專(zhuān)利名稱(chēng)：同步器的制作方法
本申請(qǐng)案有關(guān)于美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)，其申請(qǐng)?zhí)枮?32,881；632,882；632,883；632,884；633,703；633,704；633,738；633,739；633,743；633,744。這些申請(qǐng)的申請(qǐng)日期為1990年12月24日，這些申請(qǐng)全部已轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人，在本申請(qǐng)中引述了這些申請(qǐng)，以作參考，本發(fā)明涉及一種用于變速器的同步器。具體涉及一種自加力型同步器。
在多檔變速器領(lǐng)域中，可用同步器機(jī)構(gòu)縮短全部或一部分傳動(dòng)比的換檔時(shí)間已屬常見(jiàn)。也屬常見(jiàn)的是用自加力型同步器機(jī)構(gòu)，來(lái)節(jié)省車(chē)輛操縱者所需的換檔力，即在換檔桿上的施力。由于操縱者的換檔力，一般需隨車(chē)輛的大小增加，故自加力型同步器機(jī)構(gòu)，對(duì)重型載重汽車(chē)尤其重要。這種機(jī)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)實(shí)例可參看美國(guó)專(zhuān)利第2,410,511；2,896,760；3,548,983；4,413,715；4,836,348及4,869,353號(hào)等。本文引述這些專(zhuān)利以作參考。
上述各專(zhuān)利的同步器機(jī)構(gòu)，包括摩擦件及牙嵌件。它們用于將一個(gè)齒輪與一根軸分別進(jìn)行同步化和強(qiáng)制接合；還有同步環(huán)，它響應(yīng)一個(gè)預(yù)加力執(zhí)行摩擦件的初步接合而接合，而摩擦件的初步接合是響應(yīng)牙嵌件之一在換檔力作用下所作初步接合運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的。同步環(huán)的運(yùn)作防止牙嵌件的不同步接合并將換檔力傳遞給摩擦件以增大其同步扭矩；以及有自加力斜面，它隨同步扭矩反應(yīng)為換檔力提供同方向和附加的力，以進(jìn)一步增大摩擦件的同步扭矩。
這些專(zhuān)利的同步器機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，與本申請(qǐng)的插銷(xiāo)式同步器機(jī)構(gòu)有很大的差異。至少一部分由于這種結(jié)構(gòu)差異，難以使插銷(xiāo)式同步器機(jī)構(gòu)具有上述的自加力特點(diǎn)。
以外，雖然這些專(zhuān)利的同步器機(jī)構(gòu)可能大大減少換檔時(shí)間和換檔力，但是它們沒(méi)有考慮到在全部變速范圍中有不同的換檔要求；也就是一般低速檔要求比高速檔用更多的換檔力和/或換檔時(shí)間，并且降級(jí)換檔一般比升級(jí)換檔用較多的換檔力和/或換檔時(shí)間。
本發(fā)明的目的是提供一種帶有改進(jìn)的自加力裝置的同步器。
根據(jù)本發(fā)明的特征，正如美國(guó)專(zhuān)利3,548,893號(hào)所揭示和本申請(qǐng)權(quán)利要求1的特征部分所公開(kāi)，一種同步器，它包括第一和第二傳動(dòng)件，它們安置得能繞一個(gè)共同軸線(xiàn)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)并固定成不能作相互軸向運(yùn)動(dòng)，該同步器還包括一個(gè)離合器機(jī)構(gòu)使所述傳動(dòng)件摩擦地同步化并確定地連接。所述離合器機(jī)構(gòu)包括第一牙嵌裝置，可軸向移動(dòng)與第二牙嵌裝置結(jié)合，以響應(yīng)由一軸向向著第二傳動(dòng)件并施加于一換檔裝置的換檔力所引起的第一牙嵌裝置的結(jié)合運(yùn)動(dòng)而確定地將所述傳動(dòng)件連接。第一摩擦裝置，可響應(yīng)第一牙嵌裝置的接合運(yùn)動(dòng)作軸向移動(dòng)與第二摩擦裝置結(jié)合以產(chǎn)生一個(gè)用于第二傳動(dòng)件的同步扭矩。第一和第二同步環(huán)裝置可響應(yīng)第一牙嵌裝置的接合運(yùn)動(dòng)而移動(dòng)接合，以防止第一和第二牙嵌裝置的非同步接合，和將換檔力傳遞給第一摩擦裝置以產(chǎn)生第一和第二摩擦裝置的接合力，以及產(chǎn)生一個(gè)與第二傳動(dòng)件同步扭矩相反的扭矩以便當(dāng)同步化實(shí)現(xiàn)時(shí)將第一和第二同步環(huán)裝置移動(dòng)至脫離接合。當(dāng)接合時(shí)起動(dòng)的第一自加力裝置，它對(duì)第二傳動(dòng)件的同步扭矩反作用以產(chǎn)生一個(gè)在換檔力方向上軸向朝向第二傳動(dòng)件的軸向增力，以增大第一和第二摩擦裝置的接合力。
