CN1108362A

CN1108362A - 自增力的同步器

Info

Publication number: CN1108362A
Application number: CN94119096A
Authority: CN
Inventors: 乔治·斯科特尼奇
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1993-12-02
Filing date: 1994-12-01
Publication date: 1995-09-13
Anticipated expiration: 2014-12-01
Also published as: ES2108945T3; KR100274960B1; EP0656485A3; US5507376A; ATE158389T1; EP0656485B1; CN1059491C; GB9324756D0; EP0656485A2; DE69405692D1; KR950019314A; DE69405692T2; CA2136030C; BR9404640A; JPH07208496A

Abstract

一种摩擦环式同步器可用来使齿轮对一轴通过摩擦而同步运行并进而可靠地连接在一起。该同步器设有多个带有自增力斜面的突块，该突块可对同步转矩起作用施加到一可沿轴向滑动的滑套上形成的自增力斜面上，该滑套不能相对于轴而转动。同步作用是由圆锥离合器摩擦面和提供的，这些摩擦面是由于操作者的移动力和增添力接合的，这些力都是通过倾斜的阻挡齿面施加在圆锥离合器的摩擦面上。

Description

本发明涉及一种自增力的摩擦环式同步器。

用于多传动比的摩擦环式同步器机构业已为人熟知。这种机构包括下列组件：分别用来使一齿轮对一轴同步以及可靠地接合的成对摩擦件和成对卡爪件;随着滑套的初始咬合运动使摩擦件咬合的预增力组件;一个可旋转地固定在轴上的轮毂，其上具有外花键齿，可与滑套上的内花键齿滑动地接合，该滑套常被作为成对卡爪件中的一件;以及一个摩擦环，其上设有阻挡齿，在没有达到同步以前用来阻挡滑套的咬合运动，并用来传递滑套的移动力使摩擦件的接合力增加。

人们并且知道在多传动比技术中可用同步器机构来减少所有的或某些传动齿轮比的换档时间。还知道车辆驾驶员所需的换档力，即施加在换档杆上的力，可用自增力或同步器机构来减少之。由于车辆的尺寸和重量增加时驾驶员所需换档力一盘随之而增加，所以自增力式同步器机构对于货车，尤其是重型货车特别重要。自增力的摩擦环式同步器可参阅美国专利3，548，983号，自增力的销钉式同步器可参阅美国专利5，092，439号，这两个专利都是本文参考引用的。

本发明的一个目的是要提供一种改进的自增力的摩擦环式同步器。

本发明的要点是，有一离合器使环绕一公共轴线作相对转动的第一和第二驱动件通过摩擦两同步起来以及可靠地加以连接。该离合器具有：第一卡爪件，可随着一个沿轴向的第一移动力F₀所引起的第一卡爪件的咬合运动从一空档位置移动到与第二卡爪件咬合的位置以便可靠地连接两个驱动件。在第一卡爪件的中心孔内设有内花键，其沿轴向伸展的键腹面可滑动地连续与外花键的沿轴向伸展的键腹面咬合以便阻止内、外花键间的相对转动。外花键被固定着使它不能相对于第一驱动件转动和作轴向移动。第一摩擦件，可随着第一卡爪件的咬合运动沿轴向移动到与第二摩擦件接合，以便利用摩擦件上的阻挡齿，防止卡爪件的非同步的咬合，用来将移动力F₀传递到第一摩擦件上使成为摩擦件的接合力，而当达到同步时，则用来产生一个与同步转矩相反的转矩以便使第一和第二阻挡件脱离接合。此外还具有第一和第二自增力件，当它们在接合时能反抗同步转矩而在移动力F₀的方向上产生一个增添的轴向力F_a以便随着在一个方向上的同步转矩，增加摩擦件的接合力。第一和第二自增力件还包括通过阻挡件将增添的轴向力F_a导向第一摩擦件所需的装置。

