arranged. In order for the pressure washer to obtain the required resilient properties, it is usually made of spring steel and, in principle, bent in the vertical plane against a cylinder of adapted diameter. How much the initially flat washer bends or bends depends on how much resilience is required for a particular application.

En tryckbricka kan vara bockad i flera vertikalplan dvs den blir vågformig med flera vågor utmed ytterkanten.A pressure washer can be bent in several vertical planes, ie it becomes wavy with several waves along the outer edge.

Tryckbrickor tillverkas idag i olika standardstorlekar och styvheter.Pressure washers are today manufactured in different standard sizes and rigidities.

Tryckbrickans fjäderkarakteristik dvs förhållandet mellan fjåderkraften och sträckan för ihoptryckning är relativt konstant. Maximala fjåderkraften eller styvheten, dvs då tryckbrickan har bottnat, är relativt låg varför den lämpar sig utmärkt för att ta upp glapp 10 15 20 25 30 35 516 628 3 där relativt små axialkrafter uppstår samt där nötningsskador mellan roterande och fast del måste minimeras.The spring characteristic of the pressure washer, ie the ratio between the spring force and the distance for compression, is relatively constant. Maximum spring force or stiffness, ie when the pressure washer has bottomed out, is relatively low, which is why it is excellent for taking up play where relatively small axial forces occur and where abrasion damage between rotating and fixed part must be minimized.

Då krafterna i differentialhuset ökar, av olika anledningar, utmed axlarnas axiella riktning räcker tryckbrickans fjádringskarakteristik inte till.As the forces in the differential housing increase, for various reasons, along the axial direction of the shafts, the suspension characteristics of the pressure washer are not sufficient.

Tryckbrickan plattas ut och bottnar tvärt med en ljudsmáll som följd. Lösningen på detta är ofta att anordna ännu ett fjâdringselement med en annan fjádringskarakteristik som klarar att ta emot de större krafterna.The pressure washer flattens out and bottoms abruptly with a sound noise as a result. The solution to this is often to provide yet another suspension element with a different suspension characteristic which is able to receive the larger forces.

En tallriksfjâders fjádringskarakteristik är betydligt styvare än motsvarande tryckbrickas. Förhållandet mellan fjäderkraften och sträckan för ihoptryckning beskriver i detta fallet en betydligt brantare kurva, vilken då tallriksfjädern närmar sig bottenläget planar ut i en avtagande exponentiell form. Tallriksfjädern består också utav en ringformad platt relativt tunn del med ett hål anordnat i centrum, där hålet är anpassat till den axel på vilken tallriksfjàdern ska anordnas.The suspension characteristics of a disc spring are considerably stiffer than the corresponding pressure washer. The relationship between the spring force and the distance for compression describes in this case a much steeper curve, which as the disc spring approaches the bottom position flattens out in a decreasing exponential shape. The disc spring also consists of an annular flat relatively thin part with a hole arranged in the center, where the hole is adapted to the axis on which the disc spring is to be arranged.

Genom att den platta ringformade brickan är vrängd, så att den kan sågas utgöra en del av en kon med borttagen topp, fås en tallriksfjáder. Tallriksfjädrar tillverkas idag i olika standardstorlekar och styvheter.Because the flat annular washer is inverted, so that it can be sawn as part of a cone with the top removed, a disc spring is obtained. Disc springs are manufactured today in different standard sizes and stiffnesses.

För att, som exempelvis i ett differentialhus, kunna kompensera både för glapp och mindre axiala krafter samt samtidigt fjädra emot större axiala krafter kan både en tallriksfjâder och en tryckbricka anordnas mellan ett koniskt kugghjul och differentialhusväggen.In order, as for example in a differential housing, to be able to compensate for both play and less axial forces and at the same time spring against larger axial forces, both a disc spring and a pressure washer can be arranged between a bevel gear and the differential housing wall.

Nackdelarna med detta är uppenbara. Det blir dyrare med flera olika fjâdringselement samtidigt som ett större avstånd mellan fast och roterande element krävs för att u .. vv.. u 10 15 20 25 30 35 516 628 4 få plats med båda fjâdringselementen. En annan nackdel är att monteringsfel lätt kan uppstå genom att fjâdringselementen kan monteras felvänt.The disadvantages of this are obvious. It becomes more expensive with several different suspension elements at the same time as a larger distance between fixed and rotating elements is required in order to accommodate both suspension elements. Another disadvantage is that mounting errors can easily occur because the suspension elements can be mounted incorrectly.