本發(fā)明改進(jìn)之處在于，所述第一牙嵌裝置包括有內(nèi)花鍵可滑動(dòng)地持續(xù)與附于第一傳動(dòng)件上阻止相對(duì)其旋轉(zhuǎn)和軸向移動(dòng)的外花鍵嚙合。所述第一自加力裝置包括有通過(guò)第一和第二同步環(huán)裝置將軸向增力引向第一摩擦裝置的裝置。
本發(fā)明的同步器機(jī)構(gòu)如附圖所示，附圖如下

圖1為沿圖2中線(xiàn)1-1觀(guān)看的雙作用同步器剖視圖；圖2為沿圖1中線(xiàn)2-2觀(guān)看的局部剖視圖3及3A表示圖1及2中的機(jī)構(gòu)的自加力斜坡部分。
首先主要觀(guān)看圖1及2，圖中為未示其余部分的變速器的齒輪及同步器組合件10，該變速器的類(lèi)型適用于陸地車(chē)輛，特別適用于重型載重汽車(chē)。但是組合件10亦可用于其他用途。該組合件包括有軸12以未示出的方式安裝作繞中心線(xiàn)12a的旋轉(zhuǎn)，有間距的速比齒輪14、16可旋轉(zhuǎn)地支持在軸上，靠用常見(jiàn)方式安裝在軸上的環(huán)形推力件18、20制止其相對(duì)于軸的軸向移動(dòng)，還有一個(gè)雙作用銷(xiāo)式同步器離合器機(jī)構(gòu)22。當(dāng)組合件10為雙中間軸變速器一部分時(shí)，諸如美國(guó)專(zhuān)利第3,648,546及4,788,889號(hào)所揭示，該兩專(zhuān)利本文引述以作參考，齒輪上的齒14a、16a與發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的中間軸上的隨動(dòng)齒輪15、17常嚙合，軸12與一個(gè)載荷連接，或可選擇地連接，軸12如現(xiàn)有技術(shù)中所常見(jiàn)可自由稍作軸向移動(dòng)。本文中齒輪14代表比齒輪16低的速檔；兩者都可以通過(guò)升級(jí)或降級(jí)換檔切入。
同步器機(jī)構(gòu)22有環(huán)形磨擦件24,26和固定在齒輪14、16上的環(huán)形牙嵌離合器件14b、16b，一個(gè)牙嵌離合器齒28有內(nèi)花鍵齒28a與在軸上一體形成的或以其他方式附加的外花鍵齒12b作可滑動(dòng)的嚙合，一個(gè)具有自加力斜坡的環(huán)形套筒30，一個(gè)徑向伸展的換檔法蘭32，具有徑向的內(nèi)極點(diǎn)32a，用推力件34限制其相對(duì)于牙嵌離合器28的軸向運(yùn)動(dòng)，而允許在法蘭與牙嵌件之間相對(duì)旋轉(zhuǎn)，環(huán)形摩擦件或環(huán)36、38共同用三個(gè)在圓周上間隔布置的銷(xiāo)40剛性緊固，銷(xiāo)40從各摩擦件上軸向伸出并通過(guò)法蘭上的孔32b，還有三個(gè)在圓周上間隔布置的花鍵銷(xiāo)型預(yù)加力組合件42在摩擦件之間軸向伸展，并穿過(guò)在孔32b之間有交替間距的孔32c。作為替換，也可使同步器機(jī)構(gòu)22為單作用銷(xiāo)式，即其構(gòu)形為僅使一個(gè)齒輪與一個(gè)軸作同步及牙嵌嚙合；諸如美國(guó)專(zhuān)利第3,221,851號(hào)揭示的機(jī)構(gòu)，本文引述以作參考。銷(xiāo)40的數(shù)目可比本文揭示的多或少，也可使用其他類(lèi)型的預(yù)加力組合件42。
顯而易見(jiàn)，摩擦件24、36及26、38配對(duì)形成摩擦離合器在牙嵌離合器接合前使齒輪與軸同步。雖然以錐形離合器為理想，但也可用其他型式的摩擦離合器?？捎靡阎娜舾煞椒ㄖ械娜魏我环N，例如焊接，將摩擦件24、26與相關(guān)的齒輪固定。摩擦件24、26有錐形內(nèi)摩擦表面24a、26a分別與錐形外摩擦表面36a、38a配合。摩擦件24、26與36、38亦分別稱(chēng)為同步杯和環(huán)。
錐角的范圍可以很廣；這里希望用12°至7.5°的錐角。摩擦表面36a、38a和/或24、26a可用已知的若干摩擦材料的任何一種做成并固定在基礎(chǔ)件上；這里最好使用熱解碳摩擦材料，如美國(guó)專(zhuān)利4,700,823；4,844,218號(hào)所揭示。這些專(zhuān)利引述于此以作參考。
每一銷(xiāo)40包括有大直徑部40a，其直徑略小于法蘭孔32b的直徑，一個(gè)縮徑部或槽部40b間隔地置于摩擦環(huán)36、38之間(此處為在中點(diǎn)上)，以及錐形同步環(huán)肩臺(tái)或表面40c、40d從銷(xiāo)的軸線(xiàn)徑向向外延伸并以一角度軸向地相互分離，該角度形成阻隔直至基本實(shí)現(xiàn)同步。有槽的部分當(dāng)放入相應(yīng)的法蘭的孔中時(shí)，允許剛性摩擦環(huán)及銷(xiāo)組合件相對(duì)于法蘭作有限的旋轉(zhuǎn)，使銷(xiāo)的同步環(huán)肩臺(tái)與圍繞法蘭孔形成的倒棱同步環(huán)肩臺(tái)32d、32e接合。
