一种不对称花键啮合齿的锁环式同步器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种不对称花键啮合齿的锁环式同步器，包括套设在变速器主轴上的齿毂，齿毂上套设有滑套，滑套的两侧均设置有结合齿圈；滑套与结合齿圈之间设置有同步环；滑套、结合齿圈以及同步环上的花键啮合齿均为不对称结构。本发明将滑套、结合齿圈以及同步环上的花键啮合齿设计为不对称结构，使同步器具有更好的锁止可靠性，滑套与同步环的锁止面啮合时间长，结合面积大，为同步过程提供了良好的锁止结构基础；不对称结构的花键啮合齿增加了同步过程中滑套在同步环锁止面上的滑行距离，减少了齿套靠近结合齿圈时的空行程带来的换挡转速差，而换挡转速差较大，则会出现换挡冲击，由此降低了同步结束后的二次换挡冲击。
【专利说明】一种不对称花键啮合齿的锁环式同步器
【技术领域】
[0001]本发明属于同步器【技术领域】，涉及一种锁环式同步器，尤其是一种不对称花键啮合齿的锁环式同步器。
【背景技术】
[0002]目前锁环式同步器对称结构的花键啮合齿存在换挡二次冲击问题，即在同步器同步结束滑套与结合齿圈啮合时会产生过大的换挡冲击，在变速器上反映出挂档有顿挫、卡滞等不顺畅感觉，造成换挡舒适性降低，增加了司机驾驶换挡强度容易疲劳。并且锁环式同步器二次冲击较大会产生噪音，影响变速器的整体性能。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种不对称花键啮合齿的锁环式同步器，该锁环式同步器可显著提高锁止可靠性，保证同步器具有的同步传扭功能。
[0004]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:包括套设在变速器主轴上的齿毂，齿毂上套设有滑套 ，滑套的两侧均设置有结合齿圈；滑套与结合齿圈之间设置有同步环；其中，滑套、结合齿圈以及同步环上的花键啮合齿均为不对称结构；滑套、结合齿圈以及同步环上的不对称花键啮合齿的两侧齿面相交处相对于齿形中心偏置距离m后形成的花键啮合长齿面的宽度与花键啮合短齿面的宽度的比值为花键啮合齿的不对称度ξ，其中，ξ =(s/2+m)/(s/2-m)，s为花键啮合齿的齿厚。
[0005]所述滑套的内侧设置有滑块，滑套与齿毂之间设置有弹簧；弹簧的一端连接在齿毂上，另一端连接到柱销上，柱销设置于滑块内，并在滑套的带动下运动。
[0006]所述的滑套、结合齿圈以及同步环上的花键啮合齿的花键啮合长齿面与花键啮合短齿面的夹角为k，110°≤k≤130° ；
[0007]其中，k = 2p或55°≤ k-p≤65°，p为花键啮合长齿面或花键啮合短齿面到倒角中心的夹角。
[0008]所述滑套的花键啮合齿的花键啮合短齿面与花键啮合长齿面分别为滑套啮合短齿面与滑套啮合长齿面；
[0009]结合齿圈的花键啮合齿的花键啮合短齿面与花键啮合长齿面分别为结合齿圈啮合短齿面和结合齿圈啮合长齿面；结合齿圈啮合短齿面与花键倒锥齿以及结合齿圈啮合长齿面与花键倒锥齿的连接处均设置花键啮合齿过渡圆角；
[0010]同步环的花键啮合齿的花键啮合短齿面与花键啮合长齿面分别为同步环啮合短齿面和同步环啮合长齿面。
[0011]所述的滑套两侧的滑套啮合短齿面与滑套啮合长齿面位置相对设置，两侧滑套啮合短齿面与滑套啮合长齿面相交的位置分别位于齿形中心的两侧；