I patentdokumentet US 5678670 beskrivs en självförstárkande synkronisering med tallriksfjâdrar.The patent document US 5678670 describes a self-reinforcing synchronization with disc springs.

Tallriksfjådrarna begränsar, i detta fallet, självförstárkningen för att förhindra överbelastning av synkroníseringen. I obelastat läge behöver det finnas ett glapp eller spel mellan tallriksfjäderpaketet 30 och utskottet 21 på medbringaren 20. Utan glapp skulle medbringaren 20 tryckas mot kopplingsringen 5, eftersom tryckkraften från tallriksfjâdrarna kan bli för stor pga att de är relativt styva. I regel har medbringaren 20 och kopplingsringen 5 olika rotationshastighet, vilket ihop med den stora tryckkraften från tallriksfjâdrarna får till följd att effektförluster - pga friktion samt risk för nötning uppstår.The disc springs limit, in this case, the self-reinforcement to prevent overloading of the synchronization. In the unloaded position, there needs to be a play or play between the disc spring package 30 and the projection 21 on the carrier 20. Without play, the carrier 20 would be pressed against the clutch ring 5, as the compressive force from the disc springs may become too great because they are relatively rigid. As a rule, the carrier 20 and the coupling ring 5 have different rotational speeds, which together with the large compressive force from the disc springs has the consequence that power losses - due to friction and risk of wear occur.

Glappet, som alltså är nödvändigt, får i sin tur till> följd att läget på de sneda ytorna 25 på utskotten 24. på medbringaren 20 blir obestämt i förhållande till de motsvarande sneda ytorna 26 på bommarna 17 i kopplingshylsan 4. Detta ger att synkroniseringens sjâlvförstârkande verkan i början av synkroniseringsförloppet blir olika från gång till gång. Resultatet blir en varierande växlingskänsla, vilket upplevs som negativt av föraren.The gap, which is thus necessary, in turn has the consequence that the position of the inclined surfaces 25 of the projections 24. on the carrier 20 becomes indeterminate in relation to the corresponding inclined surfaces 26 of the bars 17 in the coupling sleeve 4. This means that the self-reinforcing of the synchronization the effect at the beginning of the synchronization process is different from time to time. The result is a varying feeling of change, which is perceived as negative by the driver.

Mot bakgrund av ovanstående är uppfinningens uppgift dels få ner antalet detaljer och därmed kostnaden för dessa, dels få möjlighet till större packningseffektivitet samt att eliminera monteringsfel. v vv- v-v- v 10 15 20 25 30 35 516 628 5 REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Den uppfinningsenliga lösningen av uppgiften med hänsyn taget till den uppfinningsenliga anordningen beskrivs i patentkravet 1. Patentkraven 2 till 4 beskriver föredragna utföringsformer och utvecklingar utav den uppfinningsenliga anordningen. Patentkrav 5 beskriver en synkronisering där den uppfinningsenliga lösningen âr anordnad.In the light of the above, the object of the invention is partly to reduce the number of parts and thus the cost of these, and partly to have the possibility of greater packing efficiency and to eliminate assembly errors. DESCRIPTION OF THE INVENTION The inventive solution of the object with respect to the device according to the invention is described in claim 1. Claims 2 to 4 describe preferred embodiments and developments of the device according to the invention. Claim 5 describes a synchronization in which the solution according to the invention is arranged.

Anordningen enligt uppfinningen består utav en tallriksfjäder, vilken innefattar en koniskt pressad ringformad del, som är böjd kring en tänkt geometrisk axel, vilken befinner sig i rät vinkel mot den ringformade delens geometriska centrumaxel.The device according to the invention consists of a disc spring, which comprises a conically pressed annular part, which is bent around an imaginary geometric axis, which is at a right angle to the geometric center axis of the annular part.