預(yù)加力組合件42為美國(guó)專(zhuān)利第4,252,222號(hào)揭示的分股銷(xiāo)型，本文引述以作參考。每一組合件42有一對(duì)半圓柱形的半殼部44，它們當(dāng)壓在一起時(shí)其主直徑小于孔32c的直徑，半環(huán)形槽44a帶有倒棱端44b和一個(gè)片簧46將環(huán)形槽偏壓分離，使槽的倒棱與圍繞孔32c相對(duì)端上形成的法蘭倒棱32f接合。半殼部44的端部抵靠摩擦環(huán)36、38，處在其上的長(zhǎng)槽36b、38b中。
環(huán)形套筒組合件30包括有套筒件48、50在軸向上將組合件30疊夾，并靠齒輪14、16抑制其相對(duì)于軸12的軸向移動(dòng)。套筒件48、50有內(nèi)花鍵齒48a、50a與外花鍵齒28b、28c作滑動(dòng)嚙合。嚙合的花鍵齒48a、50a與28b、28c防止套筒48、50與牙嵌件28相對(duì)旋轉(zhuǎn)。套筒件48、50疊夾時(shí)，形成三個(gè)在圓周上間距布置的孔52，從相對(duì)于軸的軸線(xiàn)12a的徑向上觀(guān)看時(shí)其形狀大致如沙漏，如圖3和3A所示。法蘭32有三個(gè)弧形孔32g由三個(gè)徑向伸展的輻條或反應(yīng)部32h分隔，反應(yīng)部徑向伸過(guò)一個(gè)沙漏形孔52。各孔52有自加力坡面52a、52b、52c、52d，與法蘭反應(yīng)部32h形成的基本平行的坡面配合。圖1,2和3表示法蘭32處于中間狀態(tài)，這時(shí)反應(yīng)部32h處在各沙漏形孔52的腰部52e中。當(dāng)法蘭32處在中間狀態(tài)時(shí)錐形離合器的摩擦表面分離。要求將任一齒輪與軸耦合時(shí)，將一個(gè)與法蘭32外周緣連接的圖中未示的適當(dāng)換檔機(jī)構(gòu)按常見(jiàn)的方式將法蘭沿軸12的軸線(xiàn)軸向移動(dòng)，或向左與齒輪14耦合，或向右與齒輪16耦合。換檔機(jī)構(gòu)可由操作者通過(guò)連桿系手動(dòng)，可用作動(dòng)器按選擇推動(dòng)，或用一種裝置，這裝置既可將換檔機(jī)構(gòu)自動(dòng)起動(dòng)，又可控制對(duì)換檔機(jī)構(gòu)的施力大小。換檔機(jī)構(gòu)手動(dòng)時(shí)，施力與操作者在換檔桿上的施力成正比。無(wú)論手動(dòng)或自動(dòng)，在法蘭32上的施力為軸向，在圖3A中以箭頭Fo表示。當(dāng)反應(yīng)部32h軸向離開(kāi)腰部52e時(shí)，孔52的斜坡允許法蘭相對(duì)于牙嵌件28及軸12作有限旋轉(zhuǎn)，并對(duì)錐形離合器的同步扭矩反應(yīng)，提供軸向自加力的增力，以增大由加在法蘭32上的換檔力將其初步接合的錐形離合器的接合力，從而增大錐形離合器提供的同步扭矩?？梢栽O(shè)置坡面使一個(gè)或兩個(gè)齒輪同步，并且/或者隨任一方向的扭矩而同步，例如在升級(jí)或降級(jí)換檔時(shí)?，F(xiàn)僅作舉例，隨任一方向的扭矩反應(yīng)，坡面52a、52b提供軸向增力以增大齒輪16的同步，而坡面52c、52d隨任一方向的扭矩向齒輪14提供軸向增力。坡面角可變化，為升級(jí)及降級(jí)換檔和高低速檔提供不同大小的軸向增力。并且，假如不希望在一個(gè)方向上對(duì)一個(gè)或多個(gè)齒輪作軸向增力，則可使坡面做成與軸的花鍵齒平行。僅作為舉例，可使斜坡52a和/或52c與軸的軸線(xiàn)12a平行以不隨同步扭矩提供軸向增力。
換檔機(jī)構(gòu)將法蘭32在軸向上初步右移，使法蘭倒棱32f與預(yù)加力倒棱44b接合，實(shí)現(xiàn)摩擦環(huán)表面38a與摩擦表面26a的接合。摩擦表面38a、26a的初步接合力，必然是彈簧46的力和倒棱角度的函數(shù)。初步摩擦接合(假定有不同步狀態(tài)存在，并暫時(shí)忽略自加力斜坡的作用)產(chǎn)生錐形離合器的初步接合力和同步扭矩To,To保證法蘭32與已接合的摩擦環(huán)之間的有限的相對(duì)旋轉(zhuǎn)，從而銷(xiāo)的縮徑部40b向法蘭孔32b的適當(dāng)側(cè)移動(dòng)使銷(xiāo)的同步環(huán)肩臺(tái)40d與法蘭的同步環(huán)肩臺(tái)32e接合。當(dāng)同步環(huán)肩臺(tái)接合時(shí)，操作者在法蘭32上施加的全部換檔力Fo通過(guò)同步環(huán)肩臺(tái)向摩擦環(huán)38傳遞，從而操作者施出的全部換檔力Fo將錐形離合器接合而提供操作的合成同步扭矩To。這個(gè)操作同步扭矩To在圖3A中用箭頭To表示。