專利名稱：銷式同步器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對一種供傳動裝置使用的銷式同步器的改進。
眾所周知，在多級變速傳動技術中，同步器可被用來減少所有或部分傳動比的換檔時間。并且我們還知道，通過使用自行增力式同步裝置可減少車輛駕駛員所需的換檔力，即施加給變速桿的力。由于駕駛員的換檔力通常隨車輛尺寸而增大，自行增力式同步裝置對于重型卡車特別重要。與本文中同步器有關的同步器的現有技術可參見美國專利US5,078,244，US5,092,439及US5,339,936。
本發(fā)明的目的在于提供一種銷式同步器，該同步器帶有供爪件使用的改進型軸向定位器。
根據本發(fā)明，在美國專利US5,092439中披露的一種鎖銷式同步器作為權利要求1的前序部分，該同步器為能選擇操作的銷式同步器，以摩擦方式同步并剛性連接能繞軸的軸線作相對轉動的第一或第二傳動裝置；所述同步器包括第一和第二爪件，這些爪件被分別固定在第一和第二傳動裝置上，并分別可與位于所述傳動裝置之間、能夠軸向運動的第三和第四爪件嚙合，所述第三和第四爪件具有內花鍵，與固定在軸上的外花鍵無相對轉動地滑配合。第一和第二錐形摩擦環(huán)，被分別固定以便能隨所述第一和第二傳動裝置轉動，及第二和第四錐形摩擦環(huán)，與所述軸同軸設置并在所述傳動裝置間可軸向移動，以便分別與第一和第二摩擦環(huán)摩擦嚙合以提供一能用于使傳動裝置與所述軸同步的同步轉矩；一沿徑向延伸的法蘭，具有位于第三和第四爪件之間及第三和第四摩擦環(huán)之間的軸向相對端側，用于軸向移動所述爪件及環(huán)，以形成響應作用于所述法蘭上的雙軸向換檔力(Fo)的所述嚙合。在形成同步之前，用于防止爪件間嚙合的可操縱閉鎖裝置，所述閉鎖裝置包括多個周向具有間距的銷，所述銷在所述第三和第四摩擦環(huán)之間沿軸向剛性延伸并能進入所述法蘭的第一組開孔內，每一銷均具有一閉鎖臺肩，該臺肩能與一由相應開孔限定的閉鎖臺肩相嚙合。第一裝置，用以保護所述法蘭不受與第三和第四爪件有關的軸向運動的影。
該同步器的改進結構包括所述第一裝置包括多個周邊具有間距的定位器，每一定位器具有一軸向延伸部分，該部分相對于所述第三和第四爪件的一徑向外伸部分設置，以及軸向具有間隔且沿徑向向內伸出的部分，該部分環(huán)繞著第三和第四爪件的軸向相對端部。每一沿軸向伸出的部分具有軸向間距并沿徑向外伸的端部，這些部分的設置應使其能在第三和第四摩擦環(huán)的徑向內伸的部分間形成相對緊密的滑動關系以防止定位器的徑向向外移動。
下面，通過附圖對本發(fā)明的自增力同步裝置加以說明，其中

圖1為一示意圖的剖面圖，示出處于一中間位置的雙作用同步裝置；圖2為圖1中向右嚙合的同步器；圖3為圖1中同步器部件的詳細分解視圖；圖4為圖1中部分軸的詳細視圖；圖5為沿圖4中線5-5所示的軸的剖面圖；圖6和7為沿圖4中線6-6所示的一部分軸的視圖，該軸具有加裝在該處的圖3中所示、嚙合的自增力斜面；圖8是用圖示法表示了作用在同步器中換檔法蘭上的軸向力及轉矩。
此處所用的術語“同步離合裝置”，表示一種所使用的離合裝置，通過一剛性離合器將一選定的變速輪無轉動地連接到一軸上，其中在通過一與所述硬性離合器相關的同步摩擦離合器而使硬性離合器件達到基本同步之前，應防止所述硬性離合器試嚙合的形成。術語“自增力”表示包括斜面或偏心輪或類似物的同步離合裝置，用于以與摩擦離合器的同步轉矩成正比的方式來提高同步離合器的嚙合力。
現參照附圖，這里示出了一齒輪和同步器的總成10，該總成包括一裝配在一傳動裝置上繞軸線12a的轉動軸12，軸向具有間隔的傳動裝置或齒輪14，16，及一雙作用同步器22。
