同步器 本发明涉及一种用于传动装置的同步器。
众所周知，同步器可以在多速比传动装置中用来帮助实现全部或部分传动比的换档。人们还知道，通过使用自增力式或助推式同步器可以减少为完成一次换档所需要的换档力和/或换档时间。由于所需要的驾驶员换档力通常随着机动车尺寸而增加。因此自增力式同步器在重型卡车的传动装置和/或在更需要减少换档时间和/或减少换档力的场合的传动装置中特别有用。与本文所述的同步器相关的现有技术的同步器实例可以参看美国专利5078245，5092439和德国专利说明书1098824，这些专利的内容通过引用结合在本文中。
本发明的目的在于提供一种具有自增力装置和用来限制自增力大小的改进装置的同步器。
根据本发明，提供了一种经选择地操动可使安装成可围绕一个第二传动装置的轴线转动的第一传动装置与该第二传动装置摩擦地同步并且刚性连接地同步器。该同步器包括一个固定有该第一传动装置上的第一牙嵌式离合器件，该牙嵌式离合器件可以与一个随着轴向换档力(Fo)的作用而产生其啮合移动的一个沿轴向可移动的第二牙嵌式离合器件相啮合。该第二牙嵌式离合器件安装成相对于该第二传动装置不能转动和可轴向移动。一个固定成可与该第一传动装置一起转动的第一摩擦件和一个可沿轴向移动到与该第一摩擦件进入摩擦啮合以便随着该啮合移动而在该传动装置之间提供一个同步转矩的第二摩擦件。阻塞装置随着该第二牙嵌式离合器件的啮合移动而可移动地进入啮合，用来防止牙嵌式离合器件的非同步啮合并且把换档力(Fo)传递到啮合的摩擦件上。第一自增力装置固定成不能相对于第二传动装置运动。第二自增力装置可随着传递于其上的转矩而与第一自增力装置相啮合。该自增力装置当啮合时能有效地产生一个在换档力(Fo)方向上的附加力(Fa)，从而可增加该摩擦装置的啮合力。
该改进包括力限制装置，该装置用来把附加力(Fa)限制在一个预定的转矩值上并且包括弹性装置和止动装置。该弹性装置可弹性地传递在阻塞装置与第二自增力装置之间的转矩。随着该转矩而产生的弹性装置的弹性将引起阻塞装置与第二自增力装置之间的相对转动。该止动装置当随着该预定的转矩值和该相对转动啮合时，将以与弹性装置平行驱动的方式使该阻塞装置与该第二传动装置相连接，从而将由自增力装置所对抗的转矩限制在该预定的转矩值上。
现在通过结合附图说明本发明的实施例来说明本发明，其中
图1是一个处于空档位置并且沿图2中的1-1线截取的双动式同步器的剖视图；
图2是沿图1中的2-2线截取的图1的同步器的剖视图；
图3是沿图2中的3-3线截取的部分同步器的剖视图；
图4和5是在图2和3中的放大的自增力零件图；以及
图6是作用在该同步器的一个换档凸缘上的轴向力和转矩的图解表示。
附图通过省略其中一些零件的背景线而简化了。
在本文中使用的术语“同步器”表示一个离合器机构，该机构用来不可转动地把一个选定的变速齿轮借助于一个刚性离合器连接到一根轴或一个传动装置上，其中在该刚性离合器的零件通过一个与其相联系的同步摩擦离合器基本上达到同步转动以前，该刚性离合器的试图啮合将受到阻止。术语“自增力”或“助推力”表示一个同步离合器机构，该机构包括斜面或凸轮或其他同类东西用来增加与摩擦离合器的同步转矩成比例的该同步摩擦离合器的啮合力。
现在参看附图，图中详细示出了一个齿轮和同步器装置10，该装置包括一个安装成可围绕中心轴线12a转动的传动装置或轴12，沿轴向彼此间隔一定距离的齿轮14，16，以及一个双动式同步器18。