改进的特征在于：具有在周边上设置外花键的一个轮毂。还具有一个摩擦环，其上设有第一摩擦面和众多的作为第二阻挡件的第二阻挡面。该摩擦环可沿轴向离开轮毂向第二摩擦件移动。在一滑套上设有中心孔和内花键。内花键作为第一个卡爪件，而在内花键的轴向端头上具有阻挡面作为第一阻挡件。在滑套和轮毂的内、外花键之间开有众多沿周边间隔分布并沿径向对准的孔。每一孔都由沿周边间隔分布的第一和第二端头限定其宽度。每一孔的第一端头都是由滑套的一个部分形成的并都具有一个作为第一自增力件的斜面。摩擦环上设有多个伸到上述孔内的突块，每一突块都由在周边上对向的两端限定其宽度，该宽度小于孔宽以便使第一和第二阻挡件得以进出移动、进入或脱离接合。每一突块的一端有一作为第二自增力件的斜面。

现用附图示出本发明的同步器机构，其中：

图1为一种双向作用的同步器机构在空档位置时的剖面图;

图2为图1中按2-2线沿径向向内观察的示意图，其时其中的零件处于空档位置;

图3为图2那样的示意图，其时其中的零件处于阻挡和自增力位置;

图4为作用在同步器机构滑套上的轴向力和转矩的图示。

在对附图进行详细说明之前，先介绍两个术语。术语“同步器离合机构”是指用来将一个选定速比的齿轮通过一个可靠的离合器不转动地耦合到一根轴上的离合机构，但在与可靠的离合器连结的同步摩擦离合器尚未使可靠的离合器的接合件基本上进入同步转动之前可靠的离合器不能进行所希望的接合。术语“自增力的”是指利用包括斜面或凸轮或其类似物在内的同步器离合机构，来与摩擦离合器的同步转矩成正比地增加同步离合器的接合力。

现在请看图1至3，这里展示的为一齿轮和同步器的总成10，该总成包括一根安装得可环绕中心轴线12a转动的轴12;两个沿轴向间隔设置的齿轮14，16，该齿轮以常见的方式支承在所说轴上并可相对转动但不能沿轴向移动;以及一个双向作用的同步器离合机构18。

同步器离合机构18具有下列构件：以常见方式可转动地沿轴向固定在齿轮14，16上的环形件20，22，与环形件20，22成为一体的作为齿轮摩擦件的摩擦面24，26，与环形件20，22成为一体的作为齿轮卡爪件的卡爪齿28，30，以其中心孔32a可转动地沿轴向固定在轴12上的轮毂件32，滑套34，在滑套34的中心孔内形成的内花键齿36，该齿经常与轮毂32外周上形成的外花键齿38啮合在一起，摩擦环40，42，与摩擦环40，42成为一体的阻挡齿44，46和摩擦面48，50，预增力器组件52，以及自增力组件53，55。

从图上立即可以看到，摩擦面24，48和26，50分别配合成对，形成摩擦离合器，用来在卡爪离合件咬合之前使齿轮相对于轴同步运行。圆锥离合器是比较好的型式，但其他型式的摩擦离合器也可应用。圆锥角可在一个广阔的范围内选用。这里采用的圆锥角为7.5°。摩擦面可用几种已知摩擦材料中的任一种固定在基体件上形成，例如美国专利4，700，823、4，844，218和4，778，548号所公开的热解碳摩擦材料就可应用。这些专利都是本文参考引用的。

在滑套内花键齿36的对向端头上设有倾斜阻挡面36a，36b，该阻挡面与摩擦环44，46上的配合的倾斜阻挡面44a，46a合作，用来防止卡爪离合器的非同步的咬合，用来将移动力F₀传递到圆锥离合器的摩擦面上使成为接合力由此产生一个与移动力F₀成正比的同步转矩T₀，并在达到同步时用来产生一个与同步转矩相反的转矩以便移动阻挡齿使之脱离接合，从而使作为可沿轴向移动的卡爪件的内花键齿36与齿轮卡爪件的齿28或30咬合。

