专利名称：减少跳动的变速杆总成的制作方法
技术领域：
本发明涉及手动变速车辆变速器的变速杆总成，尤其是特别设置使该总成的重心移向变速杆的摆轴之前的手动变速车辆变速器的变速杆总成，以减少所述变速杆跳动的发生。
公知的已有技术中，一种单一的和/或组合的及同步的、断开和/或非同步的手动变速车辆变速器，可以参见美国专利5,000,060和5,390,561，其中所公开的内容结合于此作为参考。
已有手动变速的变速器，特别是应用于重型车辆的，如不带挂车的卡车及传统的(即非平头式)拖拉机/半挂车，及应用于从直接装于变速器壳的变速支座分总成向上伸出的手动操纵变速杆，与由美国专利4,455,883；4,550,627；4,920,815以及5,272,931所示类型的多滑杆或单变速轴的变速机构相互作用，所述诸专利公开的内容结合于此作为参考。
尽管此类变速器被广泛采用并获商业成功，但并非总是令人满意，如在某些恶劣路面条件下，上述变速器可能会出现变速杆跳动的情况(即变速比在非意愿情况下脱离)。此情况通常与相对重型的车辆(如MVMA等级5及较大型车辆)所使用的变速器有关，它们往往具有较长的变速杆，该变速杆具有较大的球头部，且在其端部经常有用于选择区段和/或分立变速的主控制阀。
根据本发明，借助于提供一种用于已直接装有变速杆的手动变速车辆变速器的变速杆总成，使上述现有技术中的缺陷减至最小或克服之，从而使上述的变速杆发生跳动的可能减至最小或完全消除。
借助于直接安装变速杆的手动变速车辆变速器的变速杆总成即可实现上述功能，所述变速杆设置成使诸总成的重心偏置于变速杆的摆轴(Y-Y)之前。在一最佳实施例中，一向前伸出的平衡配重悬伸固定于所述变速杆。因此，本发明的目的在于提供一种新的和改进的直接安装用于手动变速变速器的变速杆总成，从而减少由变速杆急移而产生的跳动。
本发明的上述目的及其他目的和优点结合附图，由对下述最佳实施例的描述的理解而更加清楚。
图1是应用本发明改进的变速杆总成的车辆传动系示意简图。
图2是影响变速杆的产生跳动扭矩的诸因素的示意性说明图。
图3是影响起动扭矩的因素的示意性说明图。
图4是一种便捷地利用本发明的重型车辆手动变速变速器的典型换档模式的示意简图。
图5是应用于本发明变速杆总成中的配重平衡块总成的分解顶视图。
图6是图5中配重平衡块总成的侧视图。
图7是本发明另一实施例的示意图。
为方便起见，下述优选实施例中应用了一些术语，但并非穷举。术语“向上”，“向下”，“向右”和“向左”表示沿这些方向作为参照方向。术语“向前”和“向后”通常分别指安装于车辆的传动系部件的前端和后端，也即分别是图1所述各传动系部件的左边和右边。术语“顺时针方向”和“逆时针方向”表示如图1所示的从车辆左边观察的旋转方向。
所述术语包括上已提及的、它们的派生词及其同义语。
参见图1，它示出应用本发明的变速杆总成的一种车辆动力系10，动力系10通常应用于重型车辆，诸如通用拖拉机/半挂车辆的牵引车，其包括一发动机，或一典型的柴油机12，置于离合器壳体内的一主摩擦离合器14，一多级组合式变速器16，和一驱动轴总成18。变速器16包括一输出轴20，它通过万向节24与车辆传动轴22驱动联接，用以驱动驱动轴总成，这些技术在已有技术中是公知的。变速器16安装在变速器壳体26内，其上直接安装本发明变速杆总成30的变速支座28。
图4表示一典型的换档模式图，它用于手动操纵变速杆来手动换档的区段与分立组合式变速器。简单地说，变速杆可沿边到边或X-X方向运动，以便选定某一特定速比或欲啮合的速比，并且可前和后或Y-Y方向运动，以便有选择地啮合和脱开各速比。这种换档模式可包括自动区段变速和手动分立变速，这在已有技术中是公知的。应用变速机构的变速器和这类变速模式在已有技术中是公知的，可以通过参照前述的美国专利5,000,060和5,390,561更详细理解。
典型的，变速杆总成30包括一变速手柄或类似件(未示出)，其向下伸进变速机构32中，诸如多滑杆变速支座壳体总成或单变速轴总成，这些在已有技术中是公知的，和在前述美国专利4,455,883；4,550,627；4,920,815和5,272,931中已经说明。
