专利名称：销式同步器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于传动装置的一种销式同步器的多项改进。
人们都熟知在多速度比传动技术中同步器机构可以被用来减少所有或其中一些传动比的换挡时间。人们还知道车辆操作人员所要求的换挡力，即施加在换挡杆上的力，也可以通过使用自增力式的同步器机构而减少。由于操作人员的换挡力一般随着车辆的大小而增加，因此自增力式的同步器机构对于重型卡车特别重要。然而，这种同步器机构并不限于卡车使用。与本文中同步器相关的现有技术同步器的例子可以参考美国专利第5078245号和第3548983号以及德国专利文献第1098824号，这些专利通过引用结合在本文中。
本发明的一个目的是提供一种带有改进的牙嵌式离合器件啮合的销式同步器。
本发明另一个目的是提供一种带有改进的自增力限制的销式同步器。
根据其一个特征，本发明的销式同步器，如美国专利5078245中所公开并代表现有技术如权利要求1前序部分所述，包括一个销式同步器，该同步器可以有选择地操动使第一和第二传动装置中任一装置与具有一个轴线的传动轴摩擦地同步和刚性地连接。同步器包括第一和第二牙嵌离合器件，该牙嵌离合器件分别固定在第一和第二传动装置上并随着推动一个径向延伸的凸缘的一个轴向双向换挡力(F)。而分别与可轴向移动的第三和第四牙嵌离合器件相啮合。第一和第二摩擦件分别被紧固以便与第一和第二传动装置一起转动。第三和第四摩擦件与传动轴同心并在传动装置之间轴向移动以便分别与第一和第二摩擦件摩擦地啮合从而为使传动装置与传动轴同步而提供一个同步转矩。阻塞装置当啮合时对于防止在同步之前的牙嵌离合器件的啮合是起作用的。阻塞装置包括多个间隔地分布在圆周上的销，该销刚性地轴向延伸在第三和第四摩擦件之间并进入在凸缘内的一组孔中。每个销具有一个阻塞台肩，该台肩与在相关孔周围限定一个阻塞台肩，该台肩与在相关孔周围限定的一个阻塞台肩相啮合。多个第一和第二自增力斜面装置随着同步转矩而啮合用以在凸缘上沿着换挡力F0的方向产生一个附加力(Fa)并且在摩擦件上增加总的啮合力。第一自增力斜面装置对抗着相对于凸缘的转动而被固定而第二自增力斜面装置对抗着相对于传动轴的转动和轴向移动而被固定。
改进包括第一和第二自增力斜面装置，该装置设置在第三和第四牙嵌离合器件径向向内的地方；还包括止动装置，该装置在分别与第一和第二牙嵌离合器件啮合期间和第一和第二自增力斜面装置啮合期间从事限制第三和第四牙嵌离合器件之间的轴向移动，因此，传动轴与啮合的牙嵌离合器件之间的转矩传递是通过啮合的自增力斜面装置进行的，该装置提供一个保持啮合力用以维持相啮合的牙嵌离合器件之间的啮合。
本发明的自增力同步器机构显示在附图中，其中
图1是稍许示意性地显示出处于空档位置并沿着图2中1-1线观看的双作用同步器机构的截面图；图2是沿着图1中2-2线观看的同步器的部分被断开的截面图；图3是沿着图2中3-3线观看的同步器的部分和稍许放大的视图；图4显示出图3中的自增力斜面的一个啮合位置；图5是作用在同步器的换挡凸缘上的轴向力和转矩的图解表示；图6是沿着图7中6-6线观看的图1中双作用同步器机构的改进实施例的部分截面图；图7是沿图6中7-7线观看的改进同步器的部分断开截面图；图8是沿着图9中8-8线观看的同步器的部分和稍许放大的视图；和图9显示出图6中的自增力斜面的一个啮合位置。