所述軸12具有可轉動支承在齒輪上的圓表面12b，12c及一環(huán)形件12d，該環(huán)形件具有一直徑大于所述圓表面直徑的外圓周。所述環(huán)形件具有一通過軸向相對的軸肩12e，12f軸向長度，能夠分離所述齒輪，其中所述軸肩能夠限制齒輪間的移動。齒輪彼此間所產生的軸向遠離運動可通過任意的已知技術而加以限制。所述環(huán)形件可制成一固定在軸上的環(huán)，或象本文中所述的那樣，與軸形成整體。環(huán)形件外圓周包括在那里形成的外花鍵12g及軸向長度與環(huán)形件軸向長度相等的三個凹槽18及自增力斜面20a，20b，20c，20d，這些部件的結構將在下文中作進一步描述。所述凹槽應完全去除幾個相鄰的齒條12g，從而簡化了自增力斜臺的加工。
所述同步器22包括摩擦環(huán)26，28和與齒輪14，16形成整體的爪件30，32，具有內花鍵齒38，40的爪件34，36，所述花鍵齒38，40與形成在環(huán)形件12d外周面上的外花鍵齒12g滑配合，一沿徑向延伸的換檔法蘭42，該法蘭42具有夾在爪件34，36軸向相對面34a，36a之間的軸向相對側42a，42b，三個沿軸向延伸的定位器44，用于保護所述法蘭和爪件不受相對軸向運動的影響，由三個周向留有間距的銷50固定在環(huán)形摩擦環(huán)46，48，所述銷應沿每一摩擦件的軸向延伸并穿過法蘭上的開孔42c，及三個預增力總成52，該總成52僅在圖3中繪出。
所述摩擦環(huán)具有錐形摩擦面26a，46a及28a，48a，這些摩擦面用于在所述爪件嚙合之前，確保以摩擦方式使齒輪與軸同步。環(huán)46，48包括三個周向具有間距且軸向開設的凹槽46b，48b，這些凹槽應沿周向延伸，以及六個周向具有間距且沿徑向向內開設的凹槽46c，48c，這些凹槽軸向延伸貫穿摩擦環(huán)46，48。輔助凹槽46c，48c有助于摩擦環(huán)46，48的互換。如之后將進一步解釋的那樣，凹槽46b，48b能容納預增力總成的端部且凹槽46，48c能夠容納定位器44?？墒褂靡惠^大范圍的錐角，在本文中使用了7.5度的錐角。摩擦面46a，48a和/或26a，28a可由固定在底座部件上、幾種已知磨擦材料中的任意一種來確定。這里，優(yōu)選美國專利US 4,700,823；US4,844,218和US4,778,548中所披露的熱解碳磨擦材料。作為參考材料，可將這些專利文獻應用于本申請中。
每一銷50均包括較大直徑部分50a，該部分的直徑略小于法蘭開孔42c的直徑，一位于摩擦環(huán)46，48之間(在本申請中位于中間)的小直徑或槽形部分50b，以及錐形閉鎖臺肩或/面50c，50d，它們應從所述銷的軸線沿徑向外伸并沿軸向、以垂直于所述軸線的平面以一定角度彼此分離。所述槽形部分，當被設置在與其相應的法蘭開孔內時，能允許剛性摩擦環(huán)及銷總成相對于所述法蘭作有限的轉動以實現所述銷的閉鎖臺肩與法蘭開孔42c所限定的斜削閉鎖臺肩間的嚙合。所述銷可以以任意已知方式被固定在摩擦環(huán)46，48上。
所述預增力總成52為在前所提到的美國專利US5,339,936中詳細描述的開口銷。每一預增力總成在摩擦環(huán)46，48間沿軸向延伸并穿過在開孔42c之間交替配置的開孔42d。僅在圖3中繪出的每一預增力總成，包括兩個相同的槽殼54，夾在且偏置于所述槽殼的最少兩個相同的片簧56，兩個套在所述片簧端部56a上的定位器58，橢圓形杯形件60，該杯形件位于每一摩擦環(huán)46，48上的橢圓形凹槽46b，48b內。所述橢圓形杯形件60及凹槽46b，48b在摩擦環(huán)周向延伸，并在摩擦環(huán)徑向具有足夠大的尺寸以允許所述槽殼54的相對端部54a的滑動。每一對槽殼54均具有一大直徑部分，在被壓在一起時其直徑小于開孔42d的直徑，所述槽殼還具有帶有斜削端面54c的半圓形槽54b及端部54a。如已知的那樣，端部54a會反作用于摩擦環(huán)46，48且斜面54c會反作用于法蘭42上開孔42d的斜面以響應法蘭42的初始嚙合運動。杯形件60在摩擦環(huán)46，48與所述端部54a間剛性連接，以便在其間提供一耐磨材料。例如，杯形件可由鋼制成，而摩擦環(huán)可由鋁或其它一些軟材料制成。