由于同步環(huán)肩臺(tái)相對(duì)于操作者的換檔力Fo的軸向傾斜，故產(chǎn)生一個(gè)反向力或反同步扭矩，它與錐形離合器的同步扭矩相反，但在不同步狀態(tài)下其量較小。當(dāng)達(dá)到基本同步時(shí)，同步扭矩降到小于反同步扭矩，從而同步環(huán)肩臺(tái)將銷(xiāo)移動(dòng)達(dá)到與孔32b同心，使法蘭可繼續(xù)軸向移動(dòng)，將牙嵌件28的外花鍵齒28c與牙嵌件16b的內(nèi)花鍵齒接合。如在先有技術(shù)中所知，并僅對(duì)牙嵌件16b用圖號(hào)標(biāo)示，花鍵齒的前沿部有前坡緣16c以減少齒在初始接觸時(shí)的損壞，有倒棱表面或楔形面16d以將齒同步對(duì)正嚙合。有這種前緣部的齒，在美國(guó)專(zhuān)利4,246,993號(hào)以及美國(guó)專(zhuān)利第3,265,173號(hào)中有較詳細(xì)的敘述，在本文中加以引述，以作參考。上述美國(guó)專(zhuān)利提供了關(guān)于適當(dāng)坡角的教導(dǎo)。楔形面可不對(duì)稱(chēng)以防止由于齒的前緣抵靠而延遲換檔的完成。為便利換檔在平順而相對(duì)省力的情況下完成，齒最好在圓周方向上盡可能細(xì)小，從而盡可能減少齒的對(duì)正接合所需要的旋轉(zhuǎn)度數(shù)。
在仍不考慮自加力坡面的影響下，可用下式(1)表示力Fo所提供的錐形離合器的扭矩To=FoRcμc/Sinα(1)式中Rc=錐形摩擦表面的平均半徑，μc=錐形摩擦表面的摩擦系數(shù)，α=錐形摩擦表面的角度。
現(xiàn)在看自加力坡面的影響，具體參看圖3及3A，由于操作者施加的軸向換檔力Fo，同步扭矩To必然通過(guò)銷(xiāo)40傳遞到法蘭32并且通過(guò)自加力坡面反作用到軸12。自加力坡面限制法蘭相對(duì)于軸12和牙嵌件28的旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生軸向分力或作用在法蘭上的與換檔力Fo同方向的軸向增力Fa，從而更加增大錐形離合器的接合力，以提供一個(gè)加到扭矩To上的附加同步扭矩Ta。圖3表示換檔法蘭32處在相當(dāng)于圖1和2中的零位上時(shí)自加力坡面的位置。圖3A表示當(dāng)齒輪16由接合的錐面26a、38a使其同步時(shí)斜坡的位置。在法蘭件反應(yīng)部32h與坡面進(jìn)行接合的方向上，接合的錐形面產(chǎn)生同步扭矩。因此，用于接合錐形離合器的軸向力的總和為Fo+Fa。而由錐形離合器產(chǎn)生的同步扭矩的總和為T(mén)o+Ta，如圖3A圖解表示。操作者的換檔力Fo和同步扭矩To一定時(shí)，軸向增力的大小最好為接合的自加力坡面角度的函數(shù)。這角度最好大到足以產(chǎn)生足夠的增力Fa，其大小在隨操作者施加的中度換檔力反應(yīng)時(shí)足以有效地增加同步扭矩并減短實(shí)現(xiàn)同步的時(shí)間。但是，這角度最好又小至足以產(chǎn)生可控的軸向增力Fa，即力Fa應(yīng)能響應(yīng)力Fo的增減而增減。假如坡角過(guò)大，則斜坡便成會(huì)產(chǎn)生自鎖而不會(huì)產(chǎn)生自加力；因此，一旦錐形離合器執(zhí)行初始接合，力Fa便不管力Fo如何，迅速并無(wú)控制地增大，乃至使錐形離合器趨向鎖緊。自鎖而不是自加力將會(huì)降低換檔的質(zhì)量或手感，并可能促使同步器元件的應(yīng)力過(guò)大，而且還會(huì)造成錐形離合器表面過(guò)熱和迅速磨損，甚至對(duì)操作者的換檔桿動(dòng)作造成超控。
計(jì)算自加力斜坡θ以及提供與操作者施力Fo正比增減的增力Fa所使用的主要變量為錐形離合器角度α，錐形離合器摩擦系數(shù)μc，錐形離合器的平均半徑率Rc和自加力斜坡的平均半徑率Rr，坡面的摩擦系數(shù)μr，和自加力斜坡的壓力φ角等。這里壓力角φ為零。
錐形離合器產(chǎn)生的總同步扭矩Tt為T(mén)t=FtRcμc/Sinα (2)式中Tt=To+Ta(3)且 Ft=Fo+Fa(4)未求導(dǎo)數(shù)的軸向增力Fa的計(jì)算式為Fa=Ftancosθ-μrsinθ/cosφsinθ+μrcosθ/cosφ---(5)]]>式中斜坡角θ在與軸的軸線(xiàn)28a垂直的平面中測(cè)量得知，F(xiàn)tan在斜坡上作用并且為扭矩Tt在Rr處的切向分力。在一個(gè)扭矩方向上的Tt及Ftan，在圖2中分別用相似的箭頭標(biāo)示，而Ftan也在圖3A中標(biāo)示。因此， Ftan=Tt/Rr(6)將式(5)及(6)代入式(4)，求Ft，得出Ft=Fo1-cosθ-μrsinθ/cosφsinθ+μrcosθ/cosφRcμcRrsinα---(7)]]>Ft/Fo的定義為加力比或自加力比。操作者施力Fo一定時(shí)，加力比愈大，則總同步力Tt愈大。加力比等于1時(shí)，斜坡角θ相當(dāng)于90°；這角度與軸的花鍵平行，無(wú)自加力。