本文中所用术语“同步器离合器机构”指的是一种离合器机构，这种机构被用来借助一个刚性/牙嵌式离合器非转动地将一个选出的变速齿轮耦合在一根传动轴上，在其中刚性离合器的试图的啮合被阻止了，一直等到刚性离合器的各部件由一个与刚性离合器相连的同步摩擦离合器促使成基本上同步转动时为止。术语“自增力”指的是一个包括斜面或凸轮或类似物的同步器，该斜面用来增加与摩擦离合器的同步转矩成比例的同步离合器的啮合力。
现在参看附图，图中显示着一个齿轮组件10与一个双作用同步器组件20相结合。该齿轮组件包括一根准备为了在传动装置中绕轴线12a转动的传动轴12和若干个轴向间隔开的传动装置或齿轮14，16。传动轴12包括圆柱形表面12b，12c通过多个轴承18可转动地在其上支承着多个齿轮。
双作用同步器20包括一个环形毂22其外圆周直径大于该圆柱形表面的直径。该毂包括两个环24，26并具有一个通过沿轴向反向朝向的台肩24a，26a将齿轮分开的轴向长度，该台肩限制齿轮互相朝向的轴向移动。齿轮间相互背离的轴向移动受到止动件28(图中部分示出)的限制。传动轴花键12d与环的内花键24b，26b相啮合以避免它们之间的相对转动。环24，26包括三个限定自增力斜面24d，24e，26d，26e的沿径向向外突出的柱24c，26c，这将在下文中说明。同步器20还包括摩擦件30，32和牙嵌式离合器件34，36其外花键34a，36a与齿轮14，16整体形成，一个单件的或整体的换挡件38，由三个从摩擦件沿轴向延伸并穿过凸缘46的孔46a的在圆周上间隔开的销44牢固地固定在一起的环形摩擦件40，42和三个初增力组件48。整体的换挡件39包括从牙嵌式离合器件50，52沿径向向外延伸的凸缘46和一个从牙嵌式离合器件50，52沿径向向内延伸的环54。牙嵌式离合器件50，52包括与外花键34a，36a相啮合的内花键50a，52a以便提供传动轴12通过环54和毂22的与齿轮14，16的有效转动连接，这将在下文中予以说明。
摩擦环具有锥形摩擦表面30a，40a和32a，42a，这些表面为了在牙嵌离合器件啮合之前使齿轮与传动轴摩擦地同步而啮合。这里可以使用宽范围的锥角。例如可以使用七度半的锥角。摩擦表面40a，42a和/或30a，32a可以由任何几种已知的摩擦材料固定在摩擦件上而形成。热解碳摩擦材料，例如公开在美国专利第4700823号；48844218号和4778548号的就可以使用。这些专利通过引用结合在本文中。
销44各包括大直径部分44a其直径略小于凸缘孔46a的直径，一个小直径或槽形部分44b间隔开地介于摩擦件40，42之间(这里为中间)，和锥形的阻塞台肩或表面44c，这些表面从销轴线沿径向向外延伸并且以相对于垂直于销轴线的一个平面的角度相互轴向离开。槽形部分当设置在它们相应的凸缘孔中时，允许刚性摩擦件40，42和销44相对于凸缘的有限转动以便实现销阻塞台肩与在凸缘孔46a周围形成的斜切阻塞台肩46b的啮合。销可以用多种已知方式中的任何一种方式固定在摩擦件40，42上。
初增力组件48可以是几种已知型式中的任何一种。本文中所述的是属于拚合销型式的，这种型式在前面提过的美国专利第5339936号中有较全面的示出和描述，该专利通过引用结合在本文中。每个初增力组件在摩擦件40，42之间轴向延伸并穿过孔46c，这些孔在孔46a之间交替地间隔开。每个初增力组件包括两个完全一样的套管56和至少两个完全一样的片簧58，套管56的对置端头56a设置在摩擦件40，42内的沿圆周间隔开和沿轴向开口的凹口40b，42b中，而片簧58被夹在套管之间并将其偏压推开。凹口40b，42b在摩擦环的圆周方向上是长形的(未示出)而在摩擦环的径向上具有足够大的直径，从而允许套管56的对置端头56a的滑动移动。每对套管56具有一个较大的直径，该直径当挤压在一起时较其相关连的孔46c的直径略小。据知道，随着凸缘46的初始啮合移动，端头56a顶靠在摩擦环40，42上而斜切面54c刚顶靠在凸缘46内孔47c周围的斜切面上，从而实现了任一个摩擦离合器的初始啮合和为使销44相对于凸缘46转动的初始同步转矩和使阻塞台肩为啮合而定位。
