CN102549290A - 变速箱的同步单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种变速箱(10)的同步单元(12)，具有：同步体(14)，其抗扭地安置在传动轴上；换挡套筒(18)，其相对于同步体(14)抗扭地但能够在轴向上移动地设置；同步环(22)，用于将同步体(14)与变速箱(10)的变速齿轮(24)通过摩擦连接而耦接；以及预同步单元(26)，其接合在换挡套筒(18)上并且在换挡套筒(18)相对移动时以轴向换挡力(F)朝向要耦接的变速齿轮(24)作用于同步环(22)，其中在同步环(22)的轴向伸展部(28)上构建有靠置面(30，32)，其能够与在同步体(14)和/或预同步单元(26)上的相应的对应面(34，36)协作，其中靠置面(30，32)至少分区段地倾斜，使得在周向(16)上作用于靠置面(30，32)的力(FR)以轴向力分量(F伺服)朝向要耦接的变速齿轮(24)作用于同步环(22)。

Description

变速箱的同步单元
技术领域
本发明涉及变速箱的同步单元，其具有：同步体，其抗扭地安置在传动轴上；换挡套筒，其相对于同步体抗扭地但轴向上可移动地设置；用于将同步体与变速箱的变速齿轮通过摩擦连接耦合的同步环；以及预同步单元，其接合在换挡套筒上并且在换挡套筒轴向移动时将轴向换挡力施加于要耦接的变速齿轮上，其中在同步环的轴向伸展部上构建有靠置面，其可以与同步体上和/或预同步单元上的相应的对应面共同作用。
背景技术
这种同步单元在现有技术中已普遍已知，并且尤其是使用在机动车的变速箱中。这样，这类的DE 102007010307B3在数个实施形式中示出了滑动离合器装置，其中在同步环上构建有轴向伸展部，其用作从动件并且可以与同步体和/或预同步单元(更确切地说是预同步单元的同步环节)协作。
此外，在现有技术中已存在具有所谓伺服同步环的变速箱，以便使同步过程容易。在此情况下，利用来自可相互转动的齿轮的转矩的能量，以便增强通过换挡机构的换挡杆施加到同步单元上的换挡力。
例如，DE 102006044353B3公开了一种伺服同步器，其中预同步单元容纳在同步体的凹进部中并且构建为可轴向活动的可枢转地支承的压力件。该压力件和同步体分别具有同步伺服斜面，其在变速箱的换挡过程中协作并且引起换挡力增强。所描述的实施形式在此限于闭锁式同步变速箱，其中在传动器同步的同步环上以闭锁齿轮形式构建闭锁元件。在制造技术上，在同步体上的同步伺服斜面的构型以及预同步单元的可枢转的支承需要极大的开销。此外，在具有带有闭锁元件(例如闭锁块或闭锁齿轮)的预同步单元的闭锁式同步变速箱中，不希望对预同步单元进行可枢转支承，因为这会妨碍变速箱的功能。
发明内容
本发明的任务是实现在变速箱-同步单元中的换挡力的增强，其很大程度上与变速箱的闭锁结构无关。
该任务通过开头所述类型的同步单元来解决，其中轴向同步环伸展部的靠置面至少分区段地倾斜，使得在周向上作用于靠置面上的力对同步环朝向要耦接的变速齿轮施加以轴向力分量。在制造技术上可以以最小开销来实现在同步环上的靠置面的构造并且在很大程度上能够实现变速箱的闭锁结构的自由选择。
优选地，靠置面分别在如下平面中延伸：从径向平面出来相对于在径向平面中的径向走向的旋转轴线转动角度α的平面。由于斜面如此取向，所以从摩擦力矩的过量部分生成轴向取向的换挡力，其增强了施加于预同步单元上的换挡力。在此，用作伺服力的力分量的大小取决于角度α的选择。
在同步单元的一个实施形式中，同步体在其外周上具有凹进部，在该凹进部中容纳有预同步单元。
预同步单元在该实施形式中可以在周向上可有限活动地容纳在凹进部中。此外，该预同步单元相对于预同步单元的径向轴线抗扭地保持在凹进部中。通过将预同步单元抗扭地而在周向上在闭锁位置与释放位置之间运动地支承，变速箱的闭锁元件例如闭锁块或闭锁齿轮也可以特别有利地构建为预同步单元的一部分。