[0012]滑套两侧与其相配合的两个同步环的同步环啮合长齿面对称设置，滑套两侧与其相配合的两个结合齿圈的结合齿圈哨合长齿面也对称设置。[0013]所述的滑套两侧的两个同步环以及两个结合齿圈均为一体式结构。
[0014]所述的滑套两侧的滑套啮合短齿面与滑套啮合长齿面位置对称设置，两侧滑套啮合短齿面与滑套啮合长齿面相交的位置均位于齿形中心的同一侧；
[0015]滑套两侧与其相配合的两个同步环的同步环啮合长齿面相对设置，滑套两侧与其相配合的两个结合齿圈的结合齿圈哨合长齿面也相对设置。
[0016]由高档位换至低档位时，变速器二轴转速高于低档位齿轮转速；
[0017]滑套向低档位一侧的同步环靠近，滑套靠近低档位这一侧的滑套啮合长齿面与这一侧同步环的同步环啮合长齿面相配合，进入同步锁止状态；当低档位齿轮转速与变速器二轴转速相同时，滑套的滑套啮合长齿面越过同步环的直齿部分，与结合齿圈的结合齿圈啮合短齿面产生冲击并接触，再滑过结合齿圈的花键啮合齿面过渡圆角使滑套的花键倒锥齿与结合齿圈的花键倒锥齿相啮合；
[0018]由低档位换至高档位时，变速器二轴转速低于高档位齿轮转速；
[0019]滑套向高档位一侧的同步环靠近，滑套靠近高档位这一侧的滑套啮合长齿面与这一侧同步环的同步环啮合长齿面相配合，进入同步锁止状态；当高档位齿轮转速与变速器二轴转速相同时，滑套的滑套啮合长齿面越过同步环的直齿部分，与结合齿圈的结合齿圈啮合短齿面产生冲击并接触，再滑过结合齿圈的花键啮合齿面过渡圆角与结合齿圈的花键倒锥齿相啮合。
[0020]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0021]本发明将滑套、结合齿圈以及同步环上的花键啮合齿设计为不对称结构，使同步器具有更好的锁止可靠性，滑套与同步环的锁止面啮合时间长，结合面积大，为同步过程提供了良好的锁止结构基础；同时，不对称结构的花键啮合齿增加了同步过程中滑套在同步环锁止面上的滑行距离，减少了齿套靠近结合齿圈时的空行程带来的换挡转速差，而换挡转速差较大，则会出现换挡冲击，由此降低了同步结束后的二次换挡冲击。
[0022]进一步的，本发明在结合齿圈啮合短齿面与花键倒锥齿以及结合齿圈啮合长齿面与花键倒锥齿的连接处均设置花键啮合齿过渡圆角，通过啮合齿与倒锥齿位置过渡圆角的设计保证了换挡的操作舒适性和降低了同步器运转的噪声，此对变速器总体性能的提升和整车换挡性能的提升具有重要的意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明的二维结构示意图；
[0024]图2为本发明的三维结构示意图；
[0025]图3为本发明滑套的结构示意图；
[0026]图4为本发明滑套的花键啮合齿的三维部放大图；
[0027]图5为本发明滑套的花键啮合齿的二维结构示意图；
[0028]图6为本发明结合齿圈的结构示意图；
[0029]图7为本发明结合齿圈的花键啮合齿的三维部放大图；
[0030]图8为本发明同步环的结构示意图；
[0031]图9为本发明同步环的花键啮合齿的三维部放大图；
[0032]图10为本发明不对称的花键啮合齿的参数示意图；[0033]图11为本发明滑套两侧的花键啮合齿对称结构的示意图。
[0034]其中:I为外摩擦环；2为摩擦中间环；3为内摩擦环；4为结合齿圈；5为齿毂；6为滑套；7为滑块；8为柱销；9为弹簧。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