當(dāng)θ角減小時(shí)加力比增大。曾使用的加力比約為1至5。然而最好加力比大于1，而小于5。當(dāng)式(7)中分母趨向于零時(shí)，F(xiàn)t/Fo趨向于∝。這當(dāng)然發(fā)生于式(7)中負(fù)數(shù)項(xiàng)趨近1之時(shí)。因此，在下列條件下，斜坡可自加力而不自鎖cosθ-μrsinθ/cosφsinθ+μrcosθ/cosφRcμcRrsinα<1---(8)]]>在某一給定的同步器構(gòu)形中，設(shè)定Rc,μc,Rr,α等于常數(shù)K，便可將式(8)簡(jiǎn)化RcμcRrsinα=1K---(9A)]]>或RrsinαRcμc=K---(9B)]]>將任一式(9)代入式(8)，重組，并解坡角θ后，得式(10)。該式(10)可求得最小坡角θ。這種最小角度可產(chǎn)生自加力Fa。該力Fa與操作施力Fo成正比，這樣可提供最大的可控加力比，而不自鎖。θ>TAN-11-Kμr/cosφK+μr/cosφ---(10)]]>由于此處的斜坡壓力角φ為零，cosφ等于1，故可消去。必須注意θ是在與軸的軸線(xiàn)12a垂直的平面中測(cè)量得知，因此增大角θ的數(shù)值，便使力Fa與扭矩Ta的數(shù)值減小，必然也減小總扭矩Tt的數(shù)值。因此，假設(shè)全部其他的變量不變，則當(dāng)K增大時(shí)，最小θ角可以減小。
更具體講，為防自鎖并保持Fa與F。成正比，則在下列條件下應(yīng)增大最小的θ角當(dāng)平均半徑比Rc/Rr增大時(shí)，且/或錐角α減小時(shí)，且/或離合器摩擦系數(shù)μc增大時(shí)，且/或斜坡壓力角φ增大時(shí)，且/或斜坡摩擦系數(shù)μr增大時(shí)。
并且，計(jì)算所謂給定的幾何構(gòu)形的最小斜坡角度和最大理想加力比時(shí)，最好有一個(gè)安全系數(shù)，以防止制造公差及元件的正常磨損等造成自鎖或過(guò)大加力。
現(xiàn)考慮同步器機(jī)構(gòu)10在多檔變速器中的應(yīng)用，如已知，使變速齒輪同步所需的時(shí)間隨總同步扭矩的增大而減少。此外，由于反射慣力的差異，即作同步的元件的實(shí)際慣力加摩擦，使低檔變速齒輪同步所需的功一般大于使高檔變速齒輪同步所需的功。另外，對(duì)給定速比齒輪降級(jí)換檔時(shí)同步所需的功一般大于升級(jí)換檔時(shí)所需的功。因此，在多檔變速器中使用本文揭示的同步器機(jī)構(gòu)時(shí)，低速檔的同步器機(jī)構(gòu)最好配備較高的加力比，高速檔的同步器機(jī)構(gòu)最好配備較低的加力比。并且，在給定速比的齒輪中，降級(jí)換檔的加力比最好大于升級(jí)換檔的加力比。在對(duì)增力比作這樣的安排后，在配置自加力同步器機(jī)構(gòu)的變速器的全部變速檔中，可達(dá)到基本相同的換檔時(shí)間或同步時(shí)間。本文揭示的同步機(jī)構(gòu)，通過(guò)將圓錐離合器α角，半徑比Rc/Rr及自加力斜坡θ角變化，可很容易使加力比變化。
參看本文附圖立刻可見(jiàn)，當(dāng)牙嵌件28與相關(guān)齒輪的牙嵌件接合時(shí)，法蘭32與軸12和任一個(gè)變速齒輪14、16之間的扭矩路線(xiàn)脫離。因此，相對(duì)小而易磨損的自加力斜坡決不能承受變速齒輪全扭矩載荷的損壞作用。這一點(diǎn)當(dāng)將自加力斜坡徑向內(nèi)移時(shí)特別重要，因?yàn)樵谛逼律献饔玫牧﹄S著相對(duì)于軸的軸線(xiàn)12a的斜坡半徑的減小而增大。
再者，由于半徑有差異，故在牙嵌件花鍵齒28a與軸花鍵齒12b之間的作用力大于在牙嵌離合器齒間的作用力。因此，牙嵌件花鍵齒28a與軸花鍵齒12b之間的花鍵連接的軸向長(zhǎng)度最好大于保持牙嵌離合器齒有適當(dāng)強(qiáng)度所需的長(zhǎng)度。這較大的花鍵連接軸向長(zhǎng)度是所公開(kāi)的實(shí)施例的固有特點(diǎn)，而不需增長(zhǎng)將法蘭32移動(dòng)的換檔機(jī)構(gòu)的行程，因?yàn)榉ㄌm32不在圓周上與牙嵌離合器28、30或軸12固定；因此牙嵌件花鍵28a可持續(xù)與軸花鍵齒12b嚙合。這一點(diǎn)在操作者通過(guò)手控?fù)Q檔桿按已知的方式推動(dòng)換檔機(jī)構(gòu)時(shí)特別重要。這桿的實(shí)例可參看本文引述以作參考的美國(guó)專(zhuān)利第3,850,047號(hào)。這桿一般屬第一級(jí)杠桿類(lèi)型，其中增長(zhǎng)換檔行程時(shí)，要求或者增大操作者的換檔桿動(dòng)作(通過(guò)改變杠桿的支點(diǎn))，或者在給定操作者換檔力下減小在換檔機(jī)構(gòu)上的施力。