环54包括径向向内开口的凹口54a用以接纳毂环24，26的柱24c，26c。每个凹口包括径向延伸的侧边，该侧边在圆周方向上相互朝对并分别限定自增力斜面54b，54c，54d，54e。在齿轮16同步期间，或者是斜面54d顶靠在斜面26d上或者是斜面54e顶靠在斜面26e上，以便提供一个在齿轮16方向上的附加轴向力(Fa)。在齿轮14的同步期间，或者是斜面54b顶靠在斜面24d上或者是斜面54c顶靠在斜面24e上。斜面对54c，24e在齿轮14的方向上提供了一个附加的轴向力(Fa)。斜面对54b，24d的表面不能提供附加力或助推力因为它们是平行于传动轴轴线12a的。如本文后面将再予说明的，附加轴向力(Fa)加上操作者施加在换挡凸缘46上的换挡力(F0)得出总力(Ft)。斜面表面允许整体换挡件38相对于传动轴12的有限转动。当环54和柱24c，26c的斜面相接合时，它们对从锥形离合器至传动轴12的同步转矩作出反应提供了附加的轴向力用于增加锥形离合器的啮合力，该锥形离合器原先是由施加在凸缘46上的换挡力啮合的，从而增加了由锥形离合器提供的同步转矩。在这里，例如，齿轮14是一个第一或低速齿轮而齿轮16是一个第二速度齿轮。在这例子中与齿轮16相连的两个斜面对提供了增加的同步力用于换高速和换低速挡，而只有一个与齿轮14相连的斜面对提供了用于换低速挡的增加的同步力。另外，斜面表面的角度可以改变以提供不同量额的附加轴向力用于换高速和换低速挡和用于高和低的速度比。轴向附加力的大小或量额，如下文中将说明的，也是摩擦离合器和自增力斜面的平均半径比的一个函数。因此，对于由一个换挡拔叉施加到换挡凸缘46上的一个给定的换挡力的附加力的大小是可以通过改变斜面角度和/或该平均半径比而加以改变的。
当凸缘46处于图1中的空挡位置时，销44的小直径部分44b与它们相关连的凸缘孔46a对中，各锥形离合器的各摩擦表面稍许相间隔开并且通过由弹簧58的力使初增力组件48的斜切的或成角度的初增力表面56c顶靠在凸缘孔46c周围的初增力斜切表面上而保持这种相间隔开的关系。由初增力表面提供的轴向力最好足以防止由于锥形离合器表面之间油的粘性剪力造成的自增力斜面的偶然的啮合。另一种办法或是外加的办法，如通过引用结合在本文中的美国专利第5092439号中所示，偶然的啮合可以通过柱24c，26b的斜面和/或环54的斜面的交接处的平面予以防止。当希望将任一个齿轮耦合到传动轴上时，一种适当的图中未示出的换挡机构，如通过引用结合在本文中的美国专利第4920815号中所公开的，以已知的方式被连接在凸缘46的外周边上用以将凸缘轴向地沿着传动轴12的轴线或在双连齿轮14的左侧或在双连齿轮16的右侧推动。该换挡机构可以由一个操作者通过一个联动系统用人力移动，也可以选择地通过一个致动器来移动，或者可以通过一种装置来移动，这种装置自动地启动换挡机构的移动，还可控制由换挡机构施加的力的大小。当换挡机构是用人力移动时，其力是与操作者施加在换挡杆上的力成比例的。不论是人工地或是自动地施加，力是沿轴向的方向施加到凸缘46上的并且在图5中由箭头的长度F0来表示。