[0036]参见图1和图2，本发明包括套设在变速器主轴上的齿毂5，齿毂5上套设有滑套6，滑套6的两侧均设置有结合齿圈4 ;滑套6与结合齿圈4之间设置有同步环；如图8和图9所示，同步环包括由内及外依次设置的内摩擦环3、摩擦中间环2以及外摩擦环I。如图
3、图4和图5所示，滑套6、结合齿圈4以及同步环上的花键啮合齿均为不对称结构。滑套6的内侧设置有滑块7，滑套6与齿毂5之间设置有弹簧9 ;弹簧9的一端连接在齿毂5上，另一端连接到柱销8上，柱销8设置于滑块7内，并在滑套7的带动下运动。滑套6的花键啮合齿的花键啮合短齿面与花键啮合长齿面齿面分别为滑套啮合短齿面6a与滑套啮合长齿面6b ;如图6和图7所示，结合齿圈4的花键啮合齿的花键啮合短齿面与花键啮合长齿面分别为结合齿圈啮合短齿面4a和结合齿圈啮合长齿面4b ;结合齿圈啮合短齿面4a与花键倒锥齿4c以及结合齿圈啮合长齿面4b与花键倒锥齿4c的连接处均设置花键啮合齿过渡圆角4d ;同步环的花键啮合齿的花键啮合短齿面与花键啮合长齿面分别为同步环啮合短齿面Ia和同步环啮合长齿面lb。
[0037]如图10所示，滑套6、结合齿圈4以及同步环上的不对称花键啮合齿的两侧齿面相交处相对于齿形中心偏 置距离m后形成的花键啮合长齿面的宽度与花键啮合短齿面的宽度的比值为花键啮合齿的不对称度ξ ;其中，ξ = (s/2+m)/(S/2-m)，S为花键啮合齿的齿厚。滑套6、结合齿圈4以及同步环上的花键啮合齿的花键啮合长齿面与花键啮合短齿面的夹角为k，110°≤k≤130° ;其中，k = 2p或55°≤k-ρ≤65°，P为花键啮合长齿面或花键啮合短齿面到倒角中心的夹角。
[0038]本发明滑套6两侧的滑套哨合短齿面6a与滑套哨合长齿面6b位置相对设置,两侧滑套啮合短齿面6a与滑套啮合长齿面6b相交的位置分别位于齿形中心的两侧；滑套6两侧与其相配合的两个同步环的同步环啮合长齿面Ib对称设置，滑套6两侧与其相配合的两个结合齿圈4的结合齿圈啮合长齿面4b也对称设置。滑套6两侧的两个同步环以及两个结合齿圈4均为一体式结构。
[0039]另外，本发明滑套6两侧的滑套啮合短齿面6a与滑套啮合长齿面6b位置还可以对称设置，两侧滑套啮合短齿面6a与滑套啮合长齿面6b相交的位置均位于齿形中心的同一侧；滑套6两侧与其相配合的两个同步环的同步环啮合长齿面Ib相对设置，滑套6两侧与其相配合的两个结合齿圈4的结合齿圈哨合长齿面4b也相对设置。
[0040]本发明在由高档位换至低档位时，变速器二轴转速高于低档位齿轮转速；
[0041]滑套6向低档位一侧的同步环靠近，滑套6靠近低档位这一侧的滑套啮合长齿面6b与这一侧同步环的同步环啮合长齿面Ib相配合，进入同步锁止状态；当低档位齿轮转速与变速器二轴转速相同时，滑套6的滑套啮合长齿面6b越过同步环的直齿部分，与结合齿圈4的结合齿圈啮合短齿面4a产生冲击并接触，再滑过结合齿圈4的花键啮合齿面过渡圆角4d使滑套6的花键倒锥齿与结合齿圈4的花键倒锥齿4c相啮合；[0042]本发明在由低档位换至高档位时，变速器二轴转速低于高档位齿轮转速；
[0043]滑套6向高档位一侧的同步环靠近，滑套6靠近高档位这一侧的滑套啮合长齿面6b与这一侧同步环的同步环啮合长齿面Ib相配合，进入同步锁止状态；当高档位齿轮转速与变速器二轴转速相同时，滑套6的滑套啮合长齿面6b越过同步环的直齿部分，与结合齿圈4的结合齿圈啮合短齿面4a产生冲击并接触，再滑过结合齿圈4的花键啮合齿面过渡圆角4d使滑套6的花键倒锥齿与结合齿圈4的花键倒锥齿4c相啮合。