自加力同步器機(jī)構(gòu)的理想實(shí)施方案已揭示如上。本人認(rèn)為在發(fā)明精神范圍內(nèi)，可對(duì)理想方案作許多變化和修改。下面的權(quán)利要求書(shū)意圖概括經(jīng)揭示的機(jī)構(gòu)的具創(chuàng)造性部分以及屬本發(fā)明精神范圍的變化和修改。
權(quán)利要求
1．一種同步器(10)，它包括第一和第二傳動(dòng)件(12、16)，它們安置得能繞一個(gè)共同軸線(xiàn)(12a)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)并固定成不能作相互軸向運(yùn)動(dòng)，該同步器還包括一個(gè)離合器機(jī)構(gòu)(22)使所述傳動(dòng)件摩擦地同步化并確定地連接，所述離合器機(jī)構(gòu)包括第一牙嵌裝置(28c)，可軸向移動(dòng)與第二牙嵌裝置(16b)結(jié)合，以響應(yīng)由一軸向向著第二傳動(dòng)件(16)并施加于一換檔裝置(32)的換檔力(Fo)所引起的第一牙嵌裝置(28c)的結(jié)合運(yùn)動(dòng)而確定地將所述傳動(dòng)件連接；第一摩擦裝置(38)，可響應(yīng)第一牙嵌裝置(28c)的接合運(yùn)動(dòng)作軸向移動(dòng)與第二摩擦裝置(26)結(jié)合以產(chǎn)生一個(gè)用于第二傳動(dòng)件(16)的同步扭矩；第一和第二同步環(huán)裝置(40d、32e)可響應(yīng)第一牙嵌裝置(28c)的接合運(yùn)動(dòng)而移動(dòng)接合，以防止第一和第二牙嵌裝置(28c、16b)的非同步接合，和將換檔力(Fo)傳遞給第一摩擦裝置(38)以產(chǎn)生第一和第二摩擦裝置(38、26)的接合力，以及產(chǎn)生一個(gè)與第二傳動(dòng)件(16)同步扭矩相反的扭矩以便當(dāng)同步化實(shí)現(xiàn)時(shí)將第一和第二同步環(huán)裝置(40d、32e)移動(dòng)至脫離接合；當(dāng)接合時(shí)起動(dòng)的第一自加力裝置(52a、32h)，它對(duì)第二傳動(dòng)件的同步扭矩反作用以產(chǎn)生一個(gè)在換檔力(Fo)方向上軸向朝向第二傳動(dòng)件(16)的軸向增力(Fa)，以增大第一和第二摩擦裝置(38、26)的接合力；其特征在于，所述第一牙嵌裝置(28c)包括有內(nèi)花鍵(28a)可滑動(dòng)地持續(xù)與附于第一傳動(dòng)件(12)上阻止相對(duì)其旋轉(zhuǎn)和軸向移動(dòng)的外花鍵(12b)嚙合；所述第一自加力裝置(32h、52a)包括有通過(guò)第一和第二同步環(huán)裝置(40d、32e)將軸向增力(Fa)引向第一摩擦裝置(38)的裝置(32)。
2．如權(quán)利要求1所述之同步器，其特征在于，所述自加力裝置(52a、32h)包括固定成阻止其相對(duì)于傳動(dòng)件(12、16、14)作軸向移動(dòng)的第一坡面裝置(52a)，和可與第一坡面裝置(52a)結(jié)合以產(chǎn)生軸向增加(Fa)的反應(yīng)裝置(32h)，以及用于安裝反應(yīng)裝置(32h)以相對(duì)于第一牙嵌裝置(28c)作有限度轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置(52)。
3．如權(quán)利要求1所述之同步器，其特征在于，它還包括第一同步環(huán)裝置(40d)，附于第一摩擦裝置(38)上；允許第一摩擦裝置(38)在第一和第二位置之間相對(duì)于第一傳動(dòng)件(12)作有限度轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置(32b、40b)；以及預(yù)加力裝置(42)，用于響應(yīng)第一牙嵌裝置(28c)在換檔力(Fo)作用下的初步接合運(yùn)動(dòng)而將第一摩擦裝置(38)從中間位置移至與第二摩擦裝置(26)作初步摩擦接合，使第一摩擦裝置(38)旋轉(zhuǎn)至上述兩位置之一，從而將第二同步環(huán)裝置(32e)對(duì)正至與第一同步環(huán)裝置(40d)接合。
4．如權(quán)利要求1所述之同步器，其特征在于，引導(dǎo)軸向增力(Fa)的裝置(32)，設(shè)置于第一牙嵌裝置(28c)和第二同步環(huán)裝置(32e)之間，可相對(duì)于第一傳動(dòng)件(12)作軸向運(yùn)動(dòng)和可相對(duì)于第一牙嵌裝置(28c)作圓周運(yùn)動(dòng)。
5．如權(quán)利要求1所述之同步器，其特征在于，第一自加力裝置(52a、32h)包括第一坡面裝置(52a)和一個(gè)反應(yīng)裝置(32h)，該反應(yīng)裝置對(duì)軸向相對(duì)于第一傳動(dòng)件(12)固定的裝置(16、14)之間的同步扭矩反應(yīng)。