由操作者换挡力F0造成的凸缘46的初始向右轴向移动由初增力表面56c传动至摩擦件42以实现锥形表面42a与锥形表面32a的初始摩擦啮合。锥形表面上的初始啮合力当然是弹簧58的力和初增力表面角度的函数。初始摩擦啮合(假定存在一个非同步的条件并暂时忽略不计自增力斜面的作用)产生出一个初始锥形离合器啮合力和初始同步转矩，它保证了凸缘46和啮合的摩擦件之间的有限相对转动，并由此，小直径销部分44b至凸缘孔46a的适当侧边的移动以提供销阻塞台肩44c和设置在孔46a周围的阻塞台肩46b的啮合。当阻塞台肩啮合时，在凸缘46上的全部操作者换挡力F0就被经由阻塞台肩传送至磨擦件42，因而锥形离合器为操作者换挡力F0的全部的力所啮合以提供一个总的操作者同步转矩T0。这个操作者同步转矩在图5中由箭头T0表示。由于阻塞台肩是相对于操作者换挡力F0的轴向成角度设置的，它们产生一个反力或脱阻塞转矩，该反力在非同步条件下是对抗于来自锥形离合器的同步转矩的但量度较小。当基本上达到同步后，同步转矩就降落至脱阻塞转矩以下，因而阻塞台肩将销移动成与孔46a同心以容许凸缘的继续轴向移动和牙嵌离合器件52的内花键齿与固定在齿轮16上的牙嵌离合器件36的外花键齿的啮合。花键齿的具体构形显示在美国专利第3265173和4246993号中，该专利通过引用结合在本文中。
仍旧可以忽略不计自增力斜面的作用，由力F0提供的锥形离合器转矩由公式(1)表示。
T0＝F0Rcμc/Sinα(1)其中RC＝锥形摩擦表面的平均半径，μc＝锥形摩擦表面的摩擦系数，和α＝锥形摩擦表面的角度。
现在来考察自增力斜面的作用并特别参看图3和4，同步转矩T0，由于操作者施加的轴向换挡力F0引起的，当然会由销44传送给凸缘46并横过自增力斜面表面反作用至传动轴12。自增力斜面表面，当啮合时，产生轴向附加力Fa以换挡力F0相同的方向作用在凸缘上。这些力加起来提供一个总力Ft，因而再增加锥形离合器的啮合力以提供一个附加的同步转矩Ta，该转矩在转矩T0上提供一个总转矩Tt。图3示出了自增力斜面表面的位置，同时换挡凸缘46处于相当于图1中位置的空挡位置。图4显示出斜面的一个位置，同时齿轮16由啮合的锥形表面32a，42a而被同步。啮合的锥形表面在一个方向上产生一个同步转矩，该转矩实现了凸缘斜面表面54d与固定在传动轴12上的毂斜面表面24d的啮合。因此，用于啮合锥形离合器的轴向力的和是F0加Fa而由锥形离合器产生出的同步转矩的和是T0加Ta如图5中的图解所示。对于一个给定的操作者换挡力F0和一个操作者同步转矩T0，轴向附加力的大小最好是啮合的自增力斜面表面角度的函数。这此角度最好大到足够产生一个附加力Fa，其大小足够根据操作者的给出的一个适度的换档力而显著地增加同步转矩和减少同步时间。然而，这些角度又最好小到足够产生一个可抵制的轴向附加力Fa，也就是说力Fa应当根据力F0的增加或减少而增加或减少。如果斜面的角度太大了，则斜面就自行锁定而不是自行增力；因此，一旦锥形离合器的初始啮合实现后，力Fa就会独立于力F0快速和不可控制的增大，从而驱动锥形离合器朝向不加控制的锁定。自行锁定而不是自行增力会降低换挡质量或换挡感觉，会使同步器部件超应力，会使锥形离合器表面过热和快速磨损，甚至会超越操作者对换挡杆的移动。当同步达到后，阻塞台肩脱开啮合而牙嵌离合器件52的花键齿向右移动与牙嵌离合器件36的花键齿相啮合一直等到环54接触到从柱26c伸出的止动件26f时为止。齿轮14的同步以类似的方式完成而牙嵌离合器件50的向左移动为从柱24c伸出的止动件24f所限制。