De främsta fördelarna med anordningen enligt uppfinningen är att bäde tryckbrickans och den tidigare kända tallriksfjäderns fjädringskarakteristik erhälls i en och samma detalj. Användningen av endast en detalj minskar kostnaderna för fjädringselement, en större packningseffektivitet blir möjlig samt att eventuella monteringsfel elimineras.The main advantages of the device according to the invention are that the suspension characteristics of both the pressure washer and the previously known disc spring are obtained in one and the same detail. The use of only one detail reduces the costs for suspension elements, a greater packing efficiency becomes possible and any mounting errors are eliminated.

Enligt en fördelaktig första utföringsform av anordningen enligt uppfinningen böjs eller bockas tallriksfjädern kring mer än en tänkt geometrisk axel, vilken är vinkelrät mot den ringformade delens geometriska centrumaxel. Här ska noteras att den tänkta geometriska axeln inte behöver korsa centrumaxeln i någon punkt, dvs att man inte böjer tallriksfjädern mitt över tallriksfjäderns geometriska centrum utan kan böja den runt en tänkt geometrisk axel som ligger något vid sidan av centrumaxeln. w h... v~vø u 10 15 20' 25 30 35 516 628 6 Enligt en fördelaktig andra utföringsform av anordningen enligt uppfinningen böjs tallriksfjädern kring en tänkt geometrisk axel som just korsar en punkt pá tallriksfjâderns centrumaxeln.According to an advantageous first embodiment of the device according to the invention, the disc spring is bent or bent about more than one imaginary geometric axis, which is perpendicular to the geometric center axis of the annular part. It should be noted here that the imaginary geometric axis does not have to cross the center axis at any point, ie that you do not bend the disc spring in the middle over the geometric center of the disc spring but can bend it around an imaginary geometric axis that lies slightly next to the center axis. According to an advantageous second embodiment of the device according to the invention, the disc spring is bent about an imaginary geometric axis which just crosses a point on the center axis of the disc spring.

Ytterligare fördelaktiga utföringsformer utav uppfinningen framgår av de efterföljande beroende patentkravet (krav 2 till 4).Further advantageous embodiments of the invention appear from the following dependent claim (claims 2 to 4).

En speciell tillämpning utav uppfinningen âr som fjädringselement i synkroniseringar i växellådor. En tallriksfjâder enligt uppfinningen löser problemen i synkroniseringar. För att fortsätta med den exemplifierade sjâlvförstärkande synkroniseringen i US 5678670, skulle en självförstârkande synkronisering utrustad med en tallriksfjáder enligt uppfinningen fä- medbringaren 20 att tryckas mot kopplingsringen 5 med läg kraft. Detta eliminerar effektförlusterna och nötningen. Dessutom kommer de sneda ytorna 25 och 26 att hamna pä samma inbördes läge i början av varje synkroniseringsförlopp. Uppbyggnaden av den sjâlvförstârkande synkroniseringskraften och därmed växlingskánslan blir mycket mer konstant.A special application of the invention is as a suspension element in synchronizations in gearboxes. A disc spring according to the invention solves the problems in synchronizations. To continue with the exemplary self-reinforcing synchronization in US 5678670, a self-reinforcing synchronization equipped with a disc spring according to the invention would cause the carrier 20 to be pressed against the coupling ring 5 with low force. This eliminates power losses and abrasion. In addition, the inclined surfaces 25 and 26 will end up in the same mutual position at the beginning of each synchronization process. The build-up of the self-amplifying synchronizing force and thus the switching sensation becomes much more constant.

FIGURBESKRIVNING Föreliggande uppfinning kommer i det följande att beskrivas närmare under hänvisning till bifogade ritningar, vilka i exemplifierande syfte visar ytterligare föredragna utföringsformer av uppfinningen samt teknisk bakgrund.DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings, which for exemplary purposes show further preferred embodiments of the invention and technical background.

Figur la visar en sidovy av en enligt teknikens ståndpunkt utförd tryckbricka. 10 15 20 25 30 35 o u ~ Q oo 516 628 ø n n n u; Figur lb visar en frontvy av en enligt teknikens ståndpunkt utförd tryckbricka.Figure 1a shows a side view of a pressure washer made according to the prior art. 10 15 20 25 30 35 o u ~ Q oo 516 628 ø n n n u; Figure 1b shows a front view of a pressure washer according to the prior art.

