专利名称：用于换挡离合器的接合套和换挡离合器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于换挡离合器的接合套和一种尤其是用于汽车的换挡变速器的换挡离合器，借助该接合套和换挡离合器可以改善换挡质量。
背景技术：
带有同步装置的换挡离合器包括与可旋转地支承在轴上的齿轮抗扭地连接并且具有连接齿以及摩擦圆锥面的离合器主体。该换挡离合器还具有带配合圆锥面和锁齿的同步环以及具有啮合齿的接合套，至少一部分啮合齿通过端侧的倾斜表面与锁齿上的止动表面共同作用。接合套在接合套导引装置上可轴向移动地导引，该接合套导引装置与轴抗扭地连接。在当牵引力中断时换挡，即在换挡过程中通过离合器使输入轴与驱动装置分离的换挡变速器中，可以通过换挡离合器这样挂入各挡，即，在轴上旋转的、属于各挡的齿轮与轴连接。在此，挂入的挡位确定了变速器输入轴与输出轴之间的传动比并且由此确定转速比。其它挡位的自由旋转并且保持啮合的齿轮以相应于其传动比的转速旋转，也就是说较低传动级(相当于较高挡位)的齿轮旋转得比较高传动级的齿轮更快。为了使接合套的啮合齿能够啮合到离合器主体的连接齿中，必须事先使待连接的部件具有相同的转速。基本上由离合器主体上的摩擦圆锥面和带有配合圆锥面以及锁齿的同步环组成的同步装置起到了这个作用。同步环与接合套共同旋转，但也可以相对于该接合套以有限的角度转动。尤其在较低的温度下(此时变速器油具有较高的黏度)，变速器油使在换挡过程中与驱动装置断开的部件强烈减速，因此最初旋转较快的齿轮被同步装置和较高的油黏度减速。因此，该齿轮在很短时间内就已经过同步点(在该同步点处同步环相对于接合套沿相反方向扭转)，由此可能出现冷划痕。因此在专利文献DE3444670C1中建议，非对称地构造啮合齿。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于带有同步装置的换挡离合器的接合套以及这种换挡离合器，该换挡离合器构造简单而有效并且改善了换挡感觉。该技术问题按本发明通过一种用于带有同步装置的换挡离合器的接合套和一种换挡离合器解决。按照本发明的一种实施形式提供了一种用于带有同步装置的换挡离合器的接合套，该换挡离合器包括与可旋转地支承在轴上的齿轮抗扭地连接并且具有连接齿以及摩擦圆锥面的离合器主体以及带有配合圆锥面和锁齿的同步环。接合套具有啮合齿。接合套的第一组啮合齿设计成，使得它们与锁齿共同作用直至达到同步转速。接合套的第二组啮合齿设计成，使得它们在达到同步转速之后啮合到连接齿中。换挡离合器可以使用在手动变速器中。
因此本发 明的基本思想在于，将同步与接合的功能分离。这点能够得到确保，因为接合套的第一组啮合齿仅设计用于进行同步，而接合套的第二组啮合齿仅用于进行接合， 因此它们可以针对各自的功能得到优化。这种接合套的优点是，换挡离合器的换挡性能得到改善，因为在由于变速器内部损耗形成转速差后在换挡变速器上出现的换挡划痕被减至最小。同时，反接时的换挡性能保持不受影响。此外，由于不易出现换挡划痕，齿尖得到保护并且由此具有更长的耐用性， 也就是说该系统附加地增加了坚固性。可通过齿部的形状确保功能的分离。例如第一组的齿部可以具有与第二组的齿部不同的形状。在一种实施形式中，当第一组啮合齿与锁齿共同作用期间，第二组啮合齿为了啮合到连接齿中而定向。此外，当第二组啮合齿啮合到连接齿中时，第一组啮合齿可以以与第二组啮合齿相同的转速继续旋转。由此可以确保更好地将同步和接合的功能分开，并且齿部可以针对其各自的功能进一步得到优化。在此，第一组啮合齿仅承担同步的任务，而第二组啮合齿仅设计用于接合。由此可以避免啮合齿双重啮合到连接齿中的可能性，这进一步提高了换挡离合器的换挡质量，因为在同步完全结束时，啮合齿或换挡啮合部的齿部的齿尖才会与挡位上的连接齿接触。