如以前所述，爪件34，36包括內花鍵齒38，40，它們與固定在所述軸上的外花鍵齒12d滑配合。所述外花鍵具有沿平行軸線延伸的側面，并且在該處與爪件側面的嚙合能夠防止它們之間的相對轉動。
法蘭42還包括從其相對側沿軸向伸出的環(huán)形加強環(huán)42e，42及f自增力齒62，該齒沿徑向向內伸入軸上環(huán)形件12d的外周面的凹槽18內。每一齒62均包括自增力面62a，62b，62c，62d，它們分別配合或反作用于所述自增力斜面20a，20b，20c，20d。每一加強環(huán)包括一徑向內伸端面42h，用以容納爪件34，36的環(huán)形徑向外伸端面34c，36c。所述加強環(huán)能夠在制造及使用期間，減小法蘭42的軸向變形。所述斜面能允許法蘭相對于爪件34，36和軸12作有限的轉動，并在錐形離合器和軸間的反同步轉矩提供一輔助的軸向自增力，以便在換檔力作用于法蘭42上時，錐形離合器起始嚙合的嚙合力，從而能增加所述錐形離合器所提供的同步轉矩。在遇到提速和減速的情況下，設置所述斜面，用于增加一個和兩個齒輪所需的同步力和/或增加響應于每一方向上轉矩的同步力。
所述定位器44均包括一軸向延伸部分44a，該部分相對于爪件34，36的徑向外伸部分34b，36b設置軸向間距，和環(huán)繞爪件34，36上軸向相對端部34’b，36b’的徑向內伸部分44b。所述定位器不受約束地穿過法蘭42的開孔42e，以便允許它們之間作有限的相對轉動。每一軸向伸出的部分具有軸向間距和徑向外伸的端部44c，該端部被安裝在摩擦環(huán)凹槽46c，48c內并相對于所述凹槽的徑向內伸端部具有較小的滑動間隙。端部44c應足夠長以保持其能相對于所述的凹槽內伸端部產生滑動。齒輪14，16b包括沿軸向延伸的凹槽14a，16a，用于在爪件嚙合時，能接收定位器的端部。參見圖2，凹槽46c，48c的徑向延伸側能夠保持所述凹槽的周向間距。固定在軸12上的斜面20a，20b分別反作用于法蘭齒62上的斜面62a，62b以提供輔助軸向力，以增強或促進響應每一方向上轉矩的齒輪16的同步率和/或換檔質量。斜面20c，20d分別反作用于斜面62c，62d以向齒輪14提供響應每一方向上同步轉矩的輔助軸向力。所述斜面的角度可以變化以便為提速和減速及為高、低速率提供不同的輔助軸向力。還有，如果不希望在一個或多個齒輪的一個方向上產生輔助軸向力，那么所述斜面則可平行于軸線，即不設置產生作用的斜面。所述軸向輔助力的大小或數值，象下文中進一步解釋的那樣，是一個摩擦離合器及自增力斜面的平均半徑比的函數。因此，作為由一撥叉施加給換檔法蘭42的一給定換檔力的輔助力的大小可通過改變所述斜面角度和/或平均半徑比而變化。
當法蘭42處于圖1中的空檔位置時，銷50的小直徑部分50b與其相應的法蘭開孔42c應在徑向上相匹配，錐形離合器的摩擦面應留有很小的間隙并通過預增力總成52的斜切或成角度的預增力面54c來保持這種間隙關系，其中預增力總成52通過片簧56的力作用于法蘭開孔42c附近的預增力總成斜切面上。由于錐形離合器表面之間油的粘性剪力作用，由預增力表面提供的軸向力最好通過自增力斜面而將任意附加軸向力反作用于法蘭42上。當希望將每一齒輪與所述軸結合時，應將一合適但并未示出的，如美國專利US4,920,815中所披露的并在本申請中參考使用的換檔裝置，以已知方式連接在法蘭42的外周邊上，以便沿軸12的軸線方向軸向移動法蘭42或向左連接齒輪14或向右連接齒輪16。所述換檔裝置可由駕駛員通過一聯動系統(tǒng)手動操縱，也可通過一促動器作選擇性移動，或可通過能自動引發(fā)換檔裝置運動且還能控制由換檔裝置施加的力的數值的裝置來移動。當換檔裝置被手動操作時，力與由駕駛員向操縱桿施加的力成正比。無論手動還是自動操縱，均應沿軸向向法蘭42施加力，且由圖8中的箭頭Fa的長度表示。