优选地，同步环的轴向伸展部延伸到同步体的凹进部中。
预同步单元可以在周向上设置在同步环的两个轴向伸展部之间或者容纳轴向伸展部。由此，预同步单元可以在周向上以简单的方式和方法与同步环耦接。
特别优选地，预同步单元在周向上基本上无间隙地设置在同步环的这两个轴向伸展部之间或无间隙地容纳轴向伸展部。在周向上无间隙地在此意味着：在切线方向上没有可能相对运动(仅仅)，但并不排除由切线分量和轴向分量组合的相对运动。
在另一实施形式中，预同步单元是闭锁楔同步组件，其具有同步块和可运动地容纳于其中的闭锁块。除了预同步之外，预同步单元在此情况下也承担闭锁功能，其防止在同步体与变速齿轮之间转速同步之前换挡套筒的轴向移动。
在一个实施形式中，同步块可以在周向上基本上无间隙地设置在同步环的两个轴向伸展部之间。
同步块优选具有对应面，其朝着同步环的倾斜靠置面。伺服功能在此情况下通过同步块与同步环之间的移动来实现，其中移动方向由切线分量与轴向分量合成。
特别优选地，同步块的对应面基本上平行于同步环的邻接的倾斜靠置面地延伸。彼此邻接的部件因此形成平面接触，由此将材料应力和伴随于此的磨损保持在很小。
在一个特别优选的实施变形方案中，同步环的倾斜靠置面朝着轴向伸展部的自由端部过渡到止挡面中，其基本上在轴向上延伸并且优选形成径向平面的区段。在变速箱的未换挡的中性位置中，该靠置面防止伺服功能，该伺服功能还在中性位置中会引起不期望的拖曳转矩。
在同步单元的另一实施形式中，预同步单元包括压力件，其中压力件具有闭锁齿轮，该闭锁齿轮可以释放或闭锁换挡套筒相对于压力件的轴向运动。由于在此情况下闭锁齿轮落在同步环上，所以在此以简单的方式和方法将有利的伺服功能与特别的成本低廉的同步环结构组合。
优选地，压力件在该实施形式中具有朝着同步环的倾斜的对应面。
附图说明
本发明的其他特征和优点可从以下的参照附图对优选实施形式的描述中得到。在附图中示出：
图1：根据本发明的具有构建为闭锁楔同步组件的预同步单元的同步单元的透视性细节部分；
图2：在径向视图中根据第一实施变形方案的图1中的同步单元的示意性详图；
图3：在径向视图中根据第一实施变形方案的图1中的同步单元的示意性详图；
图4：在径向视图中处于闭锁位置中的根据第三实施变形方案的图1中的同步单元的示意性详图；
图5：在径向视图中处于中性位置中的根据第三实施变形方案的图1中的同步单元的示意性详图；
图6：在截面图中根据本发明的同步单元的透视性详细节部分，其具有预同步单元，该预同步单元具有闭锁齿轮；
图7：在径向视图中根据第一实施变形方案的图6中的同步单元的示意性详图；
图8：根据本发明的同步单元的示意性横截详面，该同步单元具有预同步单元，该预同步单元包括闭锁体；
图9：根据图8的同步单元的透视性细节部分；以及
图10：根据图9的具有切线剖切的预同步单元的细节部分。
具体实施方式
图1示出了在同步单元12的区域中的变速箱10的细节部分。同步单元12包括：同步体14，其抗扭地落于传动轴上并且在周向16上绕着旋转轴线(未示出的)转动；与同步体14抗扭地相连的换挡套筒18，其相对于同步体14在轴向方向20上可活动地设置；用于将同步体14与变速箱10的变速齿轮24通过摩擦连接而耦接的同步环22；以及预同步单元26，其接合在换挡套筒18上并且在换挡套筒18轴向移动时对同步环22朝向要耦接的变速齿轮24施加以轴向换挡力F(图2)。
从同步环22环绕的通常为锥形的环形横截面出发，同步环22具有轴向伸展部28，在该轴向伸展部上构建有靠置面30、32，其中靠置面30，32可以与在同步体14或预同步单元26上的相应的对应面34和/或36协作。