通用的已有技术的变速器在图1中已说明，但不含本发明改进的变速杆总成，可以想见，如果路面条件恶劣，令人烦恼的变速杆跳动可能会发生。简单地说，变速杆的跳动是由变速杆在Y-Y方向上绕变速杆总成Y-Y摆动轴34的振动，从而引起手动变速变速器中的爪式接合器的非意愿情况下分离。本发明的变速杆总成的用途是减少此类变速杆跳动的发生。
参见图1，在一种典型重型车辆的动力系中，发动机—离合器—变速器整体，在恶劣路面条件下往往会以垂直方式(如箭头36所示)和绕支点或轴38摆动方式(通常固定在车辆离合器区域内)运动。如箭头40所示方向，上述整体的向上运动差不多总是与绕摆轴38的逆时针方向转动有关，同时，如箭头42所示，所述整体向下运动总是与绕摆轴38的该整体的顺时针方向转动相关联。
可以理解，变速杆的跳动是由车辆传动系受非常路面所产生振动惯性力而产生的。如图1所示，这种路面产生的冲击使发动机—离合器—变速整体在其安装处产生纵摇。这种纵摇(纵向角运动)常在发动机—离合器—变速器安装系统的固有频率范围中，常常大约在7至10Hz之间，这样的纵向角振动在变速器上，特别是变速杆总成上，产生相当高的垂直的、前、后和旋转加速度。特别是，变速杆总成产生绕支点34的惯性跳动扭矩TJ是由其惯性扭矩之总和决定的，这将于下面及图2示意说明中更加详细说明。它表示典型的向后偏置变速器杆往往会增加跳动扭矩，而向前偏置往往会减少跳动扭矩。
正如在下面及图3示意说明中更加详细说明的那样，由变速滑杆或变速轴起动力与支点34和变速滑杆或轴之间距离所决定动量臂之乘积(即起动扭矩To)来抵消跳动扭矩TJ当跳动扭矩克服起动扭矩时，跳动发生。起动力Fx可包括克服起动机构所需的各个力，锁止已啮合爪式接合器的扭矩，变速机构的摩擦力。当跳动扭矩克服起动扭矩时，变速杆发生跳动。诸如车辆滑行条件下，当传动系有一较低的扭矩时，这往往会发生，因为在驱动条件下，来自锁定传动系的所谓扭矩的摩擦趋向于锁住已接合的滑动接合器元件处于接合状态，并且大大克服任何强加于其上的跳动。
由于变速杆总成30本身是一动态系统，它有其本身固有频率，十分不幸，这也常常发生在7至10Hz之间，此频率是由杆重、杆偏置、支座重，和隔离体刚度决定的，如果发动机—离合器—变速器固有频率与变速杆总成的固有频率相吻合，由于发动机放大了的惯性力被上述杆的共振而更加放大，跳动趋势更大。
在图2中，TJ＝aXMY-aYMX+I∝ 其中TJ＝跳动扭矩M＝杆的质量I＝杆的惯量ax＝前/后加速度ay＝垂直加速度∝＝杆的角加速度x＝支点到杆重心的距离y＝支点到杆重心垂直距离Cg＝重心在图3中，To＝Fxd 其中To＝起动扭矩Fx＝起动力d＝支点到滑杆的距离图2表示了计算由变速杆抖动而产生跳动扭矩的数学模型。它表示沿变速杆摆轴34的顺时针和逆时针两个方向上产生跳动扭矩，但引起跳动的仅是上述两方向中之一，这取决于当前所啮合变速比。仔细研究这个数学模型，可以看出，如果变速杆总成30的重心向前偏离支点34，那么变速杆总成向上的垂直加速度ay会产生扭矩ayMx，该扭矩抵抗变速杆总成预先的逆时针方向旋转而引起的扭矩(I∝)。相反地，由变速杆总成向下加速度引起的扭矩往往会抵抗由变速杆总成顺时针转动引起的扭矩。因此，本申请人确认若改动变速杆总成的典型布置，可使由于发动机—离合器—变速器整体的纵向角振动引起变速杆振动的总跳动扭矩TJ减小，上述的改动使变速杆总成的重心向前偏离平面44，平面44通常包含变速杆总成的摆动34且垂直于输出轴20的轴线，同样，对于变速杆总成增加向前偏置其重心，甚至减小向后偏置重心的任何改动，都往往会减少变速杆的跳动发生。
申请人已发现在向上垂直运动中，发动机—离合器—变速器整体通常有绕该整体摆动轴38逆时钟方向旋转的趋势，而在向下垂直运动中，通常有绕该整体摆动轴38顺时针方向旋转的趋势。从路面振动ayMx引起的垂直加速度所产生的惯性扭矩，往往会抵抗由转动加速度而引起的控制扭矩，结果产生一个非常低的绕支点的总跳动扭矩。