[0044]本发明的原理:
[0045]本发明是在锁环式同步器的基础上，改变锁环式同步器滑套、同步环、结合齿圈的花键啮合齿，将花键两侧的啮合齿面设计成不对称结构，并根据同步器在变速器中使用的情况，考虑工作原理将不对称度适当增加，在不影响使用寿命和可靠性的基础上，可显著提高锁止可靠性，保证同步器具有的同步传扭功能。本发明对没有结合齿圈4而具有与滑套6啮合的带花键齿的换档齿轮也适用，此时可将换档齿轮的花键齿做成与结合齿圈4相同的不对称花键啮合齿。
[0046]另外在啮合齿与倒锥齿连接位置增加过渡圆角或倒角，这为换挡力的逐步过度提供了结构基础，可保证换挡的平稳顺畅。
[0047]I)同步器啮合齿不对称度的大小确定是个难点，即当花键参数确定，花键的齿宽也就确定，在保证锁止要求的齿面锁止角下，不对称度越大则空行程越短，同步后换档啮合的二次拨环冲击也将小，但过大的不对称度将造成热处理变形过大容易发生淬火渗透，使得整个花键齿容易脆断。
[0048]2)不对称齿的加工比对称齿加工有更高的难度，尤其是在啮合齿与倒锥齿位置增加过渡圆角或倒角时，将会使加工难度进一步提升，成本也相对较高，其中圆角的效果比倒角更明显，但加工难度比倒角更高。
[0049]本发明的工作过程:
[0050]参见图1，假设将本发明应用于某型号变速器一档和二档位置中，从图1的正面看，假设一档齿轮位于图1的右侧、二档齿轮位于图1的左侧，变速器的输入端在左侧，输出端在右侧，那么从输出端往输入端看，变速器输出轴是逆时针旋转的。
[0051]下面以变速器由二档挂一档为例说明此发明的工作原理，在二档位置时变速器二轴转速较高，一档齿轮转速较低，当进行挂一档时，同步器的滑套6带动滑块7和柱销8 一起向右移动，靠近一档侧同步环时在拨环力矩作用下将沿轴线旋转一定角度，接着使同步器的滑套6的滑套啮合长齿面6b与同步环的同步环啮合长齿面Ib逐渐切入并完全贴合，此时进入同步锁止状态，同步器的摩擦环相互贴紧，在摩擦力矩的作用下，一档齿轮转速升高，变速器二轴转速降低，当二者转速差基本相等时，摩擦力矩消失，拨环力矩的存在使同步环反转一定角度，此时滑套的滑套啮合长齿面6b越过同步环花键直齿部分，与结合齿圈的结合齿圈啮合短齿面4a产生轻微的冲击并接触，滑过花键啮合齿面过渡圆角4d与指花键倒锥齿4c，最后实现了同步器的滑套6的倒锥齿与结合齿圈4的倒锥齿4c的啮合，此时动力经由二档齿轮、结合齿圈4、滑套6、齿毂5、二轴传递，即变速器顺利挂入了一档。
[0052]在同步器由一档挂二档时，在一档位置时变速器二轴转速较低，二档齿轮转速较高，滑套向左移动使摩擦环产生摩擦力矩使二档齿轮转速降低，二轴转速升高，两者达到相等，完成同步，其它过程与上述类似，滑套、同步环花键啮合使用的分别是滑套啮合长齿面6b和同步环啮合长齿面lb、结合齿圈花键啮合使用的是结合齿圈啮合短齿面4a。
[0053]如图5所示，本发明一档侧滑套啮合短齿面6a朝上、滑套啮合长齿面6b朝下；二档侧滑套啮合短齿面6a朝下、滑套啮合长齿面6b朝上；这样对一套同步器的而言，两侧的结合齿圈和同步环可以通用，不会发生装错，不增加新的零件。但是滑套需要区别使用的档位，应该在滑套上标识区分档位的标记，否则会发生装错与设计意图相悖，例如某锁环式同步器总成，在装低档的一侧应该在变速器中一档位置，装高档的一侧应该在变速器中二档位置，不能将低档的一侧装入二档位置，将高档的一侧装入一档位置。所以应该注意在装配同步器总成和二轴总成时防止发生装反影响使用要求。