6．如權(quán)利要求1所述之同步器，其特征在于，它還包括換檔裝置(32)，它是一個(gè)被換檔力(Fo)作用的徑向伸展的法蘭(32)，用于使可軸向移動(dòng)的牙嵌裝置(28c)產(chǎn)生接合運(yùn)動(dòng)；第一同步環(huán)裝置(40d)由若干在圓周上有間距的銷(xiāo)形裝置(40)形成，銷(xiāo)形裝置從第一摩擦裝置(38)上軸向剛性伸出，插入法蘭(32)的孔(32b)中，第二同步環(huán)裝置(32e)圍繞所穿過(guò)的孔(32b)形成；自加力裝置(52a、32h)包括用于允許法蘭(32)相對(duì)于第一傳動(dòng)件(12)作有限圓周運(yùn)動(dòng)并將同步扭矩向第一傳動(dòng)件(12)反應(yīng)的裝置(52a、32h)；以及允許法蘭作有限圓周運(yùn)動(dòng)的裝置(52a、32h)包括附于法蘭(32)上并可響應(yīng)同步扭矩而與反應(yīng)裝置(32h)結(jié)合以產(chǎn)生軸向增力(Fa)的第一坡面裝置(52a)。
7．如權(quán)利要求1,2,3,4,5或6所述的同步器，其特征在于，引導(dǎo)軸向增力(Fa)的裝置(32)不在與換檔力(Fo)方向相對(duì)的方向引導(dǎo)軸向增力(Fa)。
8．如權(quán)利要求1,2,3,4,5或6所述的同步器，其特征在于，引導(dǎo)軸向增力(Fa)的裝置(32)固定成阻止相對(duì)于同步環(huán)裝置(40d、32e)的徑向運(yùn)動(dòng)。
9．如權(quán)利要求1,2,4,5或6所述的同步器，其特征在于，它還包括具有彈性裝置(46)的預(yù)加力裝置(42)，該彈性裝置(46)響應(yīng)由換檔力(Fo)作用下產(chǎn)生的第一牙嵌裝置(28c)的初步接合運(yùn)動(dòng)而動(dòng)作，彈性地將一個(gè)初步接合力通過(guò)一個(gè)獨(dú)立于第一和第二同步環(huán)裝置(40d、32e)的途徑傳遞給第一摩擦裝置(38)，所述初步接合力用于使第一摩擦裝置(380產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)以便使第二同步環(huán)裝置(32e)對(duì)正而與第一同步環(huán)裝置(40d)接合。
10．如權(quán)利要求1所述的同步器，其特征在于，它還包括一個(gè)第三傳動(dòng)件(14)、它在軸向上與第二傳動(dòng)件(16)隔開(kāi)，它固定成相對(duì)于第一和第二傳動(dòng)件(12、16)不能作軸向運(yùn)動(dòng)但能繞軸線(xiàn)(12a)轉(zhuǎn)動(dòng)；第三牙嵌裝置(28b)，可軸向移動(dòng)與第四牙嵌裝置(14b)接合，以響應(yīng)在軸向向著第三傳動(dòng)件(14)并施加于換檔裝置(32)的換檔力(Fo)作用下的第三牙嵌裝置(28b)的接合運(yùn)動(dòng)將第一和第三傳動(dòng)件(12、14)可靠連接；第三摩擦裝置(36)，可響應(yīng)第三牙嵌裝置(28c)的接合運(yùn)動(dòng)作軸向移動(dòng)與第四摩擦裝置(24)接合以便產(chǎn)生一個(gè)用于第三傳動(dòng)件(14)的同步扭矩；第三和第四同步環(huán)裝置(40c、32d)，可響應(yīng)第三牙嵌裝置(28b)的接合運(yùn)動(dòng)而移動(dòng)接合，以防止第三和第四牙嵌裝置(28b、14b)的非同步接合，將軸向朝向第三傳動(dòng)件(14)的換檔力(Fo)傳給第三摩擦裝置(36)以產(chǎn)生第三和第四摩擦裝置(36,24)的接合力，以及產(chǎn)生一個(gè)與同步扭矩相反的扭矩以便在達(dá)到同步時(shí)將第三和第四同步環(huán)裝置(40c、32d)脫離接合；第二自加力裝置(52c、32h)，當(dāng)結(jié)合時(shí)起動(dòng)對(duì)同步扭矩反應(yīng)以便在換檔力(Fo)的方向上產(chǎn)生一個(gè)軸向增力(Fa)軸向朝向第三傳動(dòng)件(14)以增大第三和第四摩擦裝置(34、24)的接合力；第三牙嵌裝置(28b)包括內(nèi)花鍵(28a)，它與固定成防止相對(duì)于第一傳動(dòng)件(12)轉(zhuǎn)動(dòng)和軸向運(yùn)動(dòng)的外花鍵(12b)可滑動(dòng)地持續(xù)嚙合；第二自加力裝置(52c、32h)包括將軸向增力(Fa)通過(guò)第三和第四同步環(huán)裝置(40c、32d)引導(dǎo)至第三摩擦裝置(36)的裝置(32)。
11．如權(quán)利要求10所述的同步器，其特征在于，第一和第三同步環(huán)裝置(40d、40c)分別附于第一和第三摩擦裝置(38、36)；設(shè)有裝置(32b、40b)允許第一和第三摩擦裝置(38、36)在第一和第二位置之間相對(duì)于第一傳動(dòng)件(12)作有限度旋轉(zhuǎn)；以及預(yù)加力裝置(42)，用于分別響應(yīng)第一和第三牙嵌裝置(28c、28b)在換檔力(Fo)作用下從中間位置所作初步接合運(yùn)動(dòng)而使第一和第三摩擦裝置(38、36)分別與第二和第四摩擦裝置(26、24)作初步摩擦接合，從而使第一和第三摩擦裝置(38、36)分別旋轉(zhuǎn)至上述兩位置之一上，以便分別將第二和第四同步環(huán)裝置(32e、32d)對(duì)正與第一和第三同步環(huán)裝置(40d、40c)接合。
