CN102245921B - 用于齿轮变速器换倒档的换档***以及齿轮变速器 - Google Patents

Abstract

提出一种用于齿轮变速器换倒档的换档***(1)。换档***(1)包括可旋转地布置在变速器轴(2)上的倒档齿轮(4)，该倒档齿轮(4)具有第一离合啮合部(5)。为倒档齿轮(4)配属有与变速器轴(2)抗相对转动地连接的、具有第二离合啮合部(7)的离合主体(6)。为挂入倒档，第一离合啮合部(5)和第二离合啮合部(7)轴向上推入彼此之中。与倒档齿轮(4)作用连接的同步环(8)具有摩擦面(9)，摩擦面(9)在同步过程期间与相对摩擦面(16)共同作用。同步环(8)和倒档齿轮(4)可以在锁止位置与换通位置之间在周向上彼此相对扭转有限的角度量值。布置于同步环(8)与倒档齿轮(4)之间的紧合元件(14)将同步环(8)相对于倒档齿轮(4)向锁止位置的方向预紧。

Description

用于齿轮变速器换倒档的换档***以及齿轮变速器

技术领域

本发明涉及一种齿轮变速器的倒档换档***，以及具有这样的倒档换档***的齿轮变速器。

背景技术

可以手动换档的和自动的齿轮变速器直至当今出于成本原因并由于结构空间有限而通常以无对倒档的机械同步化的方式构造和使用。但在此，在一定的条件下挂入倒档时出现令人不适的咔咔噪声和换档撞击。此外，挂入倒档时的咔咔声造成齿轮磨损增加。此外，在热的变速器的情况下会导致很长的换档时间。

为避免这些缺点，已经提出了各种各样的解决方案。但这些解决方案均不是最佳的，因为这些解决方案需要过多的结构空间、很高的制造成本或者很长的换档时间。

由DE10054757A1公开了一种在齿轮变速器中用于快速、无噪声地换倒档的换档***，该换档***需要非常少结构空间。其中，介绍了具有倒档齿轮的换档***，为该倒档齿轮配属同步环和具有摩擦锥形件的离合主体。离合主体与变速器轴抗相对转动地连接。同步环设有环绕式的槽，将环形弹簧装入该槽中。倒档齿轮的内啮合部也具有环绕式的槽，该环绕式的槽在未挂入倒档时，与构造于同步环内的槽相对置，并且环形弹簧部分地嵌入该环绕式的槽内。为挂入倒档，必须首先克服环形弹簧的弹簧力，由此，将同步环的摩擦锥形件压到离合主体的摩擦锥形件上，并且进行齿轮的转速与变速器轴的转速之间的同步。环形弹簧的弹簧力必须相应高地选择，以便在所有运行条件下保证足够的同步，并且防止过快换通（Durchschalten）和发出咔咔声。

在这种换档***中，为挂入倒档，必须始终克服相同的环形弹簧弹簧力，这一点不依赖于例如像温度的运行条件，并且进而不依赖于：同步过程是提前还是延后结束。这使得：在依据DE10054757A1的换档***中，换档舒适性在一定的运行条件下，要么在硬环形弹簧情况下受到强换档阻力的限制，要么在软环形弹簧的情况下受到咔咔噪声的限制。

发明内容

因此，本发明的任务在于，提供一种用于在所有运行条件下无干扰、舒适地在齿轮变速器中换倒档的换档***，其需要尽可能少的结构空间并保证无咔咔声换档。此外，应给出一种相应的齿轮变速器。