花键齿36和38上沿轴向伸展的齿腹面36c，38a始终处在紧密滑动配合的状态因此在滑套34和轴12之间相对来说没有齿隙。在花键齿36和齿轮卡爪齿28，30的齿腹面的端部可设有缩后部倒角或联锁角以便防止偶然的齿的无法咬合。这一特征的细节可参阅本文所引用的美国专利4，727，968号。自增力组件53，55中每一个都有多个（在这里为三个）突块54，56，该突块与摩擦环成为一体并伸入到滑套和轮毂的内、外花键齿36，38之间的孔内。每一孔都有一个宽度，该宽度由周边上间隔分布的端头形成，该端头具有部分滑套所形成的自增力斜面36d，36e，36f，36g，而每一突块54、56的宽度是由周边上对向的端头54a、54b和56a、56b限定的，该宽度小于孔宽，以便使摩擦环的阻挡齿得以移动而与滑套阻挡面36a、36b完成或脱离接合，并当突块斜面与孔斜面接合时产生一个增添的轴向力F_a。接合后的斜面对摩擦环和轴12之间的同步转矩起作用以便将增添的轴向力F_a施加于滑套，然后该力通过已接合的阻挡齿施加在已接合的摩擦圆锥离合器上，从而增加圆锥离合器的接合力并提供增添的同步转矩T_a。斜面的角度可以改变以便为向上和向下换档及高速比和低速比提供不同量的增添的轴向力。另外，如果一个或多个齿轮在某一方向上不需增添的轴向力为较好的话，那么斜面可以做成与花键平行，即不设有效的斜面。轴向增添力的大小或数量，如后将进一步说明，也是摩擦离合器和自增力斜面两者的平均半径比率的函数。因此，对于一个用拨叉施加在滑套34上的给定的移动力所需的增添力的大小可以通过改变斜面角及/或平均半径比率来改变。

每一个预增力器组件52，正像本行业所公知的那样，都具有一个螺旋形压缩弹簧58和一个柱塞60，它们被设置在一个沿径向伸展的盲孔内并将一个滚柱或球62（这里为滚柱）抵压到滑套花键36内的一个环形止动槽36h内。预增力器组件52将滑套34弹性地定位在图1和2所示的空档位置上。滚柱62沿轴向设在与摩擦环40、42成为一体的突块54、56的对接面54c、56c之间。当要将任一个齿轮与轴耦合时，可以应用一个合适的、图上未示出的拨动机构，如同本文参考引用的美国专利4，920，815号所公开的那样，使滑套通过图上部分示出的拨叉68沿轴12的轴线移动或是向左与齿轮14耦合或是向右与齿轮16耦合。拨动机构可由操作者用手通过连杆***拨动，也可由一执行机构有选择地拨动，或用一个能够自动地起动拨动机构并能控制拨动机构施力大小的装置来操作。当拨动机构用手拨动时，移动力正比于操作者施加在拨杆上的力。不论是手动还是自动操作，都是将力沿轴向施加在滑套34上，并在图4中用箭头F₀的长度表示。

当操作者最初使滑套34向右沿轴向移动时，移动力F₀便从预增力器滚柱62通过突块对接面56c传递到摩擦环42上使可动圆锥面50与齿轮圆锥面26实行初始的摩擦接合。圆锥面的初始接合力当然与弹簧58的弹力和止动槽36h周壁的角度有关。初始的摩擦接合（假设存在着非同步的情况并且暂时不考虑自增力斜面的作用）产生一个初始的圆锥离合器的接合力和一个保证能在滑套34和摩擦环42之间进行有限相对转动的同步转矩T₀，并且因此使阻挡齿46运动到一个位置，在该处阻挡齿的适当倾斜的阻挡面可与花键齿36的适当倾斜的阻挡面接合。当这两阻挡面接合时，作用在滑套34上的全部的操作者移动力F₀通过倾斜的阻挡面36b、46b被传递到摩擦面26、50上，从而圆锥离合器就被全部的操作者移动力F₀接合并产生操作者的同步转矩T₀。该操作者的同步转矩T₀在图4中用箭头T₀表示。由于阻挡面与操作者移动力F₀的轴线方向成一斜角，它们会产生一个反方向力或松开阻挡的转矩，该转矩与圆锥离合器上的同步转矩相比，一是方向相反，二是在非同步的情况下数量较小。当基本上达到同步时，同步转矩的转矩会下降到低于松开阻挡的转矩，从而阻挡齿移动而脱离咬合，使滑套能继续进行轴向移动并使可动卡爪齿36与齿轮卡爪齿30咬合。