12．如權(quán)利要求10所述的同步器，其特征在于，第一和第二自加力裝置(52a、52c、32h)分別包括第一和第二坡面裝置(52a、52c)，它們固定成阻止相對(duì)于傳動(dòng)件(12、16、14)的軸向運(yùn)動(dòng)，還有可與第一和第二坡面裝置(52a、52c)結(jié)合以產(chǎn)生軸向增力(Fa)的反應(yīng)裝置(32h)，以及安裝反應(yīng)裝置(32h)作有限度的相對(duì)于第一和第三牙嵌裝置(28c、28b)的旋轉(zhuǎn)的裝置(52)。
13．如權(quán)利要求10所述的同步器，其特征在于，引導(dǎo)軸向增力(Fa)的裝置(32)位于第一和第三牙嵌裝置(28c、28b)和第二和第四同步環(huán)裝置(32e、32d)之間，并可相對(duì)于第一傳動(dòng)件(12)作軸向運(yùn)動(dòng)和相對(duì)于第一和第三牙嵌裝置(28c、28b)作圓周運(yùn)動(dòng)。
14．如權(quán)利要求10所述的同步器，其特征在于，第一和第二自加力裝置(52a、52c、32h)分別包括第一和第二坡面裝置(52a、52c)，它們用裝置(16、16)固定以阻止相對(duì)于傳動(dòng)件(12、16、14)的軸向運(yùn)動(dòng)。
15．如權(quán)利要求10所述的同步器，其特征在于，換檔裝置(32)是一個(gè)徑向伸展的法蘭(32)，被換檔力(Fo)所作用，用于實(shí)現(xiàn)第一和第三牙嵌裝置(28c、28b)的結(jié)合運(yùn)動(dòng)；第一和第三同步環(huán)裝置(40d、40c)，由若干從第一和第三摩擦裝置(28、36)軸向剛性伸出并伸入法蘭(32)的孔(32b)中的在圓周上間距布置的銷(xiāo)形裝置(40)所限定，第二和第三同步環(huán)裝置(32e、32d)圍繞上述孔(32b)而限定；第一和第二自加力裝置(52a、52c、32h)，包括用于允許法蘭(32)相對(duì)于第一傳動(dòng)件(12)作有限度的圓周運(yùn)動(dòng)以及將同步扭矩向第一傳動(dòng)件(12)反應(yīng)的裝置(52a、52b、32h)；以及允許法蘭作有限度圓周運(yùn)動(dòng)的裝置(52a、52b、32h)包括第一和第二坡面裝置(52a、52c)，它們可分別響應(yīng)第二和第三傳動(dòng)件(16、14)同步化扭矩分別與附于法蘭(32)上的反應(yīng)裝置(32h)接合以產(chǎn)生軸向增力(Fa)。
16．如權(quán)利要求10,11,12,13,14或15所述的同步器，其特征在于，引導(dǎo)軸向增力(Fa)的裝置(32)不在與換檔力(Fo)方向相反的方向引導(dǎo)任何軸向增力(Fa)。
17．如權(quán)利要求10,11,12,13,14或15所述的同步器，其特征在于，引導(dǎo)軸向增力(Fa)的裝置(32)固定成防止相對(duì)于同步環(huán)裝置(40d、32e和40c、32d)的徑向運(yùn)動(dòng)。
18．如權(quán)利要求10,12,13,14或15所述的同步器，其特征在于，預(yù)加力裝置(42)包括彈性裝置(46)，該彈性裝置(46)響應(yīng)由換檔力(Fo)作用下產(chǎn)生的第一或第三牙嵌裝置的初步接合運(yùn)動(dòng)而動(dòng)作，彈性地將一個(gè)初步接合力通過(guò)一個(gè)獨(dú)立于同步環(huán)裝置(40d、32e或40c、32d)的途徑傳遞給第一或第三摩擦裝置(38、36)。
全文摘要
一種帶有摩擦離合器,牙嵌離合器和自加力斜坡的銷(xiāo)式雙作用同步器機(jī)構(gòu)。斜坡作用在軸與換檔法蘭之間。換檔法蘭可相對(duì)于軸及牙嵌離合器元件旋轉(zhuǎn),并形成三個(gè)反應(yīng)部壓靠在環(huán)形套筒組合件形成的三組斜坡。套筒固定不相對(duì)于軸旋轉(zhuǎn)和軸向移動(dòng)。自加力斜坡的坡角可變,為多檔變速器若干或全部速檔設(shè)定基本相同的同步時(shí)間。三個(gè)在圓周上隔開(kāi)的銷(xiāo)有同步環(huán)肩臺(tái)防止牙嵌離合器不同步接合。三個(gè)預(yù)加力組件執(zhí)行摩擦離合器的初始接合以保證同步環(huán)肩臺(tái)的接合。
文檔編號(hào)F16H3/12GK1222656SQ9812302
公開(kāi)日1999年7月14日 申請(qǐng)日期1998年11月25日 優(yōu)先權(quán)日1990年12月24日
發(fā)明者O·J·奧爾森 申請(qǐng)人:易通公司