用于计算自增力斜面角度的主要变数和公式可以参看前面提到过的美国专利第5092439号。
图6-9说明一个部分显示的齿轮组件110与一个改良型双作用同步器组件120的联合装置，组件120与图1-4中组件20的主要不同在于使用弹簧来控制/限制附加力Fa的大小。为了简便起见，图1和2中的一些部件在图6和7中被切去或未示出；这些部件基本上与图1和2中的是一样的。组件110包括一根具有一条轴线112a的传动轴112和部分显示的传动齿轮114，116。传动轴112包括圆柱形表面112b，112c，该表面通过轴承118可转动地支承着其上的齿轮。
双作用同步器120包括一个环形毂122，其外圆周直径大于该圆柱形表面的直径。该毂包括四个环123，124，126，127并具有一个以类似于图1中的方式将齿轮分开的轴向长度。齿轮间相互背离的轴向移动如图1中一样地被限制。传动轴花键112b与环的内花键相啮合以避免它们之间的相对转动。环124，126包括三个限定自增力斜面124d，124e，126d，126e的径向向外突出的柱124c，126c，这在下文中将再说明。同步器120还包括牙嵌式离合器件134，136其外花键134a，136a与齿轮114，116整体形成和一个单件的或整体的换档件138。整体的换挡件138包括从牙嵌式离合器件150，150径向向外延伸的凸缘146(部分示出)和一个如图1中那样的与牙嵌式离合器件不是整体的环154。牙嵌式离合器件150，152包括与外花键134a，136a相啮合的内花键150a，152a以便提供传动轴112通过环154和毂122的与齿轮114，116的有效转动连接，这将在下文中予以说明。花键齿150a，152a适合提供多个花键，该花键与环154上的外花键154f滑动地配合。环154通过弹簧155在相反的方向上受轴向偏压。该弹簧顶靠在花键150a，152a环形凹口内的座圈157上。
环154包括径向向内开口的凹口154a用以接纳毂环124，126的柱124c，126c。每个凹口包括径向延伸的侧边，该侧边在圆周方向上相互面对并分别限定自增力斜面154b，154c，154d，154e。在齿轮114或116同步期间，环154的斜面如在图1-5中的那样顶靠在柱124c或126c的斜面上以提供被同步的齿轮方向上的附加轴向力(Fa)。然而，附加轴向力(Fa)现在由弹簧155传送至凸缘146而且当环154的沿轴向面对侧边接触到环123，127的沿轴向面对侧边123a，127a时被限制至弹簧的最大的压缩力。
这里公开了销式同步器的两个实施例。该公开的同步器的发明部分以及被认为属于本发明精神范围内的变异和改良都包括在附后的权利要求书中。
权利要求
1.一种销式同步器(20)有选择地操动使第一和第二传动装置(14，16)中的任一装置与具有一个轴线(12a)的传动轴(12)摩擦地同步和刚性地连接；该同步器包括第一和第二牙嵌离合器件(34，36)，该牙嵌离合器件分别固定在第一第二传动装置(14，16)上并随着推动一个径向延伸的凸缘(46)的一个轴向双向换挡力(F0)而分别与轴向移动的第三和第四牙嵌离合器件(50，52)相啮合；第一和第二摩擦件(30，32)分别被紧固以便与第一和第二传动装置(14，16)一起转动，第三和第四摩擦件(40，42)与传动轴(12)同心并在传动装置之间轴向移动以便分别与第一第二摩擦件摩擦地啮合从而为使传动装置与传动轴同步而提供一个同步转矩；阻塞装置当啮合时对于防止在同步之前的牙嵌离合器件的啮合是有效的，阻塞装置包括多个间隔地分布在圆周上