[0054]本发明滑套、同步环、结合齿圈的花键啮合齿不对称度可以相同，也可以不相同，不对称度即相对于原对称啮合面中心线偏置一定距离后形成的两侧长齿面宽与短齿面宽的比值。不对称度越大，同步后二次冲击改善越明显，变速器换档的顺畅性和柔和性更明显。相对于原对称啮合面中心线偏置一定距离的距离为m，如图10所示，一般情况下m的值在0.5?2mm，跟花键啮合齿的齿厚有关，齿厚越大，相应的m值可以适当取大值。假设花键啮合齿齿厚为s，则不对称度ξ = (s/2+m)/(s/2-m)便可确定。
[0055]不对称花键啮合齿的两侧齿面的夹角k的确定，一般情况下两侧夹角相等，即k =2p，但也可以不相等，不相等时主要保证锁止角k-p的角度要求，一般情况下k-p在55°?65°，跟同步器的同步容量设计要求相关，k值一般在110°?130°。
[0056]如图11所示，本发明另外一种结构是将滑套做成两侧对称结构的，此结构对滑套而言没有特殊在变速器中的装配要求，但是两侧的同步环必须是两个零件，不对称啮合齿长齿面刚好相反，在装配时保证不能装错；两侧的结合齿圈也必须是两个零件，不对称啮合齿长齿面刚好相反，在装配时保证不能装错，故成本相比不对称结构更高。
[0057]不对称啮合齿比对称啮合齿的加工更困难，尤其是在加工结合齿圈啮合短齿面4a与花键倒锥齿4c、结合齿圈啮合长齿面4b与花键倒锥齿4c连接处的花键啮合齿过渡圆角4d时，故此结构需要较高的制造成本。结合齿圈的花键倒锥齿4c可以为圆角或倒角，且啮合短齿面4a与花键倒锥齿4c、结合齿圈啮合长齿面4b与花键倒锥齿4c的圆角与倒角可以不同。其中圆角的效果比倒角更明显，但加工难度比倒角更高。若在制造方面有难度，可以去掉花键倒锥齿4c，但应保证啮合短齿面4a与花键倒锥齿4c、结合齿圈啮合长齿面4b与花键倒锥齿4c的过渡处没有尖点突出和毛刺。
[0058]以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种不对称花键啮合齿的锁环式同步器，其特征在于:包括套设在变速器主轴上的齿毂(5)，齿毂(5)上套设有滑套(6)，滑套(6)的两侧均设置有结合齿圈(4);滑套(6)与结合齿圈(4)之间设置有同步环；其中，滑套(6)、结合齿圈(4)以及同步环上的花键啮合齿均为不对称结构；滑套(6)、结合齿圈(4)以及同步环上的不对称花键啮合齿的两侧齿面相交处相对于齿形中心偏置距离m后形成的花键啮合长齿面的宽度与花键啮合短齿面的宽度的比值为花键啮合齿的不对称度ξ，其中，ξ = (s/2+m)/(s/2-m)，s为花键啮合齿的齿厚。
2.根据权利要求1所述的不对称花键啮合齿的锁环式同步器，其特征在于:所述滑套(6)的内侧设置有滑块(7)，滑套(6)与齿毂(5)之间设置有弹簧(9);弹簧(9)的一端连接在齿毂(5)上，另一端连接到柱销(8)上，柱销(8)设置于滑块(7)内，并在滑套(7)的带动下运动。