这尤其在变速器油黏度较高时(与低温有关)也起到积极作用，由此可以防止出现换挡划痕。在本发明的另一种实施形式中，第一组啮合齿的齿部在轴向上设计得比第二组啮合齿的齿部短。由此实现，第二组啮合齿的齿尖更容易啮合到连接齿之间的间隙中，由此可以排除接合时被锁止的可能性并且防止齿部双重啮合到连接齿中。由此可以确保接合时的功能分离，因为只有第二组啮合齿的齿部完全伸入连接齿中。此外，第二组啮合齿的齿部的顶面可以非对称地设计。因为第二组啮合齿只用于接合而不用于同步，所以第二组啮合齿的齿部的前部和后部顶面可以设计为具有不同倾斜程度，也就是说这样控制作用力，使得在接合套进入运动时，仅通过同步环产生相对较小的阻力，因此挡位的连接未被锁止并且实现了更快地换挡。在此优选连接齿的顶面以相同方式非对称地设计，使得在接合位置中，第二组啮合齿的齿部的顶面之间的顶点近似地相对于连接齿的两个相邻齿部处的顶面对称，由此可以避免在接合时离合器主体具有不同的扭转路径。在此，第二组啮合齿的齿部的顶面可以设计为三角形或者梯形。因此，第二组啮合齿非对称地轧尖的齿部的顶面不受到严格形状规定的限制，因此它们可以成本低廉地制造并且轻易地更换，而不必采用特殊的加工工艺。在另一种实施形式中，第二组啮合齿的齿部沿旋转方向位于前部的顶面具有与沿旋转方向位于后部的顶面不同的顶角。沿旋转方向在此表示沿啮合齿的旋转方向。由此可以防止发生使驾驶员在换挡时感觉受到干扰的接合套退回，因为可供第二组啮合齿的齿部与连接齿进入啮合用的时间增长。当啮合齿的顶面与连接齿的顶面由于不同的旋转方向关系相互碰到时，它们也可能轻微地相对滑移。因此，第二组啮合齿的齿部沿旋转方向位于前部的顶面的顶角为0°至25°。在这种角度范围内，在例如由于换挡过慢或者低温时变速器油黏度过大而使两个部件之间重新出现转速差的情况下，齿轮上的连接齿可能作用在接合套上的冲击只作用在两个部件的旋转方向上，而在此不会发生使驾驶员在换挡杆上感觉受到干扰的接合套退回，由此改善了接合时的换挡感觉。在此，沿旋转方向位于后部的顶面的顶角可约为45°。这种角度有助于使得当啮合齿的齿部的顶面与连接齿由于不同的旋转方向关系而相互碰到时可轻易地相对滑移，由此确保了可靠的接合并且使反(向换)接或断开没有受到影响或变差。在另一种实 施形式中，第二组啮合齿的齿部的顶面设计为矩形或者圆形。这样设计的构件可以与旋转方向无关地使用。因此反接时的换挡性能同样不受影响。由此还可以避免部件多样性和错误安装。第一组啮合齿的齿部的顶面可以继续对称地设计。因为仅用于同步的第一组啮合齿的齿部的顶面对称地设计，所以它们可用于不同的旋转方向。由此可以避免部件多样性和错误安装，并且此外反接时的换挡性能不受影响。此外，第一组啮合齿的齿部对称的顶面的顶角可以为40°至60°。仅用于同步的第一组啮合齿的齿部因此可针对于其功能得到优化。由此，通过锁齿的顶面形成的摩擦表面这样构造，以便使为啮合所需的力最小化。因此，这种顶角确保了事先使待连接的部件具有相同的转速，一旦第一组啮合齿倾斜的顶面碰到锁齿的止动表面上，就在同步环上施加一个足够大的轴向力。具有这种顶角的齿部也可以简单并且成本低廉地制造。在另一种实施形式中，第一组啮合齿的齿部的顶面非对称地设计。因此尤其是第一组啮合齿的齿部沿旋转方向位于前部的顶面具有比沿旋转方向位于后部的顶面更大的轴向尺寸。由此可以进一步减少冷划痕的出现。这样确保了，即使当前接合套和同步环之间具有同步性，也不能立即使接合套与同步环的啮合部啮合，而是使第一组啮合齿的齿部以这种方式与同步环的止动表面啮合，使得离合器主体克服低温时黏度较高的油的减速作用而被同步环带动并且强制形成与接合套的同步性。此外，第二组啮合齿的齿部可以相对于第一组啮合齿的齿部在接合套上沿轴向前移。