轴12包括通过轴承19将齿轮可转动地支承其上的圆柱形表面12b，12c以及一个其外圆周直径大于该圆柱面直径的环形件20。该环形件具有一个通过沿轴向反向面对的台肩20a，20b隔开齿轮的轴向长度，该些台肩限制了齿轮彼此相对地轴向移动。齿轮彼此离开的轴向移动可以用几种已知方式中的任何一种来限制。该环形件可以是一个固定在轴上的环，或者如本文中这样把它和轴制成一个整体。
同步器18包括固定在齿轮14，16上的摩擦环22，24和牙嵌离合器件26，28，具有内花键齿30a，31a的沿轴向可移动的牙嵌离合器件30，31，该内花键齿可以连续地与在环形件20的外圆周上形成的外花键齿20c滑动地配合，一个沿径向延伸的具有沿轴向反向面对的侧面32a，32b的换档凸缘32，该两个侧面夹在牙嵌离合器件30，31的沿轴向面对的侧面之间，一个自增力环34，通过3个沿圆周彼此间隔一定距离的销40而刚性地固定在一起的沿轴向可移动的环形摩擦环36，38，该销从每个摩擦环沿轴向伸出资助穿过在凸缘中的孔32c，以及在图1中以释开状态不出的3个初增力组件42。
摩擦环包括锥形摩擦表面22a，36a和24a，38a该些表面在牙嵌离合器件啮合以前进行摩擦啮合以使齿轮与轴同步。这些摩擦表面36a，38a和/或22a，24a可以由固定在基底件上的几种已知摩擦材料中的任何一种所形成，在本文中优先使用在美国专利4700823；4844218；和4778548中所公开的热解碳摩擦材料。这些专利的内容通过引用结合在本文中。
每个销40包括其直径略小于凸缘孔32c的直径的大直径部分40a，一个在摩擦环36，38之间(在其中部)隔开的减小的直径或凹槽部分40b，从销轴线沿径向向外延伸并且沿轴向相对于一个垂直于该销轴线的平面彼此成某个角度离开的锥形的阻塞台肩或表面40c。该凹槽部分当配置在其相应的凸缘孔内时，允许该刚性摩擦环和销组件相对于凸缘作有限的转动，从而实现了销阻塞台肩与围绕凸缘孔32c形成的倒角的阻塞台肩32b的啮合。该销可以以几种已知方式中的任何一种刚性地固定在摩擦环36，38上。
初增力组件42可以是几种形式中的任何一种，本文中用的拼合销形式，它们在现有专利(例如美国专利5339936)中有更完整的图示和说明。每个初增力组件沿轴向在摩擦环36，38之间延伸并且穿过换档凸缘内的孔32e中的一个。孔32e在孔32c之间交替地隔开。此处只要说明每个初增力组件包括两个具有端部44a的套管44和至少两个夹在套管之间并且偏压该套管离开的片簧46(图2中只示出一个)就可以了。每对套管当压实在一起时，形成的大直径小于其相关孔32e的直径，并且每对形成了一个具有倒角的端面44c的凹槽44b。大家都知道，随着凸缘32的初始啮合移动，端部44a将作用在摩擦环36，38，而倒角44c将作用在围绕凸缘内的孔32e的倒角32f上，从而实现了摩擦离合器的初始啮合移动和用来使销40相对于凸缘32转动和使阻塞台肩定位在啮合位置的初始转矩。
如前所述，牙嵌离合器件30，31包括可滑动地与固定在轴上的件20的外花键齿20c相配合的内花键30a，31a。该外花键具有平行于轴的轴线延伸的侧面20d，该侧面与牙嵌离合器件花键侧面相配合阻止了它们之间的相对转动。牙嵌离合器件30，31还包括3个沿轴线延伸和沿径向向外敞开的凹座30b，31b，每个凹座中配置有一个孔32g。该止动器通过沿径向向内伸出的端部48a阻止了牙嵌离合器件30，31相对于凸缘的轴向移动，并且通过与孔32g形成的沿圆周彼此隔开一定距离的止动装置32h相接触，限制了凸缘相对于牙嵌离合器件30，31和轴的转动。止动器48相对于牙嵌离合器件30，31的沿径向向外移动被摩擦环36，38的沿径向的内表面36b，38b所阻止。