仍然不考虑自增力斜面的作用，由力F₀提供的圆锥离合器转矩可用下式表示：

T＝F₀R_cμ_c/Sina

其中：

R_c＝圆锥形摩擦面的平均半径，

μ_c＝圆锥形摩擦面的摩擦系数，

α＝圆锥形摩擦面的斜角。

现在来看自增力斜面的作用，特别请参阅图3，由操作者施加的轴向移动力F₀产生的同步转矩T₀当然是被倾斜的阻挡面传递到滑套34上的并经过自增力斜面作用到轴12上。自增力斜面在接合时能限制滑套相对于轴12的转动并产生轴向分力或轴向增添力F_a，该力以与移动力F₀相同的方向作用在滑套上，从而进一步增加圆锥离合器的接合力并产生增加到转矩T₀上的增添的同步转矩T_a。图2示出当滑套34处在与图1相应的空档位置时自增力斜面和步爪件齿的位置。图3示出当齿轮16由于已接合的圆锥面26、50而被同步化时斜面和卡爪件齿的位置。已接合的圆锥面在促使突块斜面56a和滑套斜面36f接合的方向内产生一个同步转矩。因此，使圆锥离合器接合的轴向力之和为F₀加F_a，而圆锥离合器产生的同步转矩之和为T₀加T_a，如图4所示。对于一个给定的操作者移动力F₀和操作者同步转矩T₀，轴向增添力的大小最好为已接合的自增力斜面的斜角的函数。该斜角最好足够大以便所产生的增添力F_a的大小足够增加同步转矩并减少同步化所需时间以适应操作者所施加的适度的移动力。但在另一方面，该斜角也希望小到足够的程度以便产生一个能控制的增添力F_a，那就是说，力F_a应能随着力F₀的增减而增减。如果该斜面角过大，那么斜面将自锁而不是自增力;在这种情况下，一旦圆锥离合器实现了初始的接合，力F_a将不管力F₀的大小而迅速并失控地增大，从而驱使圆锥离合器锁紧。自锁而不是自增力将降低换档的质量或换档的感觉，可使同步器的零件过载，可以引起圆锥离合器摩擦面的过热和快速磨损，甚至可以不让操作者的拨杆移动。

计算自增力斜面角θ用的以及与操作者施加力F₀成正比地增减所提供的增添轴向力F_a用的主要变量为圆锥离合器的斜角α，圆锥离合器的摩擦系数μ_c，圆锥离合器的平均半径R_c，自增力斜面的平均半径Rr，自增力斜面的摩擦系数μ_r，及自增力斜面的压力角φ。压力角φ可以为零。在本例中，斜面的压力角为20°。计算并控制自增力或助推力的更多细节可从本文参考引用的美国专利5，092，439号中获得。

以上公开了自增力的同步器机构的一个较优实施例。在本发明的精神范围内相信上述较优实施例还能作很多变化和改动。列举的那些权利要求意在覆盖所公开机构的创造性部分以及那些相信是在本发明的精神范围内的变化和改动。

Claims

1、一种离合器(18)用来使环绕一公共轴线(12a)作相对转动的第一和第二驱动件(12、16)通过摩擦而同步运行并进而可靠地连接起来；该离合器具有：

第一卡爪件(36)，可随着一个沿轴向的第一移动力(F₀)所引起的第一卡爪件(36)的咬合运动从一空档位置移动到第二卡爪件(30)咬合的位置以便可靠地连接两个驱动件，在第一卡爪件(36)的中心孔内设有内花键(36)，其沿轴向伸展的键腹面(36c)可滑动地连续与外花键(38)的沿轴向伸展的键腹面(38a)啮合以便防止内、外花键齿间的相对转动，该外花键(38)被固定使它不能相对于第一驱动件(12)而转动和作轴向移动；