由此可以避免可能发生的双重啮合(即在同步完全结束之前，啮合齿的齿部的顶面与挡位齿轮上连接齿的齿部的顶面接触)。这致使换挡质量进一步提高。由此还可以确保只有第二组啮合齿完全啮合到连接齿中，因此各组啮合部可以针对其功能得到优化，并且可以确保可靠地分离同步和接合的功能。在本发明的另一种实施形式中，同步环只在第一组啮合齿的齿部作用的部位上具有锁齿。由此确保了只有第一组啮合齿的齿部与设计用于同步的锁齿共同作用。因此，只用于接合的第二组啮合齿可以轻易地并且在很短时间内啮合到连接齿的相邻齿部之间的空隙中，由此提高了换挡质量。齿部也可以这样设计，使得它们针对其各自的功能得到优化并且确保可靠地分离同步和接合的功能。总的来说需要说明的是，通过本发明提供了一种带有同步装置的换挡离合器，该换挡离合器设计成将同步和接合的功能分开。因为第一组啮合齿的齿部只用于同步并且第二组啮合齿只设计用于接合，所以这些齿部可以针对于其各自的功能得到优化。因此第二组啮合齿的齿部可以构造成非对称的和/或具有不同的顶角，由此可以防止由于通过变速器内部损耗引起的转速差而出现的冷划痕。第一组啮合齿的齿部的顶面的顶角可以构造成，使得在变速器油具有较高黏度的低温下在同步环上施加足够的轴向力，以便确保进行有效的同步。可由此保证功能的分离，S卩，第二组啮合齿的齿部在轴向上设计得比第一组啮合齿的齿部长，或者在接合套上沿轴向前移，同时由此避免了双重啮合到连接齿中。也可由此进行功能的分离，即，同步环只在第一组啮合齿的齿部作用的部位上具有锁齿。此外，第一组和第二组啮合齿的齿部的顶面在此没有受到严格的形状规定限制， 因此它们可以简单并且成本低廉地制造，而且易于更换。由此也可以避免部件多样性 。
现在借助附图进一步阐述本发明。在附图中图1示出带有按一种实施形式的换挡离合器的变速器部件的示意立体横剖面图；图2A至2F部分示出使用一种传统同步装置时啮合齿、锁齿和连接齿的啮合进展步骤；图3A至3F部分示出使用按照一种实施形式的同步装置时啮合齿、锁齿和连接齿的啮合进展步骤；图4A至4D示出按照不同实施形式的第二组啮合齿的齿部的示意横剖面；图5A和5B示出按照不同实施形式的第一组啮合齿的齿部的示意横剖面。
具体实施例方式图1示出带有按一种实施形式的换挡离合器的变速器部件1的示意立体横剖面图。图1示出了轴2，导向套3借助啮合部抗扭地并且轴向不可移动地固定在轴2上。 除了导向套3，在轴2两侧可旋转地支承有齿轮4、5，齿轮4、5在朝向导向套3的一侧具有轴向延长部6、7，在轴向延长部6、7上分别安装有一个离合器主体8、9。离合器主体8、9通过内齿作用在延长部6、7上的外齿中，使得离合器主体与配属于它们的齿轮4、5抗扭地连接。离合器主体8、9还分别具有锥形表面10、11，它们分别构成用于同步环12、13的配合圆锥面。离合器主体8、9还分别在邻接于锥形表面10、11的区段的外周上具有外齿，即连接齿14、15。此外，图1示出带有换挡啮合部或啮合齿17的接合套16，该啮合齿17啮合到连接齿14、15中。接合套16在其静止位置中布置于导向套3的中间平面的中央并且具有中央环形槽18，卡锁滚珠19啮合到该中央环形槽18中。卡锁滚珠19与对其施加载荷的压力弹簧20 —起共同布置在导向套3的径向钻孔中。现在以已知方式由此挂入确定挡位，S卩，接合套16通过轴向移动与相邻齿轮4、5 的连接齿14、15啮合，由此在轴2和与接合套16啮合的齿轮4、5之间形成刚性连接。以下借助图2A至2F和图3A至3F进一步阐述按本发明的同步装置的功能。附图部分示出了使用传统同步装置(图2A至2F)和按本发明一种实施形式的同步装置(图3A 至3F)时啮合齿17、锁齿和连接齿14、15的啮合进展步骤。