自增力件34包括1个径向外圆周34d，3个在外花键20c之间沿径向向内延伸的自增力斜面组件34a，以及3个限定凸轮斜面34b，34c的凸轮凹槽，该凸轮斜面是3个止动或附加力限制组件50的一部分。每个组件50包括一个把一个随动件或滚子54沿径向向内偏压到相关的凸轮凹槽中去的弹簧52。该些弹簧配置在凸缘内沿径向延伸的狭槽32j中并且由牙嵌离合器件30，31沿轴向被夹持。该止动组件(50)沿转动方向使凸缘32和自增力件34相连接，其用途下面将说明。
如图2-5中所示，可以对外花键齿20c作出改进以便形成一个或多个自增力斜面，该斜面与件34的每个斜面组件34a所限定的相同数目的斜面相配合。每个斜面组件和其上的斜面在花键齿20c之间的沿轴向延伸的空隙之间沿径向向内延伸。该斜面允许自增力件34相对于凸缘32和牙嵌式离合器件30，31作有限的转动并且反作用于在锥形离合器与轴之间的同步转矩，从而提供了一个附加的轴向自增力Fa，用来增加由驾驶员作用在凸缘32上的换档力Fo通过阻塞台肩啮合的锥形离合器的啮合力，因此增加了由该锥形离合器产生的同步转矩。如同在加速和减速换档时所碰到的情况，斜面可以设置用来增加一个或两个齿轮的同步力和/或用来随着任何一个方向上的转矩而增加同步力。更准确地说，花键齿20c的多对沿轴向面对的侧面120d具有被切去的部分以便形成自增力斜面或助力表面21a、21b、21c、21d。自增力倾斜表面或助推力表面21a，21b分别作用在斜面组件45的自增力倾斜表面或助推力表面45a、45b上，从而提供了附加的轴向力以便随着任何一个方向上的转矩而增加或加速齿轮14的同步速度。倾斜表面21c，21d分别作用在倾斜表面45c，45d上，从而可随着任何一个方向上的同步转矩而产生对齿轮16的附加轴向力。此外，如果对一个齿轮或几个齿轮在一个方向上不希望有附加轴向力，倾斜表面就可以平行于花健，即可以不设置有效的倾斜表面。如下文所进一步说明的那样，附加轴向力Fa的大小或数值受到止动或力限制组件50的限制。
当凸缘32处于图1至4的空档位置时，销40的直径缩小部分40b沿径向与其相关的凸缘孔32c相对中，锥形离合器的摩擦表面之间稍微间隔一点距离并且通过由于初增力弹簧46使初增力倒角表面44c作用在凸缘的初增力倒角表面32f上来保持这种间隔关系。当希望把两个齿轮中的任何一个与轴相连接时，一种适当的未示出的换档机构(例如在美国专利4920815中公开的机构，该专利内容通过引用结合在本文中)以已知的方式连接在凸缘32的外圆周上，以便沿轴12的轴线使凸缘沿轴向或者向左接合齿轮14或者向右接合齿轮16。该换档机构可以有选择地由驾驶员通过一个连杆装置进行人工移动，或者由一个致动器可选择地移动，或者可以由一个能够自动地启动换档机构移动并且还可以控制由该换档机构作用的力的大小的装置来移动，。当换档机构由人工进行移动时，该力与通过驾驶员作用在换档杆上的力成正比。不管是人工地还是自动地作用，该力都是沿轴向作用在凸缘32上，并且都用图6中的箭头Fo的长度来表示。