Figur lc visar fjäderkarakteristiken för en tryckbricka enligt teknikens ståndpunkt.Figure 1c shows the spring characteristics of a pressure washer according to the prior art.

Figur 2a visar en sidovy av en enligt teknikens ståndpunkt utförd tallriksfjäder.Figure 2a shows a side view of a disc spring made according to the prior art.

Figur 2b visar en frontvy av en enligt teknikens ståndpunkt utförd tallriksfjäder.Figure 2b shows a front view of a disc spring made according to the prior art.

Figur 2c visar fjäderkarakteristiken för en tallriksfjäder enligt teknikens ståndpunkt.Figure 2c shows the spring characteristics of a disc spring according to the prior art.

Figur 3a visar en sidovy av en seriemonterad tallriksfjäder och tryckbricka båda utförda enligt teknikens ståndpunkt.Figure 3a shows a side view of a series-mounted disc spring and pressure washer both made according to the prior art.

Figur 3b visar fjäderkarakteristik för en seriemonterad tallriksfjäder och tryckbricka båda enligt teknikens ståndpunkt.Figure 3b shows the spring characteristics of a series-mounted disc spring and pressure washer both according to the prior art.

Figur 4a visar en sidovy av en uppfinningsenlig tallriksfjäder.Figure 4a shows a side view of a disc spring according to the invention.

Figur 4b visar en frontvy av en uppfinningsenlig tallriksfjäder.Figure 4b shows a front view of a disc spring according to the invention.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER I figur la och lb visas en tryckbricka 1 enligt tidigare känd teknik. Tryckbrickan 1 är böjd eller 10 15 20 25 30 35 516 628 8 bockad, i princip kring en cylinder, vilket ger en sidovy enligt figur la. Figur lc visar tryckbrickans 1 fjäderkarakteristik. Förhållandet mellan fjäderkraften F och sträckan S för ihoptryckning är relativt konstant. När tryckbrickan är helt tillplattad uppnås maximala fjâdringsmånen ho. Tryckbrickan kan vara böjd eller bockad på mer än ett ställe (visas ej i figur).DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS Figures 1a and 1b show a pressure washer 1 according to the prior art. The pressure washer 1 is bent or bent, in principle around a cylinder, which gives a side view according to figure 1a. Figure 1c shows the spring characteristic of the pressure washer 1. The ratio between the spring force F and the distance S for compression is relatively constant. When the pressure washer is completely flattened, the maximum suspension moon is reached. The pressure washer can be bent or bent in more than one place (not shown in figure).

Figur 2a och 2b visar en tallriksfjäder 2 enligt tidigare känd teknik. Tallriksfjädern 2 utgörs av en före detta plan bricka som vrängs dvs i princip en stympad kon där toppen på den tänkta konen är avkapad.Figures 2a and 2b show a disc spring 2 according to prior art. The disc spring 2 consists of a formerly flat washer which is inverted, ie in principle a truncated cone where the top of the imaginary cone is cut off.

Detta ger en sidovy enligt figur 2a. Figur 2c visar en tidigare känd tallriksfjäders 2 fjäderkarakteristik.This gives a side view according to figure 2a. Figure 2c shows the spring characteristics of a previously known disc spring 2.

Förhållandet mellan fjäderkraften F och sträckan S för ihoptryckning är mycket brantare än för tryckbrickan 1.The ratio between the spring force F and the distance S for compression is much steeper than for the pressure washer 1.

Detta är ett betydligt styvare fjädringselement. En större kraft erfordras, jämfört med tryckbrickan l, för att trycka ihop tallriksfjädern 2 motsvarande sträcka.This is a much stiffer suspension element. A greater force is required, compared with the pressure washer 1, to compress the disc spring 2 corresponding distance.

Stigningen avtar ju närmare maximal ihoptryckning man. komer. När tallriksfjädern 2 är helt tillplattad uppnås maximala fjädringsmånen ho.The rise decreases the closer to maximum compression man. comer. When the disc spring 2 is completely flattened, the maximum suspension moon ho is reached.

För att erhålla de bàda kända fjädertypernas 1, 2 egenskaper kan de seriekopplas. Detta visas i figur 3a.In order to obtain the properties of the two known spring types 1, 2, they can be connected in series. This is shown in Figure 3a.