图2A至2F部分示出使用一种传统同步装置时啮合齿17、锁齿和连接齿14、15的啮合进展步骤。在此可以看出连接齿22、同步环12、13的锁齿23以及接合套16的啮合齿24，该啮合齿24与锁齿23共同作用直至达到同步转速并且接下来啮合到连接齿22中。图2A示出连接齿22、锁齿23和啮合齿24处于中性位置时的情形，这时它们没有共同作用。若现在换挡，由于传动比不同，需要事先使待接的部件具有相同的转速。在此，接合套16朝待连接的齿轮4、5的方向运动，由此，同步环通过其配合圆锥面压靠在离 合器主体8、9的锥面上。在此，同步环12、13相对于接合套16扭转，使得啮合齿17的倾斜表面抵靠在锁齿23的止动表面上。这在图2B中示出。配有附图标记L的箭头在此表示啮合齿24 的旋转方向。由此在同步环12、13上施加轴向力。配有附图标记25的箭头在此表示轴向力的作用方向。同时，换挡力经由啮合齿17的倾斜表面在同步环12、13上产生复位力。在此， 配有附图标记26的箭头表示了复位力的作用方向。在部件共同旋转时，复位力超过作用在摩擦表面上的周向力并且将同步环12、13置入中间位置，在该中间位置中可以连接接合套 16。在正常条件下，也就是说在变速器油的黏度确定的温度下，进行同步后待连接部件的同步运转由于惯性而保持到换挡完全执行。在变速器油具有较高黏度的低温下，变速器油使在换挡过程中与驱动装置分离的部件强烈减速。若现在从较高传动级(即从较低挡位)转换至较低传动级(较高挡位)，则起初旋转得较快的齿轮4、5既由同步装置12、13 也由较高的油粘度而减速。因此，该齿轮在很短时间内就已经过同步点，在该同步点处同步环12、13相对于接合套16沿相反方向扭转。在此，在中间位置中短时间地打开接合路径 (Schaltweg)，以供啮合齿24啮合到锁齿23的间隙中。这在图2C中示出。因为现在不再有轴向力作用在同步环12、13上，待连接的齿轮4、5的转速进一步降低，因此，接合套16的啮合齿24在如图2E所示进行接合之前如图2D所示划过连接齿22，这导致出现冷划痕。图2F接着示出啮合齿24完全接合到连接齿22中的状态，从而配属于离合器主体 8、9的齿轮4、5与轴2接合。图3A至3F部分示出使用按照本发明一种实施形式的同步装置时啮合齿17、锁齿和连接齿14、15的啮合进展步骤。在此可以看出第一组啮合齿27，它们与锁齿28共同作用直至达到同步转速，还可以看出第二组啮合齿29，该第二组啮合齿29在达到同步转速之后啮合到连接齿30中。因为第一组啮合齿27的齿部31只设计用于同步并且第二组啮合齿29的齿部32只用于接合，所以确保了将同步与接合的功能分开，从而齿部31、32可以针对于其各自的功能得到优化。在图3A至3F所示的实施例中，第一组啮合齿27的齿部31在轴向上设计得比第二组啮合齿29的齿部32短。此外，第二组啮合齿29的齿部32的顶面33、34非对称地设计。在此，沿旋转方向位于前部的顶面33的轴向尺寸比沿旋转方向位于后部的顶面34的轴向尺寸大。此外在所示的实施例中，第二组啮合齿29的齿部32的顶面33、34设计为三角形。在此，配有附图标记L的箭头仍表示旋转方向。而且同步环12、13只在第一组啮合齿27的齿部31作用的部位上具有锁齿28。此外，连接齿30的顶面35、36以与第二组啮合齿29的齿部32的顶面33、34相同的方式非对称地设计。然而在此，连接齿30的沿啮合齿27的旋转方向位于前部的顶面35的轴向尺寸比沿啮合齿29的旋转方向位于后部的顶面36的轴向尺寸小。图3A示出了啮合齿31、32、锁齿28和连接齿30处于中性位置中的情形。当换挡时，如图3B所示，只有仅用于同步的第一组啮合齿27的齿部31的顶面37 与锁齿28的止动表面接触。由此又在同步环12、13上施加轴向力。在此，轴向力的作用方向仍通过配有附图标记25的箭头表示。