依靠駕駛員換檔力Fo產生的法蘭42的初始向右軸向運動通過預增力面54c被傳送至銷50，以促進錐面48a與錐面28a的初始摩擦嚙合。所述錐面的初始嚙合力理所當然是片簧56的力及預增力面的角度的函數。所述初始摩擦嚙合(會產生一種非同步條件存在條件并會暫時忽略自增力斜面)能產生一初始錐形離合器嚙合力和同步轉矩To，其能夠確保法蘭42與備嚙合的摩擦環(huán)之間的有限相對轉動，由此而使銷的小直徑部分50b可向法蘭開孔42c的適宜側運動以保證銷的閉鎖臺肩50d與開孔42c的閉鎖臺肩之間的嚙合。當所述閉鎖臺肩被嚙合時，法蘭42上的全部駕駛員換檔力Fo便通過所述閉鎖臺肩被送至摩擦環(huán)48，從而通過駕駛員換檔力Fo而使錐形離合器嚙合以提供一有效的操縱同步轉矩To。在圖8中，該操縱同步轉矩To由箭頭To表示。由于所述閉鎖臺肩以一定角度相對于駕駛員換檔力Fo的軸線設置，所以它們能產生一反作用力或解鎖扭矩，在非同步條件下，該力或扭矩與錐形離合器產生的同步轉矩相反，但其值應較小。當達到基本同步時，同步轉矩應小于解鎖扭矩，從而所述閉鎖臺肩能夠將所述銷移至與開孔42c同軸的位置，以允許法蘭的連續(xù)軸向運動及內花鍵/爪件36的爪件齒40與外花鍵齒/爪件32的爪件齒相嚙合，如圖2所示。花鍵/爪件齒的結構可參考結合使用美國專利US3,265,173及US4,246,993中所示的結構。若忽略自增力斜面的作用，由力Fo所提供的錐形離合器轉矩由等式(1)表示To＝FoRcμc/sin a其中Rc＝錐形摩擦面的平均半徑，μc＝錐形摩擦面的摩擦系數，及a＝錐形摩擦面的角度。
現參看自增力斜面的影響且應特別參見圖6和7，由于駕駛員施加了軸向換檔力Fo，所述同步轉矩To理所當然地通過銷50被傳送至法蘭42且通過自增力斜面反作用于軸12。當被嚙合時，所述自增力斜面限制了法蘭相對于軸12和爪件34，36的轉動，并產生一以與換檔力Fo方向相同且作用于法蘭的軸向力分量或軸向輔助力Fa。這些力會合并提供一合力Tt，從而進一步提高了錐形離合器的嚙合力以提供一輔助同步轉矩Ta，該轉矩Ta能與所述轉矩To相加以提供一總轉矩Tt。圖6表示了當換檔法蘭42處于與圖1位置相應的中間位置時自增力斜面的位置。圖7表示了當通過嚙合的錐面28a，48a使齒輪形成同步時，所述斜面和花鍵所處的位置。所述嚙合的錐面會產生一在方向上能夠促進法蘭斜面62a與軸斜面20a相嚙合的同步轉矩。因此，如圖8所示，用于嚙合錐形離合器的軸向力總和為Fo加Fa，而有錐形離合器產生的同步轉矩的總和為To加Ta，對于一給定的操縱換檔力Fo和一操縱同步轉矩To，所述軸向輔助力的數值最好為嚙合自增力斜面角度的函數。這一角度最好應足夠大以能產生輔助力Fa，其值根據駕駛員給出的一合適的給定換檔力應足以顯著提高同步轉矩并縮短同步時間。但是，該角度也應足夠小以能產生一可控制的軸向輔助力Fa，即力Fa必須根據力Fo的增加或減小而增加或減小。如果斜面角度較大，斜面則會發(fā)生自鎖而不會產生自增力作用。因此，一旦形成了錐形離合器的初始嚙合，力Fa將會迅速且無法控制地增加，因此便會驅動錐形離合器形成無法控制的鎖死現象。自鎖而不是自增力的產生會降低換檔質量或換檔感覺，并可能過度壓迫同步器元件，也可能會產生過熱并加速錐形離合器面的磨損，并甚至可能拒絕變速桿的操縱運動。
用于計算自增力斜面角度的主要變量和公式可參見前面敘述的申請美國專利US5,092,439。
本申請已披露了一種銷式同步器的最佳實施例。以下的權利要求將力圖覆蓋所披露的同步器的發(fā)明部分及被認為是在本發(fā)明思想范圍內的變化和改進。
權利要求