完成上述(见图7)的一种方法是设计变速器16A，以使变速支座28A在该变速器上往后移。而变速杆总成38采用向前弯曲的变速杆31，这样往往会将其重心移至包含有变速杆摆轴的平面44A之前。对于许多车辆的布置来说，由于已有车辆布置和已有的变速机构32A的结构，此情况不可能付诸实际。
在图1，图5和图6中，本发明的优选实施例的形式已说明，它能很好地适合大多数情况，即便不是所有的，已有的变速器和车辆布置也能很好地适于更新已有的变速杆总成。在这优选实施例中，配重平衡块总成50包括固定悬臂安装于已有变速杆31上的一质量块52，通过安装装置54，加大质量块，使质量块位于已有平面44之前。选定配重平衡块构件52的质量和悬臂安装装置54的长度，这样变速杆总成30的重心将使由垂直加速度引起的扭矩往往会抵消由转动加速度引起的扭矩。参见图2，此情形下最好结果是其长度和质量的选择导致由变速杆垂直加速度产生的扭矩ayMx，通常等于和相当于角加速度产生的扭矩I∝。
图5和图6所示是配重平衡块50的结构，简单地说，质量块52加进安装装置54中，其包括两个分开的块56和块58，限定成直线并配合。通常凹形插孔60和62之间相应地夹持住变速杆31，有许多螺纹紧固件，诸如螺栓64和62，穿过孔68和72，与其内螺孔72和74相螺接，质量块52可以是高密度的材料和/或可变换有选择插入以改变其质量。
因此，可以理解一种上述新的和改进的用于手动变速变速器的变速杆总成，特别是用于重型车辆的手动变速变速器，能减少或消除变速杆的跳动发生。
尽管对本发明以一定程度的特例作出描述，可以理解，优选实施例仅为一实例的说明，可以有许多形式和细节的变化并未脱离本发明及其后所附权利要求的实质和范围。
权利要求
1.一种为具有一输出轴的手动变速车辆变速器提供变速杆总成的方法，所述类型变速杆总成包括一伸长的变速杆(31)，该变速杆(31)可摆动地绕摆轴安装，该摆轴由变速支座限定，该变速支座直接安装到变速器上，通常前—后从而有摆动选择地啮合和分离所选定的变速比，上述方法包括将所述变速杆总成重心向前偏离平面(44)，该平面(44)包含所述摆轴且与所述输出轴的轴线相垂直。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述偏离包括将向前延伸的质量块(50)附加于所述变速杆。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述偏离包括使所述变速杆向前延伸弯曲。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述偏离包括使所述变速杆向前延伸曲弯曲。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述变速杆总成承受以已知方式相关联的垂直加速度(ay)和绕所述摆轴的角加速度(∝)，并选择所述的质量块来设定变速杆总成的重心，以减少表达式I∝-ayMx的值，其中I＝变速杆惯性变量∝＝绕所述摆轴逆时针方向的变速杆角加速度ay＝向上垂直加速度M＝变速杆总成质量，和X＝所述平面到重心之间的距离
6.一种用于具有一输出轴的手动变速车辆变速器经改进的变速杆总成(30)，所述类型变速杆总成包括一伸长的变速杆(31)，该变速杆可摆动地绕摆轴安装，该摆轴位于变速支座内，该变速支座直接安装于变速器，通常前—后摆动有选择地啮合和分离所选定的变速比，所述的改进包括使所述变速杆总成重心向前偏离平面(44)，该平面(44)包含所述摆轴并垂直于所述输出轴的轴线。
7.如权利要求6所述的改进变速杆总成，包括一向前悬臂延伸的质量块(50)，该质量块(50)附加于所述变速杆。