Den sammanlagda fjäderkarakteristiken som erhålls då visas i figur 3b. De mindre krafterna tas upp främst av tryckbrickan 1. När kraften stiger och tryckbrickan 1 bottnar (ho) så är det främst tallriksfjädern 2 som arbetar.The total spring characteristics obtained then are shown in Figure 3b. The smaller forces are absorbed mainly by the thrust washer 1. When the force rises and the thrust washer 1 bottoms (ho), it is mainly the disc spring 2 that works.

I figur 4a och 4b visas således en anordning enligt den föreliggande uppfinningen. Tallriksfjädern 3, enligt uppfinningen, består av en ringformad del 4, vilken har en geometrisk centrumaxel 5. Tallriksfjädern 3 är böjd 10 15 20 516 628 9 eller bockad, i princip kring en cylinder (ej visad).Figures 4a and 4b thus show a device according to the present invention. The disc spring 3, according to the invention, consists of an annular part 4, which has a geometric center axis 5. The disc spring 3 is bent or bent, in principle around a cylinder (not shown).

Motsvarande centrala geometriska axel (ej visad) till nämnda cylinder befinner sig således i rät vinkel mot den ringformade delens 4 geometriska centrumaxel 5.The corresponding central geometric axis (not shown) of said cylinder is thus at a right angle to the geometric center axis 5 of the annular part 4.

Cylinderns geometriska axel kan korsa en punkt på den ringformade delens 4 geometriska centrumaxel 5, men den kan också likväl vara belägen något vid sidan av den ringformade delens 4 geometriska centrumaxel 5. Ett snitt mitt i tallriksfjâdern 3 ger en sidovy enligt figur 4a. Fjâderkarakteristik för den uppfinningsenliga tallriksfjádern 3 blir densamma som för det seriekopplade fjäderpaketet (se figur 3a) dvs enligt figur 3b. Vid ihoptryckning planas först böjningen ut eftersom den har en mindre styvhet. Därefter tar den vrängda delen över. Genom lämplig storlek pà böjningen och vrângningen kan önskad fjädringskarakteristik erhållas.The geometric axis of the cylinder can cross a point on the geometric center axis 5 of the annular part 4, but it can also still be located slightly next to the geometric center axis 5 of the annular part 4. A section in the middle of the disc spring 3 gives a side view according to Figure 4a. Spring characteristics of the disc spring 3 according to the invention become the same as for the series-connected spring package (see figure 3a), ie according to figure 3b. When compressed, the bend is first flattened out because it has a smaller stiffness. Then the inverted part takes over. By suitable size of the bend and torsion, the desired suspension characteristics can be obtained.

Den uppfinningsenliga tallriksfjädern 3 kan även vara böjd eller bockad på mer än ett ställe (visas ej i figur).The disc spring 3 according to the invention can also be bent or bent in more than one place (not shown in the figure).

Claims

10 15 20 25 30 516 628 10 PATENT REQUIREMENTS

Plate spring (3) annular part (4) consisting of a conically pressed characterized in that the annular part (4) is bent or bent around a cylindrical body whose imaginary geometric center axis is at a right angle to the geometric center axis (of the annular part). 5) and where said cylindrical body is located on the opposite side of the conical pressed annular part (4) intended contour.

Disc spring (3) according to claim 1, characterized in that the annular part (4) is bent or bent in more than one place, ie around at least a second cylindrical body whose imaginary second geometric center axis is also at a right angle to the annular the geometric center axis (5) of the part and where said second cylindrical body is located on the opposite side of the conceived pressed annular part (4) of the contemplated part.

Disc spring (3) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the imaginary geometric center axes of the cylindrical bodies intersects a point on the annular part (4) (5). geometric center axis

Disc spring (3) according to one of the preceding claims, characterized in that the disc spring (3) is made of steel. 10 o u ø. or 516 628 11 .... o:

Gearbox consisting of gears, axles and a device for synchronizing the rotational speed between cooperating gears, the synchronization comprising a disc spring (3) consisting of a conically pressed annular part (4) characterized in that the annular part (4) is bent or bent around a cylindrical body whose imaginary geometric center axis is at a right angle to the geometric center axis (5) of the annular member and where said cylindrical body is located on the opposite side of the imaginary contour of the conically pressed annular member (4).