该任务通过一种倒档换档***和一种齿轮变速器得以实现。

提出一种齿轮变速器的倒档换档***，具有：能旋转地布置在变速器轴上的倒档齿轮，所述倒档齿轮具有第一离合啮合部，其中，为所述倒档齿轮配属有与所述变速器轴抗相对转动地连接的、具有第二离合啮合部的离合主体，其中，为挂入倒档，所述第一离合啮合部和第二离合啮合部相互发生嵌接，其中，为所述倒档齿轮配属有具有摩擦面的同步环，所述摩擦面在同步过程期间与相对摩擦面共同作用，其特征在于，所述同步环和所述倒档齿轮能够在锁止位置与换通位置之间在周向上彼此相对扭转有限的角度量值，至少一个紧合元件布置在所述同步环与所述倒档齿轮之间，并且与所述同步环和所述倒档齿轮以如下方式作用连接，即，使所述同步环相对于所述倒档齿轮向所述锁止位置的方向预紧，以及在所述锁止位置上，至少一个锁止件形状锁合地防止两个所述离合啮合部推入彼此之中。由此，换档***在未换倒档状态下，始终处于锁止位置内，并且有效防止过快或者无意地换通到倒档内。

因此，依据本发明的换档装置对于倒档而言具有传统的锁止同步的优点，但其中，需要更少的构件和相应很少的结构空间。在同步过程期间，也就是说，只要彼此有待平衡的转速尚未相同时，作用于紧合元件的紧合力和由于不同转速而在摩擦面上产生的摩擦力加合成锁止力，该锁止力将换档***保持在锁止位置内，并且由此防止提前的有害的换通。即作为锁止力起作用的是：通过经预紧的紧合元件产生的在周向上的力和通过摩擦面与相对摩擦面之间的同步过程而产生的在周向上的力。

当摩擦面和相对摩擦面在接入倒档时开始产生转矩的情况下同步过程开始，并在达到至少近乎相同的转速情况下，该同步过程结束。在同步过程结束后，也就是说，在倒档齿轮和离合主体的转速至少近乎相同时，可以在使用低换档力的情况下解除锁止位置，方式为：紧合元件进而还有至少一个锁止件相对于倒档齿轮扭转到换通位置内。在此，克服紧合元件的预紧力。在换通位置上，倒档齿轮上的第一离合啮合部与离合主体上的第二离合啮合部相嵌接，从而通过倒档齿轮可以将转矩传递到变速器轴上。紧合元件的预紧力可以保持得比较小。

倒档齿轮上的第一离合啮合部可以要么与齿轮一件式地构成，要么也可以成型在与倒档齿轮抗相对转动地连接的离合主体上。

依据本发明的第一优选构造方案，与同步环的摩擦面共同作用的相对摩擦面设置在与倒档齿轮相邻布置的前进档齿轮上。这种结构具有特别少的构件，并且实现还要更小的结构空间。

因为倒档齿轮和相邻的前进档齿轮通过中间轴以相反的转动方向被强制联接，所以共同的转速在这种实施方式中仅可为零转速。一般情况下，齿轮变速器内在倒档齿轮旁布置有第一档的齿轮，其在这种构造方案中附加地作为相对摩擦面使用。

依据优选的第二构造方案，相对摩擦面构造在与变速器轴抗相对转动地连接的同步元件上。同步元件可以作为单独的环构造，或者与离合主体一件式地构成，并且具有锥形的相对摩擦面。

另一种优选的实施方式设置为，至少一个锁止件被实施为多个均匀分布于同步环的周边上的锁止栓。作为锁止栓同步件的实施方案可以使得结构空间得到进一步优化的充分利用，特别是以如下方式来实现：即，锁止栓在挂入倒档时推移到倒档齿轮中所配属的孔内。

同步环例如可与倒档齿轮形状锁合地连接，从而同步环与倒档齿轮共同绕变速器轴旋转。但同步环与倒档齿轮之间的形状锁合的连接至少允许在周向上存在如下大小的游隙，即，两个部件可以在锁止位置与换通位置之间扭转。在此，转动轴线相当于变速器轴的中轴线。依据本发明另一种优选构造方案，至少一个圆柱形的锁止栓在其自由端部上具有圆柱形的带动销，该带动销具有小于锁止栓的其余部分的较小直径，并伸入倒档齿轮内的配属给带动销的孔内。