8.如权利要求7所述的改进变速杆总成，其特征在于所述变速杆总成承受以已知方式相互关联的垂直加速度(ay)和绕摆轴的角加速度，选择所述质量块来设定变速杆总成的重心，以减少表达式I∝-aYMx的值，其中I＝变速杆惯性变量∝＝绕所述摆轴逆时针方向的变速杆角加速度ay＝向上垂直加速度M＝变速杆总成质量，和X＝所述平面到重心之间的距离
9.一种减少由变速杆总成(30)引起变速杆跳动的方法，所述总成(30)与具有一输出轴的手动变速车辆变速器共同作用，所述类型的变速杆总成包括一伸长的变速杆，该变速杆可摆动地绕摆轴安装，该摆轴位于变速支座中，该变速支座直接安装于变速器，通常前-后摆动有选择地啮合和分离所选定的变速比，所述变速杆总成最初有一位于平面(44)之后的重心，该平面(44)包括所述的摆轴且与所述输出轴的轴线相垂直，所述方法包括使所述变速杆总成的重心向前偏离所述平面。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于所述的偏离包括将向前延伸的质量块(50)附加到所述变速杆上。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于所述的偏离包括使所述变速杆向前延伸弯曲。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于所述变速杆总成承受以已知方式相关联的垂直加速度(ay)和绕所述摆轴的角加速度(∝)，并选择所述的质量块，来设定变速杆总成的重心，以减少表达式I∝-ayMx的值，其中I＝变速杆惯性变量∝＝绕所述摆轴逆时针方向的变速杆角加速度ay＝向上垂直加速度M＝变速杆总成质量，和X＝所述平面到重心之间的距离
13.一种减少手动变速变速系统的变速杆跳动的装置，包括一与其上有一输出轴的手动变速车辆变速器有关的变速杆总成，所述类型变速杆总成包括一伸长的变速杆，该变速杆可摆动地绕摆轴安装，该摆轴位于一变速支座中，该变速支座直接安装于变速器，通常前-后摆动有选择地啮合和分离所选定的变速比，所述变速杆总成最初的重心位于平面(44)之后，该平面(44)包含所述摆轴且与所述输出轴轴线相垂直，所述装置包括附加到所述变速杆上的配重平衡块(50)，并包括向前延伸的质量块，所述配重平衡块和所述变速杆总成形成一变速杆总成(30)的组合体，所述质量块具有足够的尺寸和足够的向前延伸量，使所述变速杆总成组合体的重心向前偏离到所述平面的位置。
14.如权利要求3所述的装置，其特征在于所述的配重平衡块可动地附加到所述变速杆。
15.在手动变速车辆变速系统中，减少变速杆跳动的一变速杆总成(30)包括，一与其上有一输出轴的手动变速车辆变速器有关的一变速杆分总成(31)，所述类型的变速杆分总成包括一伸长的变速杆，该变速杆可摆动地绕摆轴安装，该摆轴位于变速支座内，该支座直接安装于变速器，通常前-后摆动有选择地啮合和分离所选定的变速比，所述变速杆分总成具有一位于平面(44)之后的重心，该平面(44)包含所述的摆轴，且垂直于所述输出轴的轴线；和一配重平衡块(50)附加到所述变速杆并且包括一向前延伸的质量，所述配重平衡块和所述变速杆分总成形成变速杆总成(30)组合体，所述的质量块具有足够的尺寸和足够的向前延伸量，使所述变速杆总成组合体的重心偏置于所述平面之前的一个位置。
16.如权利要求15所述的总成，其特征在于所述配重平衡块可动地附加到所述变速杆上。
17.如权利要求15所述的总成，其特征在于选择所述的质量块，来设定变速杆总成组合体的重心以减少表达式I∝-axMx的值，其中I＝变速杆惯性变量∝＝绕所述摆轴逆时针方向的变速杆角加速度ay＝向上重加速度M＝变速杆总成质量，和X＝所述平面到重心之间的距离
全文摘要
一种减少变速杆跳动的手动变速车辆变速器(16)的变速杆,一配重平衡块(52)安装在变速杆(13)上,以向前延伸的方式,将变速杆总成的组合体的重心移至变速杆Y－Y摆轴(34)的前面。
文档编号B60K20/02GK1169516SQ97113468
公开日1998年1月7日 申请日期1997年5月6日 优先权日1996年5月6日
发明者J·J·贝尔 申请人:易通公司