换挡力也同时经由顶面37在同步环12、13上施加复位力。在此，复位力的作用方向也通过配有附图标记26的箭头表示。在部件共同旋转时， 复位力超过作用在摩擦表面上的周向力并且将同步环12、13置入中间位置，在该中间位置中可以连接接合套16。在此如图3C所示， 第二组啮合齿29的齿部32的轴向前移并未受到阻拦，因为同步环在第二组啮合齿29的齿部32作用的部位上不具有锁齿28。若现在第二组啮合齿29的齿部32与连接齿30接触，则如图3D所示，在由于例如换挡过慢或者变速器油粘度过大而导致两个部件重新出现转速差的情况下，挡位齿轮上的连接齿14、15可能作用到接合套16上的冲击只沿两个部件的旋转方向作用，而在此不会使接合套16退回。同时，如图3E所示，第二组啮合齿29的齿部32和连接齿30的顶面33、34、35、36 的非对称式设计使得它们在由于不同的旋转方向关系相互碰到时只有少许的相对滑动。图3F又示出了第二组啮合齿29的齿部32完全接合到连接齿14、15中并且由此使属于待接通挡位的齿轮4、5与轴2连接的状态。图4A至4D示出按照本发明不同实施形式的第二组啮合齿29的齿部32的示意横剖面。在此，第二组啮合齿29的齿部32的顶面38、39、40、41如图4A所示设计为三角形 38、39，或者如图4B所示设计为梯形40、41。在此，第二组啮合齿29的齿部32的沿旋转方向位于前部的顶面38、40具有与沿旋转方向位于后部的顶面39、41不同的顶角。在此，啮合齿27的旋转方向仍通过配有附图标记L的箭头表示。在此，沿旋转方向位于前部的顶面38、40的顶角α为0°至20°。在所示的实施例中，沿旋转方向位于前部的顶面的顶角α为0°。由此确保了，在由于例如换挡过慢或者变速器油粘度过大而导致在啮合齿17与连接齿14、15之间重新出现转速差的情况下，挡位齿轮上的连接齿14、15可能作用到接合套16上的冲击只沿两个部件的旋转方向作用，而在此不会使接合套16退回。此外，沿旋转方向位于后部的顶面39、41的顶角β约为45°。由此确保了，第二组啮合齿29的齿部32和连接齿30的顶面38、39、40、41 (优选以相同方式非对称地设计) 可以轻微地相对滑动，也不会由此使反接或断开受到影响或变差。此外，第二组啮合齿29的齿部32的顶面42、43也可以如图4C所示设计为圆形42 或者如图4D所示设计为矩形43。图5Α和5Β示出按照不同实施形式的第一组啮合齿27的齿部31的示意横剖面。如图5Α所示，第一组啮合齿27的齿部31的顶面44对称地设计。在此，啮合齿对称的顶面44的顶角X为45°至60°。在所示的实施例中，顶角X为45°。通过这种构造， 只设计用于同步的第一组啮合齿27的齿部31可以最佳地针对其功能进行设计。
此外，如图5B所示，第一组啮合齿27的齿部31的顶面45也可以非对称地设计。附图标记清单1变速器部件
2 轴3导向套4,5 齿轮6,7轴向延长部8,9离合器主体10，11锥形表面12, 13 同步环14,15 连接齿16接合套17啮合齿18环形槽19卡锁滚珠20压力弹簧22连接齿23 锁齿24啮合齿25轴向力的作用方向26复位力的作用方向27第一组啮合齿28 锁齿29第二组啮合齿30连接齿31第一组啮合齿的齿部32第二组啮合齿的齿部33，34第二组啮合齿的齿部的顶面35，36连接齿的顶面37第一组啮合齿的齿部的顶面38，39，40，41，42，43第二组啮合齿的齿部的顶面44，45第一组啮合齿的齿部的顶面L啮合齿的旋转方向
权利要求
1.一种用于带有同步装置的换挡离合器的接合套，其中，所述接合套(16)具有啮合齿 (31、32)，这些啮合齿(31、32)构造成，使得第一组啮合齿(27)与锁齿(28)共同作用直至达到同步转速，并且在达到同步转速之后，第二组啮合齿(29)啮合到连接齿(30)中。