优选的是，从锁止栓的较大直径到带动销的较小直径的过渡部构造为锥形锁止面。

本发明的另一方面涉及如下的锁止件，该锁止件将同步环向倒档齿轮预紧，并且持续保持在锁止位置内，直至挂入倒档时换档操作力在同步过程后克服该紧合力并将同步环连同锁止栓相对于倒档齿轮扭转到换通位置内。优选的是，锁止件构造为孔板，孔板可扭转设置在倒档齿轮上，并为锁止栓而具有贯通孔。优选的是，孔板借助螺旋压缩弹簧或者螺旋拉伸弹簧相对于倒档齿轮预紧。

为挂入和摘出倒档，优选的是，倒档齿轮在轴向上相对于变速器轴推移，以便使离合啮合部发生相互嵌接或脱开相互嵌接。由此，与传统的同步换档***相比，省去了单独的滑移套筒和同步体，这首要地明显降低轴向上的结构空间。同样可以考虑的是，不是倒档齿轮而是离合主体在轴向上推移，以便使离合啮合部相互发生嵌接。

通过所提到的、节省结构空间的构造特征而可行的是，离合主体、同步环、紧合元件和锁止件可以设置在倒档齿轮的外轮廓及与倒档齿轮相邻的前进档齿轮的外轮廓的内部。这一点意味着，所提出的具有倒档同步件的换档***甚至以不占用结构空间的方式（bauraumneutral）构成，也就是说，该换档***与没有同步倒档的换档***相比，无需附加的结构空间就行得通。利用具有同步体和滑移套筒的传统同步单元，这一点就不可行，这是因为这些构件特别是在轴向上需要附加的结构空间。

本发明还包括具有公知的双锥形或者多锥形同步件的换档***。

最后，要求保护一种具有上述换档***的齿轮变速器。

附图说明

依据本发明的齿轮变速器的实施例在后面的附图中示出，并在下面进行详细介绍。

在此：

图1以示意剖面图示出依据本发明的换档***第一实施方式在挂入倒档时的概要图；

图2以示意剖面图示出依据本发明的换档***第二实施方式在摘出倒档时的概要图；

图3以示意剖面图示出依据本发明的换档***第二实施方式在挂入倒档时的概要图；

图4示出依据本发明的换档***的概要图，其中有：倒档齿轮、锁止件与紧合元件之间在摘出倒档时的作用连接的示意剖面图；以及

图5示出依据本发明的换档***的概要图，其中有：倒档齿轮、锁止件与紧合元件之间在挂入倒档时的作用连接的示意剖面图。

具体实施方式

在依据本发明的换档***1的图1中所示的实施方式中，倒档齿轮4以可旋转和在轴向上可推移的方式布置在变速器轴2上。倒档齿轮绕变速器轴2的中轴线3旋转，并借助滚动轴承17支承在变速器轴2上。在倒档齿轮4的外周的区域内，该倒档齿轮4具有槽19，换档拨叉20的端部嵌入槽19中。除了倒档齿轮4外，前进档齿轮15同样通过滚动轴承18以可绕中轴线3旋转的方式支承在变速器轴2上。

在倒档齿轮4的背向前进档齿轮15的侧上，将滚子轴承21布置在变速器轴2上，变速器轴2通过该滚子轴承21而支承在未示出的变速器壳体内。变速器轴2例如可以是变速器的输出轴。倒档齿轮4和滚子轴承21在轴向上通过紧固环22而相对于变速器轴2得到支撑。

在倒档齿轮4与前进档齿轮15之间，离合主体6抗相对转动地固定在变速器轴2上。该离合主体6在其外周上具有第二离合啮合部7，第二离合啮合部7在所示的状态下与安设在倒档齿轮4上的第一离合啮合部5相嵌接。