第一摩擦面(50)，可随着第一卡爪件(36)的咬合运动沿轴向移动到与第二摩擦面(26)接合，以便产生一个同步转矩；

第一和第二阻挡件(36b、46a)具有倾斜面可随着第一卡爪件(36)的咬合运动而可移动地进行接合，以便防止卡爪件的非同步的咬合，用来将移动力(F₀)传递到第一摩擦面(50)上使成为摩擦面的接合力，而当达到同步时，则用来产生一个与同步转矩相反的转矩以便移动第一和第二阻挡件(36b、46a)使之脱离接合；

第一和第二自增力件(36f、56a)，当它们在接合时能对同步转矩起作用而在移动力(F₀)的方向上产生一个增添的轴向力(F_a)以便随着在一个方向上的同步转矩，增加摩擦面(50、26)的接合力第一和第二自增力件还包括通过阻挡件(36b、46a)将增添的轴向力(F_a)向第一摩擦面(50)所需的装置；其特征在于：

在其周边上设置外花键(38)的一个轮毂；

设有第一摩擦面(50)和众多的作为第二阻挡件(46a)的第二阻挡面(46a)的一个摩擦环(42)，该摩擦环可沿轴向离开轮毂向第二摩擦件移动；

在由滑套(34)上设有中心孔和内花键(36)，该内花键(36)作为第一卡爪件(36)，而在内花键轴向端头的阻挡面(36b)作为第一阻挡件(36b)；

在滑套(34)和轮毂(32)的内、外花键之间开有众多沿周边间隔分布并沿径向对准的孔，每一孔都由沿周边间隔分布的第一和第二端头(36f、36g)限定其宽度，并且至少每一孔的第一端头(36f)都是由滑套的一个部分形成的并都具有一个作为第一自增力件的斜面(36f)；

在设有众多伸到上述孔内的突块(56)，每一突块(56)都由在周边上对向的两端(56a、56b)限定其宽度，该宽度小于孔宽以便使第一和第二阻挡件(36b、46a)得以移动而进行或脱离接合，并且每一突块的一端有一作为第二自增力件的斜面(56a)。

2、根据权利要求1的离合器，其特征在于：

该离合器还具有一个第三驱动件（14），可相对于第一和第二驱动件（12，16）环绕公共轴线（12a）转动，并在轴向上与第二驱动件（16）隔开一段距离;

作为第三卡爪件（36）的滑套（34）内花键（36）可沿轴向从空档位置移动到与第四卡爪件（28）咬合的位置以便随着一个沿轴向但与第一移动力（F₀）反向的第二移动力（F₀）所引起的滑套（34）的咬合运动将第一和第三驱动件可靠地连接在一起;

在其上设有第三摩擦面（48），可与固定在第三驱动件上的第四摩擦面（24）接合，还设有多个第四阻挡面（44a），可与内花键（36）沿轴向在第一阻挡面（36b）对向的端头上形成的第三阻挡面（36a）接合，以便防止第三和第四卡爪件（36、38）的非同步接合，用来将第二移动力（F₀）传递到第三摩擦面（48）上使成为它与第四摩擦面（24）的接合力，而在达到同步时用来产生一个与同步转矩相反的转矩以便使第三和第四阻挡面（36a、44a）脱离接合;

设有众多伸入到孔内的第二突块（54），并在轴向上与第一突块（56）隔开一段距离，每一第二突块（54）都由在周边上对向的端头（54a、54b）限定其宽度，该宽度小于孔宽以便使第三和第四阻挡面（36a、44a）得以移动而进行或脱离接合，每一第二突块都有一个倾斜的自增力面（54a），可沿圆周移动到滑套（30）的一部分形成的倾斜的自增力面（36d）上。

3、按照权利要求1的离合器，其特征在于：

每一孔的第二端（36g）都是由滑套（34）的一部分形成的，并都具有一个倾斜的自增力面（36g），该面可沿圆周与第一突块（56）的第二端（56b）上形成的倾斜的自增力面（56b）接合，以便随着作用在另一相反方向的同步转矩，增加第一和第二摩擦面（50、26）间的接合力。