根据图1中的实施例，预同步单元26构建为带有同步块38和在周向上可运动地容纳的闭锁块40的闭锁楔同步组件。
具有这种闭锁楔同步组件的变速箱的一般工作原理已经在DE 102007010307B3中详细地予以描述，并且参照换挡过程以下仅在主要特征方面予以阐述。
从根据图1的变速箱10的未换挡的中性位置出发，例如通过变速叉(未示出的)将轴向换挡力F(参见图2)施加到换挡套筒18上，使得换挡套筒18在朝着未详细示出的变速齿轮24的方向上被施加。
弹簧元件44在闭锁块40之下坐落于同步块38的凹进部中并且将闭锁块40径向向外压。弹簧元件可以支撑在同步体14上或优选支撑在同步块38上。由于闭锁块40通过弹簧元件44被径向向外压向换挡套筒18并且基本上形状配合地啮合到换挡套筒18的凹进部中，所以在施加换挡力F时闭锁块40被轴向地朝向同步块38作用，同步块轴向地朝向同步环22作用并且同步环22又以锥形构建的摩擦面朝向变速齿轮24的摩擦面作用。
在同步体14与变速齿轮24之间有转速差时，由于在同步环22与变速齿轮24之间的摩擦连接而在同步环22与同步体44之间出现相对转动。
由于同步块38在周向16上通常无间隙地保持在同步环22的两个轴向上，即在周向上间隔的伸展部28之间，并且闭锁块40啮合到换挡套筒18中而在周向16上无间隙地与同步体14耦接，由此引起在同步环38与闭锁块40之间的相对运动。相对运动通过在同步块38和闭锁块40上的协作的楔形面46来限制，其中相互作用的楔形面46首先防止闭锁块40在径向上向内的运动而且由此也防止换挡套筒18朝着接合齿轮42轴向运动。径向向内的力分量通过在闭锁块40上的轴向倾斜面47和在换挡套筒18上的相应的倾斜对应面49来产生。
直到在楔形面46之间的挤压力由于在同步体14与变速齿轮24之间的转速同步而下降时，换挡力F才足以使闭锁块40径向向内运动并且换挡套筒18轴向经过闭锁块40移动到变速齿轮24的接合齿轮42上。于是，同步体14和变速齿轮24通过换挡套筒18在周向16上形状配合地并且基本上间隙地连接。
同步体14在其外周上具有凹进部50，在该凹进部中容纳有预同步单元26。通常，设置有多个尤其是三个预同步单元26，其均匀地分布到同步体14的环周上。相应地，构建多个凹进部50用于分别容纳在同步体14的外周上的预同步单元26。
预同步单元26在周向16上可有限活动地容纳在凹进部50中并且还相对于预同步单元26的径向轴线抗扭地保持。根据实施形式，例如，通过抗扭地将换挡套筒18与闭锁块40耦接以及其仅仅在周向16上可运动的容纳在同步块38中，和/或通过将同步块38抗扭地固定在同步环22的两个轴向伸展部28之间，来形成抗扭的支承。
同步环22的轴向伸展部28延伸到凹进部50中，其中优选每两个伸展部延伸到一个凹进部50中并且预同步单元26在周向16上设置在同步环22的两个轴向伸展部28之间。
在径向方向52上从外向内看，图2示出了在根据第一实施变形方案的预同步单元26的区域中的同步单元12的示意性详图。在此变得清楚的是，轴向伸展部28的靠置面30倾斜为使得在周向16上作用于靠置面30上的力FR以轴向力分量F伺服朝向要耦接的变速齿轮24作用于同步环22。
靠置面30在此分别在平面E中延伸，该平面从径向平面E径向相对于在径向平面E径向中径向走向的旋转轴线Arot转动角度α。该角度α在20°到70°的量级，优选在大约30°左右。力FR在此是摩擦力，其由过量力矩得到。过量力矩又形成为在摩擦力矩MR与转动力矩MV之间的差。摩擦力矩MR由在同步环22与变速齿轮24之间的摩擦连接中得到，而相反的转矩MV施加在周向16上影响换挡力F。在实践中总是将几何关系以及摩擦系数选择为使得适用于：MR/MV＞1。该商也称作闭锁安全性，其中仅在闭锁安全性大于1时保证令人满意的同步。