在倒档齿轮4与前进档齿轮15之间，还布置有带有多个均匀分布于同步环8的周边上的锁止栓10的同步环8。锁止栓10在该实施例中与同步环8一件式地实施。在图1中只能看到锁止栓10中的一个。锁止栓10在所示的换到倒档的状态下伸入倒档齿轮4中配属给锁止栓10的孔13内。在锁止栓10的自由端部上设置有带动销11。自带动销11的较大直径开始，锁止栓10通过锥形锁止面12过渡为带动销11的较小的直径。

同步环8在其内直径的区域内具有锥形摩擦面9，该锥形摩擦面9在同步过程期间与对置于该锥形摩擦面9的相对摩擦面16共同作用。相对摩擦面16在该实施方式中直接设置在前进档齿轮15上。

同样地，在倒档齿轮4与前进档齿轮15之间布置有呈孔板形式的紧合元件14。孔板14具有贯通孔28，固定在同步环8上的锁止栓10穿过该贯通孔28伸入倒档齿轮4的孔13内。

图2示出依据本发明的换档***第二实施方式在摘出倒档时的概要图。因为第二实施方式具有与图1所示的第一实施方式类似的结构，所以图1和图2中相同的构件和特征使用相同的附图标号。

图2中的第二实施方式相比于图1中的第一实施方式的主要区别在于，相对摩擦面16不是布置在前进档齿轮15上，而是布置在单独的环23上，该环23在离合主体6与前进档齿轮15之间抗相对转动地布置在变速器轴2上。环23为此在其外周上具有用作相对摩擦面16的锥形面。布置在同步环8上的摩擦面9如在上述第一实施方式中那样与相对摩擦面16共同作用。

图2示出摘出倒档状态下的换档***。因此，倒档齿轮4处于距相邻的前进档齿轮15最远的而且在其内直径的区域内靠在滚动轴承21上的位置上。倒档齿轮4的第一离合啮合部5不与离合主体6上的第二离合啮合部7相嵌接。因此，在这种状态下，倒档齿轮4与变速器轴2之间不存在传递转矩的连接。

在摘出倒档的状态下，仅锁止栓10的带动销11仍伸入倒档齿轮4内的孔13中。因为带动销11的直径小于孔13，所以与锁止栓10和带动销11一件式地实施的同步环10由预紧的紧合元件14在周向上相对于倒档齿轮4转过一定的角度量值。在这种状态下，换档***1处于锁止位置上。

图3示出与图2相同的实施方式，但处在挂入倒档的情况下。在此，倒档齿轮4通过换档拨叉20被完全向左推移，从而倒档齿轮4在其内直径上靠在离合主体6上。第一离合啮合部5和第二离合啮合部7嵌入彼此之中，并且在倒档齿轮4与变速器轴2之间存在传递转矩的连接。锁止栓10同样以其大直径伸入倒档齿轮4内的孔13中。换档***1在这种状态下处于换通位置内。

图4和图5分别以锁止栓10的概要图和紧合元件14与倒档齿轮4之间的形状锁合连接的概要图示出在挂入和摘出倒档时，倒档齿轮4、锁止件10和紧合元件14的配属与定位情况。

图4示出在锁止位置上摘出倒档时的两个概要图。倒档齿轮4处于其被完全向右推移的位置上。由此，与同步环8刚性连接的锁止栓10以如下程度被从倒档齿轮4内的孔13中拉出，即，仅锁止栓10的自由端部上的带动销11伸入孔13内。因为带动销11具有比孔13更小的直径，所以同步环8连同锁止栓10和带动销11被在周向上预紧的紧合元件14相对于倒档齿轮4以如下程度扭转，即，带动销11靠在孔13的内部面上。紧合元件14内锁止栓10所穿过的贯通孔28以相对于倒档齿轮4内的孔13偏移一定的角度量值的方式来布置。倒档齿轮4向同步环8方向的轴向推移在该锁止位置上受到彼此相对置的锁止面12和27阻止。