3.根据权利要求1或2所述的不对称花键啮合齿的锁环式同步器，其特征在于:所述的滑套出)、结合齿圈(4)以及同步环上的花键啮合齿的花键啮合长齿面与花键啮合短齿面的夹角为k，110°≤k≤130° ； 其中，k = 2p或55°≤k-p≤65°，P为花键啮合长齿面或花键啮合短齿面到倒角中心的夹角。
4.根据权利要求3所述的不对称花键啮合齿的锁环式同步器，其特征在于:所述滑套(6)的花键啮合齿的花键啮合短齿面与花键啮合长齿面分别为滑套啮合短齿面^a)与滑套啮合长齿面(6b)； 结合齿圈(4)的花键啮合齿的花键啮合短齿面与花键啮合长齿面分别为结合齿圈啮合短齿面(4a)和结合齿圈啮合长齿面(4b);结合齿圈啮合短齿面(4a)与花键倒锥齿(4c)以及结合齿圈啮合长齿面(4b)与花键倒锥齿(4c)的连接处均设置花键啮合齿过渡圆角(4d)； 同步环的花键啮合齿的花键啮合短齿面与花键啮合长齿面分别为同步环啮合短齿面(Ia)和同步环啮合长齿面(lb)。
5.根据权利要求4所述的不对称花键啮合齿的锁环式同步器，其特征在于:所述的滑套(6)两侧的滑套啮合短齿面^a)与滑套啮合长齿面^b)位置相对设置，两侧滑套啮合短齿面^a)与滑套啮合长齿面^b)相交的位置分别位于齿形中心的两侧； 滑套(6)两侧与其相配合的两个同步环的同步环啮合长齿面(Ib)对称设置，滑套(6)两侧与其相配合的两个结合齿圈(4)的结合齿圈哨合长齿面(4b)也对称设置。
6.根据权利要求5所述的不对称花键啮合齿的锁环式同步器，其特征在于:所述的滑套(6)两侧的两个同步环以及两个结合齿圈(4)均为一体式结构。
7.根据权利要求4所述的不对称花键啮合齿的锁环式同步器，其特征在于:所述的滑套(6)两侧的滑套啮合短齿面^a)与滑套啮合长齿面^b)位置对称设置，两侧滑套啮合短齿面^a)与滑套啮合长齿面^b)相交的位置均位于齿形中心的同一侧； 滑套(6)两侧与其相配合的两个同步环的同步环啮合长齿面(Ib)相对设置，滑套(6)两侧与其相配合的两个结合齿圈(4)的结合齿圈哨合长齿面(4b)也相对设置。
8.根据权利要求4所述的不对称花键啮合齿的锁环式同步器，其特征在于:由高档位换至低档位时，变速器二轴转速高于低档位齿轮转速；滑套(6)向低档位一侧的同步环靠近，滑套(6)靠近低档位这一侧的滑套啮合长齿面(6b)与这一侧同步环的同步环啮合长齿面(Ib)相配合，进入同步锁止状态；当低档位齿轮转速与变速器二轴转速相同时，滑套出)的滑套啮合长齿面^b)越过同步环的直齿部分，与结合齿圈(4)的结合齿圈啮合短齿面(4a)产生冲击并接触，再滑过结合齿圈(4)的花键啮合齿面过渡圆角(4d)使滑套(6)的花键倒锥齿与结合齿圈(4)的花键倒锥齿(4c)相啮合； 由低档位换至高档位时，变速器二轴转速低于高档位齿轮转速； 滑套出)向高档位一侧的同步环靠近，滑套(6)靠近高档位这一侧的滑套啮合长齿面(6b)与这一侧同步环的同步环啮合长齿面(Ib)相配合，进入同步锁止状态；当高档位齿轮转速与变速器二轴转速相同时，滑套出)的滑套啮合长齿面^b)越过同步环的直齿部分，与结合齿圈(4)的结合齿圈啮合短齿面(4a)产生冲击并接触，再滑过结合齿圈(4)的花键啮合齿面过渡圆角(4d) 与结合齿圈(4)的花键倒锥齿(4c)相啮合。
【文档编号】F16D23/04GK104033506SQ201410260534
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2014年6月12日
【发明者】魏小强 申请人:陕西法士特汽车传动集团有限责任公司