根据图2，预同步单元26(更确切地是预同步单元26的同步块38)在周向16上基本上无间隙地设置在同步环22的两个轴向伸展部28之间。
根据图2的第一实施形式的优点在于，同步体14具有朝着同步环22的倾斜靠置面30的对应面34，使得反作用力朝着力分量F伺服引导到同步体14中而并未引导到预同步单元26中。轴向反作用力可以经由同步体14毫无问题地通过变速器齿轮来吸收。
类似图2，而根据第二实施变形方案，在径向方向52上从外向内看，图3示出了在预同步单元26的区域中的同步单元12的示意性详图。关于变速箱10的一般构造和工作方式，参照图1和图2的上述描述。为了避免重复，以下仅仅就与根据图2的第一实施变形方案的不同之处进行介绍。
在根据图3的同步单元12中，并未在同步环22与同步体14之间产生轴向力F伺服，而是在同步环22与预同步单元26之间产生轴向力F伺服。为此，预同步单元26(更确切地是预同步单元26的同步块38)具有倾斜的对应面36，其朝着同步环22的相应倾斜靠置面32。
该构造上的不同是由原理“作用力＝反作用力”导致，反作用力朝着力分量F伺服直接引导到预同步单元26中，更确切地说引导到预同步单元26的同步块38中。该反作用力逆着换挡力F来作用并且引起同步块38又朝其轴向中性位置移动。为了避免这点，换挡套筒18必须在引导换挡力F之后被“阻塞”，例如通过所谓的变速辊筒。在此，预同步单元26相对于同步体14轴向对准中心的位置称作轴向中性位置。
在根据图3的第二实施形式中，预同步单元26也在周向16上基本上无间隙地设置在同步环22的两个轴向伸展部28之间，因为仅在同时轴向相对移动时在周向16上会发生相对转动。
而可替选地，同步块38在周向16上也可以有间隙地容纳在轴向伸展部28之间。相应改变的同步环22的轮廓在图3中以虚线表示并且设置有附图标记54。
类似图3，而根据第三实施变形方案，在径向方向52上从外向内看，图4示出了在预同步单元26的区域中的同步单元12的示意性详图。为了避免重复，在这方面参考图1至3的描述，并且从根据图3的第二实施变形方案出发仅就不同的特征进行介绍。
与图3不同，根据图4的同步环22的倾斜的靠置面32朝着轴向伸展部28的自由端部56过渡到止挡面58，该止挡面基本上在轴向方向20上延伸。
在图4中示出了变速箱10的闭锁位置，其中同步块8由于相对于闭锁状态的换挡力F而轴向地朝着同步环22偏转。在闭锁状态中，根据图4的同步单元12的运行与根据图3的同步单元12的特性绝对相同。
根据图5的变速箱10的未换挡的中性位置，可清楚地获得第三实施变形方案的优点。由于没有换挡力F作用到同步块38上，所以同步块38位于其轴向中性位置中。在该位置中，同步环22可以在周向16上相对于同步块38有限地转动。在此情况下通过轴向伸展部28以及同步块38协作的基本上在轴向方向20上延伸的止挡面58来限制相对转动。因此，在止动时没有轴向力分量F伺服生成，这使得同步环22轴向朝向变速齿轮24的摩擦面并且在此尤其在变速齿轮24和同步环22之间产生不期望的摩擦力矩，其也称作拖曳转矩。
图6类似图1示出了在同步单元12的区域中的变速器10的详图，其中预同步单元26在该实施例中不是闭锁的楔同步组件。预同步单元26在此包括压力件60，其中压力件60具有闭锁齿轮，闭锁齿轮可以使换挡套筒18相对于压力件60的轴向运动释放或闭锁。
所示的同步单元12的工作原理在其主要特征方面类似于根据Borg-Warner的已知***。然而，闭锁齿轮62与Borg-Warner***不同在于并不模制在同步环22上而是模制在压力件60上，这带来了制造技术上的优点。与Borg-Warner***的另一不同之处在于，压力件60在周向16上与同步环22耦接并且可以相对于同步体14在闭锁位置与释放位置之间有限地运动。