图4的下部示出如下的可行方案类型，即，紧合元件14如何相对于倒档齿轮4产生预紧力。为此，倒档齿轮4在其朝向同步环8和紧合元件14的侧面上具有凹处24。在紧合元件14上成型有带动连接板26，带动连接板26伸入凹处24内，并且与布置于凹处24内的螺旋压缩弹簧25共同作用。为此，螺旋压缩弹簧25在其一端部上抵着凹处24的侧面得到支撑，并且以其另一端部压向紧合元件14的带动连接板26。通过使用不同弹簧特性曲线的螺旋压缩弹簧25，可以有针对性地影响预紧力的程度。在构造凹处24以及选择螺旋压缩弹簧24时必须注意的是：紧合元件14与倒档齿轮4之间可行的扭转角至少允许在锁止位置与换通位置之间进行扭转。

图5示出与图4相同的概要图，但是在换通位置上挂入倒档的情况下。倒档齿轮4处于其被完全向左推移的位置上。由此，与同步环8刚性连接的锁止栓10以如下程度推移到倒档齿轮4的孔13内，即，锁止栓10在其大直径的区域内靠在孔13的内部面上。紧合元件14内的贯通孔28与倒档齿轮4内的孔13大致叠合而置。

下面借助换档过程介绍依据本发明的换档***的功能。

在挂入倒档之前，换档***及其构件处于图2所示的锁止位置。离合啮合部5和7不相互嵌接，这是因为在变速器轴2上可轴向推移的倒档齿轮4处于其被向右推移的位置上。由此，锁止栓10以如下程度被从倒档齿轮4内所配属的孔13中拉出，即，仅各带动销11仍伸入孔13内。通过紧合元件14上的预紧，该紧合元件14使同步环8连同锁止栓10以如下程度相对于倒档齿轮4扭转，即，带动销11在内部紧贴在孔13的周边上，并且锁止面12与锁止面17相对置。

为挂入倒档，倒档齿轮4通过换档拨叉20在轴向上在变速器轴2上向左推移。在此，锁止面12和27在很短的第一推移行程后彼此相遇。在轴向上的换档操作力通过锁止面传递到同步环8上，并且摩擦面9因此被压向与变速器轴2抗相对转动地连接的相对摩擦面16。摩擦面9与相对摩擦面16之间的摩擦力在这里负责：对变速器轴2与倒档齿轮4之间存在的转速差加以补偿。摩擦力在同步过程期间与弹簧25的紧合力一起作为周向上的锁止力以如下方式起作用，即，同步环8相对于倒档齿轮4保持在锁止位置上。只有当变速器轴2的转速和倒档齿轮4的转速至少近似相同大小的情况下，摩擦力进而还有锁止力在周向上能被感觉到地下降，并且可以通过换档操作力克服锁止力。为此，倒档齿轮4继续向左推移，从而锥形锁止面12和锁止面17彼此滑开，其中，紧合元件14逆弹簧25的紧合力扭转。在此，倒档齿轮4相对于同步环4和变速器轴2以如下程度扭转，直至锁止栓10可以被推移到孔13内，其中，同时离合啮合部5和7相互嵌接。因此，通过倒档齿轮4和变速器轴2建立了传递转矩的连接。

在图1的实施方式中，在同步过程中，倒档齿轮4的转速和相邻设置的第一档前进档齿轮15的转速同步。因为所提到的两个齿轮4和15通过未示出的中间轴抗相对转动地、但以不同的转动方向相互连接，所以这些齿轮的共同转速始终仅可为零转速。

附图标记

1     换档***

2     变速器轴

3     中轴线

4     倒档齿轮

5     离合啮合部

6     离合主体

7     离合啮合部

8     同步环

9     摩擦面

10    锁止栓

11    带动销

12    锁止面

13    孔

14    紧合元件

15    前进档齿轮

16    相对摩擦面

17    滚动轴承

18    滚动轴承

19    槽

20    换档拨叉

21    滚子轴承

22    紧固环

23    环

24    凹处

25    螺旋压缩弹簧

26    带动连接板

27    锁止面

28    凹处

Claims (13)