由驾驶员的换档力Fo造成的凸缘32的初始的向右的轴向移动通过初增力倒角表面44c传递给摩擦环38，从而实现了锥面38a与锥面24a的初始的摩擦啮合。该锥面的初始的啮合力当然是初增力弹簧46的力和初增力倒角表面的角度的函数。初始的摩擦啮合(假如存在非同步条件并且暂时忽略自增力倾斜表面的作用)产生了一个初始的锥形离合器啮合力和在凸缘32与啮合的摩擦环之间保证有限的相对转动的同步转矩，并且因而可使直径减少的销部分40b向凸缘孔32c的适当的侧边移动，从而形成了销阻塞台肩40c与凸缘阻塞台肩32d的啮合。在阻塞台肩啮合时，在凸缘32上的全部驾驶员换档力Fo就通过阻塞台肩传递给摩擦环38，因此锥形离合器就在驾驶员换档力Fo的全部力作用下啮合，从而提供了一个合成的驾驶员同步转矩To。在图6中的箭头To用来表示该驾驶员同步转矩To。由于阻塞台肩被设置成相对于驾驶员换档力Fo的轴向形成角度，它们将产生一个反力或脱阻塞转矩，该脱阻塞转矩与来自锥形离合器的同步转矩相反但在非同步状态期间具有较小数值。当基本上达到同步时，该同步转矩就下降到该脱阻塞转矩以下，因而该阻塞台肩就把销推动到与孔32c成同心关系，从而可使凸缘继续轴向移动并且使牙嵌式离合器件28的外牙齿与牙嵌式离合器件31的内牙齿31a相啮合，由此完成了至齿轮16的换档。凸缘32移向左边以实现齿轮14和轴12的同步和刚性连接的情况与上述情况相类似，当牙嵌式离合器件30的内牙齿30a与牙嵌式离合器件26的外牙齿相配合时，该换档即告完成。该花键/牙齿可以构形成如美国专利3265171和4246993中所示的结构，该专利内容通过引用结合在本文中。
仍然忽略自增力倾斜表面的作用，由力Fo产生的锥形离合器转矩可以用方程式(1)表示。
To＝Fo Rc μc/Sinα (1)
式中：
Rc是锥形摩擦表面的平均半径，
μc是锥形摩擦表面的摩擦系数，以及
α是锥形摩擦表面的角度。
现在来考察自增力凸轮的作用，由于驾驶员作用的轴向换档力Fo而产生的同步转矩To自然通过销40传递到凸缘32上并且横过力限制或止动组件50对轴12起反抗作用。自增力斜面当啮合时将产生作用在凸缘上的与换档力Fo同样方向的轴向附加力Fa。该轴向附加力Fa将通过一条力传递路线经过阻塞表面作用在啮合的摩擦表面上，该路线包括自增力件34，牙嵌离合器30或31，以及凸缘32。力Fo和Fa平行地作用于换档凸缘32上并且其和形成一个总力Ft，由此进一步增加了锥形离合器的啮合力从而提供了一个附加同步转矩Ta，该转矩加上转矩To就形成了总转矩Tt。用于啮合锥形离合器的轴向力之和是Fo加上Fa，由该锥形离合器产生的同步转矩之和是To加上Ta，如图6中图解所示出的那样。当转矩Tt超过止动组件50的止动转矩设定值时，滚子50将沿凸轮凹槽的凸轮斜面34b，34c上升，并且允许凸缘相对于自增力件34和牙嵌离合器30，31转动到直到止动器48沿一个方向与止动装置32h相接触为止，由此提供了一个至轴12的第二或旁路转矩的路线，以用来将横过自增力斜面作用的最大同步转矩限制到由止动组件的力限制设定值所确定的预定值上。每对凸轮斜面34b，34c可以具有彼此相对的相同的斜角，由此可以对换高速档和换低速档提供相同的最大附加轴向力Fa，或埏如本文中所示出的，每对斜面中的一个斜面具有比另一个斜面更大的斜角，以便在某个换档方向具有更大的最大附加轴向力。
用来计算自增力倾斜角θ的主要变量和方程式可以参见上述的美国专利5092439。
为了说明本发明的主题，本文已经公开了一种销型同步器的实施例。下面的权利要求书用来覆盖本发明已公开主题的发明部分以及认为属于本发明的精神之内的各种变化和改进。