1.一種能選擇操作的銷式同步器(22)，以摩擦方式同步并剛性連接能繞軸(12)的軸線(12a)作相對轉動的第一或第二傳動裝置(14，16)；所述同步器包括第一和第二爪件(30，32)，所述爪件被分別固定在第一和第二傳動裝置(14，16)上，并分別可與位于所述傳動裝置間、能夠軸向運動的第三和第四爪件(34，35)嚙合，所述第三和第四爪件具有內花鍵(38，40)，與固定在軸(12)上的外花鍵(12g)無相對轉動地滑配合；第一和第二錐形摩擦環(huán)(26，28)，被分別固定以便能隨所述第一和第二傳動裝置轉動，及第三和第四錐形摩擦環(huán)(46，48)，與所述軸同軸設置并在所述傳動裝置間可軸向移動，以便分別與第一和第二摩擦環(huán)摩擦嚙合以提供一能用于使傳動裝置與所述軸同步的同步轉矩；一沿徑向延伸的法蘭(42)，具有位于第三和第四爪件(34，36)間及第三和第四摩擦環(huán)(46，48)間的軸向相對端側(42a，42b)，用于軸向移動所述爪件及環(huán)，以形成響應作用于所述法蘭上的雙軸向換檔力的所述嚙合；在形成同步之前，用于防止爪件(30，38和32，40)間嚙合的可操縱閉鎖裝置(50c，50d)，所述閉鎖裝置包括多個周向具有間距的銷(50)，所述銷在所述第三和第四摩擦環(huán)(46，48)之間沿軸向剛性延伸并進入所述法蘭的第一組開孔(42c)內，每一銷均具有一閉鎖臺肩(50c，50d)，該臺肩能夠與一由相應開孔(42c)限定的閉鎖臺肩相嚙合；第一裝置(44)，用以保護所述法蘭不受與第三和第四爪件有關的軸向運動的影響，所述改進結構包括所述第一裝置包括多個周邊具有間距的定位器(44)，每一定位器具有一軸向延伸部分(44a)，該部分相對于所述第三和第四爪件的一徑向外伸部分(34b，36a)設置，以及軸向具有間隔且沿徑向向內伸出的部分(44b)，該部分環(huán)繞著第三和第四爪件(34，36)的軸向相對端部，且每一沿軸向伸出的部分具有軸向間距并沿徑向外伸的端部(44c)，這些部分的設置應使其能在第三和第四摩擦環(huán)(46，48)上徑向內伸的部分(46c，48c)間形成相對緊密的滑動關系，以限制定位器的徑向向外轉動。
2.根據權利要求1所述的同步器，其特征在于當第一和第三(30，38)或第二和第四(32，40)爪件被嚙合時，所述定位器徑向外伸端部(44c)之間的軸向距離應足以維持其相對于第三和第四摩擦環(huán)上徑向內伸部分(46c，48c)的滑動。
3.根據權利要求1或2所述的同步器，其特征在于第三和第四摩擦環(huán)(46，48)均包括徑向內伸的開孔和周邊具有間距的凹槽(46c，48c)，所述凹槽應沿軸向延伸并可滑動地容納所述定位器，以便保持所述定位器的軸向間距。
4.根據權利要求3所述的同步器，其特征在于所述第三和第四摩擦環(huán)(46，48)包括最少兩倍于定位器(44)數量、沿徑向內伸開設的凹槽(46c，48c)，用于允許所述環(huán)(46，48)間的可交換性。
5.根據權利要求1-4中任意一條所述的同步器，其特征在于所述第一和第二傳動裝置(14，16)包括軸向延伸的凹槽(14a，16a)，用于在所述爪件被嚙合時，能夠接收定位器(44)的端部。
全文摘要
一種鎖銷型、雙作用同步裝置(10),該裝置具有摩擦環(huán)(26,46和28,48),通過定位器(44)沿軸向被固定在一起的爪件(30,38和32,40),三個周向具有間距的銷(50),該銷包括用于防止爪式離合器產生非同步嚙合的閉鎖臺肩及預增力總成(52),用以保證摩擦環(huán)和臺肩的初始嚙合以響應換檔法蘭(42)的初始嚙合運動,及自增力斜面(20a—20d及62a—62d)。所述同步器包括改進型爪件及自增力斜面,一改進型換檔法蘭,改進型預增力總成及改進型爪件定位器。
文檔編號F16D23/06GK1177684SQ97119320
公開日1998年4月1日 申請日期1997年9月16日 優(yōu)先權日1996年9月16日
發(fā)明者J·D·格魯伊斯, T·S·史密斯 申請人:易通公司