的销(44)，该销刚性地轴向延伸在第三和第四摩擦件(40，42)之间并进入一组在凸缘(46)的孔(46a)中，每个销具有一个阻塞台肩(44a)，该台肩与在相关孔(46a)的周围限定的一个阻塞台肩(46b)相啮合；多个第一第二自增力斜面装置响应于同步转矩而啮合用以在凸缘(46)上沿着换挡力(F0)的方向产生一个附加力(Fa)以便在摩擦件(30，40和32，42)增加总的啮合力，第一自增力斜面装置(54b，54c，54d，54e)固定成相对于凸缘(46)不能转动，而第二自增力斜面装置(24d，24e，和26d，26e)固定成相对于传动轴(12)不能转动和轴向移动；改进包括第一和第二自增力斜面装置，该装置设置在第三和第四牙嵌离合器件径向向内的地方；和止动装置(24f，26f或123a，127a)，该装置在分别与第一和第二牙嵌离合器件(34，36)啮合期间和第一和第二自增力斜面装置啮合期间从事限制第三和第四牙嵌离合器件(50，52)的轴向移动，因此，传动轴和啮合的牙嵌离合器件之间的转矩传送是通过啮合的自增力斜面装置进行的，该装置提供一个保持啮合力用以维持相啮合的牙嵌离合器件之间的啮合。
2.如权利要求1的同步器，其特征在于，其中第三和第四牙嵌离合器件(150，152)由一个单件(138)所限定，该单件具有内花键(150a，152a)可滑动地接纳一个助推环(154)上的外花键(154f)，助推环限定第一自增力斜面装置(154b，154c，154d，154e)，该环沿轴向由多个弹簧(155)在相反的方向上予以偏压，该弹簧用于当止动装置(123a，127a)啮合时限制凸缘上附加力的大小至其中至少一个弹簧上的力的量。
3.如权利要求1的同步器，其特征在于，其中第三和第四牙嵌离合器件(50，52)是由一个整体地形成在一个助推环(54)上的单件(38)限定的，阴推环从该处径向向内延伸并包括第一自推力斜面装置(54b，54c，54d，54e)。
4.如权利要求1-3的同步器，其特征在于，其中径向延伸的凸(46)与该单件形成整体并且从该处径向向外延伸。
5.如权利要求1-4的同步器，其特征在于，其中第二斜面装置24d，24e，26d，26e)从一个环形毂(22)径向向外突出，环形毂轴向地设置在传动装置(14，16)之间并且固定在传动轴(12)上。
6.如权利要求1-5的同步器，其特征在于，其中环(54)包括多个径向向内开口的凹口(54a)各接纳第二自增力斜面装置24d，24e，26d，26e)，每个凹口具有沿圆周的面对侧边，各限定第一自增加斜面装置(54b，54c，54d，54e)中的至少一个斜面。
7.如权利要求1-6的同步器，其特征在于，其中环形毂(22)由第一和第二毂环(24，26)所限定，各限定第二斜面装置(24d，24e，26d，26e)中的至少一个斜面。
全文摘要
一种销式双作用同步器机构(20)带有摩擦件,牙嵌离合器件,三个销钉包括阻塞台肩用以防止牙嵌式离合器的同步啮合,和初增力组件以便保证摩擦环和阻塞台肩初始啮合,和由从一个毂突出的柱限定的自增力斜面和由与凸缘形成整体的一个环和两个牙嵌离合器件限定的自增力斜面。当牙嵌式离合器啮合时自增力斜面保持着啮合以帮助牙嵌式离合器保持啮合。改良的同步器120包括弹簧155以控制/限制由自增力斜面提供的附加力。
文档编号F16D23/06GK1208136SQ9811840
公开日1999年2月17日 申请日期1998年8月11日 优先权日1997年8月11日
发明者J·D·雷诺尔德斯, E·R·布劳恩 申请人:易通公司