1.一种齿轮变速器的倒档换档***（1），具有：能旋转地布置在变速器轴（2）上的倒档齿轮（4），所述倒档齿轮（4）具有第一离合啮合部（5），

其中，为所述倒档齿轮（4）配属有与所述变速器轴（2）抗相对转动地连接的、具有第二离合啮合部（7）的离合主体（6），其中，为挂入倒档，所述第一离合啮合部（5）和第二离合啮合部（7）相互发生嵌接，

其中，为所述倒档齿轮（4）配属有具有摩擦面（9）的同步环（8），所述摩擦面（9）在同步过程期间与相对摩擦面（16）共同作用，

其特征在于，

所述同步环（8）和所述倒档齿轮（4）能够在锁止位置与换通位置之间在周向上彼此相对扭转有限的角度量值，

至少一个紧合元件（14）布置在所述同步环（8）与所述倒档齿轮（4）之间，并且与所述同步环（8）和所述倒档齿轮（4）以如下方式作用连接，即，使所述同步环（8）相对于所述倒档齿轮（4）向所述锁止位置的方向预紧，以及

在所述锁止位置上，至少一个锁止件形状锁合地防止两个所述离合啮合部（5、7）推入彼此之中。

2.按权利要求1所述的倒档换档***，其特征在于，所述相对摩擦面（16）布置在与所述倒档齿轮（4）相邻布置的前进档齿轮（15）上。

3.按权利要求1所述的倒档换档***，其特征在于，所述相对摩擦面（16）构造在与所述变速器轴（2）抗相对转动地连接的同步元件（23）上。

4.按权利要求3所述的倒档换档***，其特征在于，所述同步元件（23）构造为具有锥形的相对摩擦面（16）的环。

5.按权利要求3所述的倒档换档***，其特征在于，所述同步元件（23）与所述离合主体（6）一件式地构成。

6.按权利要求1所述的倒档换档***，其特征在于，所述至少一个锁止件实施为多个均匀分布于所述同步环（8）的周边上的锁止栓（10）。

7.按权利要求6所述的倒档换档***，其特征在于，至少一个圆柱形的锁止栓（10）在其自由端部上具有圆柱形的带动销（11），所述带动销（11）具有小于所述锁止栓（10）的其余部分的直径并且伸入所述倒档齿轮（4）内的配属给所述带动销（11）的孔（13）内。

8.按权利要求7所述的倒档换档***，其特征在于，从所述锁止栓（10）的较大直径到所述带动销（11）的较小直径的过渡部构造为锥形锁止面（12）。

9.按权利要求6至8之一所述的倒档换档***，其特征在于，所述紧合元件（14）构造为孔板，所述孔板能扭转地布置在所述倒档齿轮（4）上，并且所述孔板具有与每个锁止栓（10）对应的贯通孔（28）。

10.按权利要求9所述的倒档换档***，其特征在于，所述孔板借助螺旋压缩弹簧或者螺旋拉伸弹簧（25）相对于所述倒档齿轮（4）预紧。

11.按权利要求1-6之一所述的倒档换档***，其特征在于，所述倒档齿轮（4）为挂入和摘出倒档而在轴向上相对于所述变速器轴（2）推移。

12.按权利要求1-6之一所述的倒档换档***，其特征在于，所述离合主体（6）、所述同步环（8）、所述紧合元件（14）和所述锁止件至少在挂入倒档的状态下布置在所述倒档齿轮（4）的外轮廓及与所述倒档齿轮相邻的前进档齿轮（15）的外轮廓内部。

13.一种齿轮变速器，其特征在于按前述权利要求之一所述的倒档换档***（1）。