图7示出了根据第一实施变形方案的图6中的同步单元12的示意性详图。根据图7的第一实施变形方案基本上对应于根据图2的第一实施变形方案。唯一的不同之处在于，图2中的预同步单元26是带有同步块38和闭锁块40的闭锁楔同步组件，而根据图7的预同步单元26具有带有闭锁齿轮62的压力件60而非同步块38并且具有力传递元件64而非闭锁块40。力传递元件64在此通常是径向消除啮合的钢丸，其在压力件60翻转时在闭锁位置与释放位置之间在换挡套筒18的环绕槽66中运动。
根据图2的第一实施变形方案因此可以简单地传递到改变的闭锁***上，其方式是同步单元26的同步块38通过压力件60来替代而预同步单元26的闭锁块40通过力传递元件64来替代。这在图7中示出。
当在同步体14与变速齿轮24之间有转速差时，在通过换挡套筒18和元件64施加轴向换挡力F之后，压力件60在周向16上运动到止挡位置中，在该止挡位置中闭锁齿轮62防止换挡套筒18朝着变速齿轮24的轴向移动。
直到同步体14和变速齿轮24的转速基本上相等时，压力件60才可以通过换挡力F穿过周向16上的齿轮62(参见图7)运动到释放位置中，其中换挡力通过轴向方向上楔形走向的齿部。在释放位置中，换挡套筒18可以通过闭锁齿轮62和径向压缩的元件64移动到变速齿轮24的接合齿轮42上。
如在根据图2的实施形式中，同步环22具有径向的伸展部28，其在周向上优选无间隙地容纳压力件。倾斜靠置面30和对应面34也设置用于力辅助。就此而言，适用针对图2的所述内容。
以类似的方式和方法，根据图3至图5的其余实施变形方案可以转换到根据图6的改变的预同步单元26。
图8至图10示出了在根据另一实施例的同步单元12的区域中的变速箱10的部分，其中同步单元12在根据图8的横截面详图中处于闭锁位置中。预同步单元26在该实施例中包括闭锁体68，其根据图1至图5在功能上对应于具有固定集成的闭锁块40的同步块38。
在图9中示出了在同步单元12的透视细节剖面图中的两个同步环22以及构建为闭锁体68的预同步单元26。正如前面的实施例中那样，同步环22和预同步单元26在周向16上无间隙地耦合。然而闭锁体68为此具有窗口部70，同步环22的各个伸展部28啮合到该窗口部70中。因此，对于每个预同步单元26在同步环22上构建有仅一个轴向伸展部28。
在该实施例中，通常也使用多个预同步单元26或闭锁体68，其设置在同步体14的凹进部50中。在周向16上看，每个轴向伸展部28在前端部和后端部上具有倾斜靠置面32，其与相应倾斜的在闭锁体68上的对应面36协作(参见图10)。对应面36在此构建在窗口部70的内部中，更确切地说使得对应面36彼此朝向并且窗口部70朝着闭锁体68的中部变窄。
每个闭锁体68设置在具有两个闭锁面72的径向内侧上，所述闭锁面在周向16上看前后地设置。与闭锁面对置有支承面74，其构建在同步体14的凹进部50的边缘上，在该凹进部中容纳有闭锁体68。
当换挡套筒18从其中部的中性位置出发通过轴向换挡力F在一个方向上操作时，则由于外部啮合到换挡套筒18中而同步体68轴向同步。由此，相应的同步环22被压到变速齿轮24的相关的摩擦面上。由于转速差，同步环22同步，这由于轴向伸展部28啮合到闭锁体68的窗口部70中而导致闭锁体68在周向上同步直至其闭锁面碰到同步体14的凹进部50中的相应的支承面74(参见图8)。由此，产生径向向外挤压闭锁体68的力。该力阻止换挡套筒18提前接通。同时，同步环22的伸展部28的靠置面32碰到闭锁体68的窗口部70的边缘上的相应的对应面36。由此，相应的同步环22在径向方向20上被压向变速齿轮24的摩擦面。