2.按权利要求1所述的用于换挡离合器的接合套，其中，当所述第一组啮合齿(27)与所述锁齿(28)共同作用期间，所述第二组啮合齿(29)为了啮合到所述连接齿(30)中而定向。
3.按权利要求1或2所述的用于换挡离合器的接合套，其中，当所述第二组啮合齿 (29)啮合到所述连接齿(30)中时，所述第一组啮合齿(27)以与所述第二组啮合齿(29)相同的转速继续旋转。
4.按权利要求1至3之一所述的用于换挡离合器的接合套，其中，所述第一组啮合齿 (27)的齿部(31)在轴向上设计得比所述第二组啮合齿(29)的齿部(32)短。
5.按权利要求1至4之一所述的用于换挡离合器的接合套，其中，所述第二组啮合齿 (29)的齿部(32)的顶面(33、34、38、39、40、41)非对称地设计。
6.按权利要求1至5之一所述的用于换挡离合器的接合套，其中，所述第二组啮合齿 (29)的齿部(32)的顶面(33、34、38、39、40、41)设计为三角形或者梯形。
7.按权利要求6所述的用于换挡离合器的接合套，其中，沿旋转方向(L)位于前部的顶面(33、38、40)具有与沿旋转方向(L)位于后部的顶面(34、39、41)不同的顶角。
8.按权利要求7所述的用于换挡离合器的接合套，其中，所述沿旋转方向(L)位于前部的顶面(33、38、40)的顶角为0°至20°。
9.按权利要求7或8所述的用于换挡离合器的接合套，其中，所述沿旋转方向(L)位于后部的顶面(34、39、41)的顶角约为45°。
10.按权利要求1至5之一所述的用于换挡离合器的接合套，其中，所述第二组啮合齿 (29)的齿部(32)的顶面(42、43)设计为矩形或者圆形。
11.按权利要求1至10之一所述的用于换挡离合器的接合套，其中，所述第一组啮合齿 (27)的齿部(31)的顶面(37、44)对称地设计。
12.按权利要求11所述的用于换挡离合器的接合套，其中，所述啮合齿(31)对称的顶面(37、44)的顶角为45°至60°。
13.按权利要求1至11之一所述的用于换挡离合器的接合套，其中，所述第一组啮合齿 (27)的齿部(31)的顶面(45)非对称地设计。
14.按权利要求1至13之一所述的用于换挡离合器的接合套，其中，所述第二组啮合齿(29)的齿部(32)相对于所述第一组啮合齿(27)的齿部(31)在所述接合套(16)上沿轴向前移。
15.一种带有同步装置的换挡离合器，包括与可旋转地支承在轴(2)上的齿轮(4、5)抗扭地连接并且具有连接齿(30)以及摩擦圆锥面的离合器主体(8、9)以及带有配合圆锥面和锁齿(28)的同步环(12、13)，所述换挡离合器还带有按权利要求1至14之一所述的接合套，其中，所述同步环(12、13)只在所述第一组啮合齿(27)的齿部(31)作用的部位上具有锁齿(28)。
全文摘要
本发明涉及一种用于带有同步装置的换挡离合器的接合套，该换挡离合器包括与可旋转地支承在轴(2)上的齿轮(4、5)抗扭地连接并且具有连接齿(30)以及摩擦圆锥面的离合器主体(8、9)以及带有配合圆锥面和锁齿(28)的同步环(12、13)，其中，接合套(16)具有啮合齿(31、32)，这些啮合齿构造成，使得第一组啮合齿(27)与锁齿(28)共同作用直至达到同步转速，并且在达到同步转速之后，第二组啮合齿(29)啮合到连接齿(30)中。
文档编号F16D23/06GK102444676SQ201110307800
公开日2012年5月9日 申请日期2011年10月12日 优先权日2010年10月13日
发明者J.阿佩尔肖瑟, M.索劳什, V.沃维恩 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司