在图10中在窗口部70的区域中正切地剖切闭锁体68，使得可以清楚地看到同步环22的倾斜靠置面32与闭锁体68的相应的对应面36的相互作用。通过这些面32、36的相互作用，在变速箱10同步时，类似上面所描述的实施变形方案所阐述的有利的轴向伺服力F伺服，用以增强换挡力F。

Claims (14)

1.一种变速箱(10)的同步单元，具有：
同步体(14)，其抗扭地安置在传动轴上，
换挡套筒(18)，其相对于同步体(14)抗扭地但能够在轴向上移动地设置，
同步环(22)，用于将同步体(14)与变速箱(10)的变速齿轮(24)通过摩擦连接而耦接，以及
预同步单元(26)，其接合在换挡套筒(18)上并且在换挡套筒(18)相对移动时以轴向换挡力(F)朝向要耦接的变速齿轮(24)作用于同步环(22)，
其中在同步环(22)的轴向伸展部(28)上构建有靠置面(30，32)，其能够与在同步体(14)和/或预同步单元(26)上的相应的对应面(34，36)协作，
其特征在于，靠置面(30，32)至少分区段地倾斜，使得沿周向(16)作用于靠置面(30，32)的力(FR)以轴向力分量(F伺服)朝向要耦接的变速齿轮(24)作用于同步环(22)。
2.根据权利要求1所述的同步单元，其特征在于，靠置面(30，32)分别在如下平面中延伸：从径向平面(E径向)出发相对于在径向平面(E径向)中的径向走向的旋转轴线(Arot)转动角度(α)的平面。
3.根据权利要求1或2所述的同步单元，其特征在于，同步体(14)在外周上具有凹进部(50)，在该凹进部中容纳有预同步单元(26)。
4.根据权利要求3所述的同步单元，其特征在于，预同步单元(26)沿周向(16)有限活动地容纳在凹进部(50)中。
5.根据权利要求3或4所述的同步单元，其特征在于，同步环(22)的轴向伸展部(28)延伸到凹进部(50)中。
6.根据上述权利要求之一所述的同步单元，其特征在于，预同步单元(26)沿周向(16)设置在同步环(22)的两个轴线伸展部(28)之间或容纳轴向伸展部(28)。
7.根据上述权利要求之一所述的同步单元，其特征在于，预同步单元(26)沿周向(16)基本上无间隙地设置在同步环(22)的两个轴向的伸展部(28)之间或无间隙地容纳轴向伸展部(28)。
8.根据上述权利要求之一所述的同步单元，其特征在于，预同步单元(26)是具有同步块(38)和闭锁块(40)的闭锁楔同步组件。
9.根据权利要求8所述的同步单元，其特征在于，同步块(38)沿周向(16)基本无间隙地设置在同步环(22)的两个轴线伸展部(28)之间。
10.根据权利要求8或9所述的同步单元，其特征在于，同步块(38)具有朝着同步环(22)的倾斜靠置面(32)的对应面(36)。
11.根据上述权利要求之一所述的同步单元，其特征在于，所述对应面(34，36)基本上平行于相邻的倾斜靠置面(30，32)延伸。
12.根据上述权利要求之一所述的同步单元，其特征在于，同步环(22)的倾斜靠置面(30，32)朝着轴向伸展部(28)的自由端部(56)过度到止挡面(58)，该止挡面(58)基本上在轴向(20)上延伸并且优选形成径向平面的区段。
13.根据权利要求1至7之一所述的同步单元，其特征在于，预同步单元(26)包括压力件(60)，其中压力件(60)具有闭锁齿轮(62)，所述闭锁齿轮(62)能够释放或闭锁换挡套筒(18)相对于压力件(60)的轴向运动，并且其中同步环(22)无闭锁齿轮地构建。
14.根据权利要求13所述的同步单元，其特征在于，压力件(60)具有朝着同步环(22)的倾斜靠置面(32)的对应面(36)。
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