СИНХРОНИЗАТОР КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ ИНЕРЦИОННОГО ТИПА
SYNCHROMESH OF INERTIA TYPE

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к синхронизаторам коробок передач.
Известны конструкции инерционного синхронизатора коробки передач с фиксирующим и блокирующим элементами, который содержит зубчатый венец муфты синхронизатора, находящийся снаружи по отношению к коническим фрикционным поверхностям. Функцию блокировки выполняет блокирующее кольцо, имеющее конические фрикционные поверхности и зубчатый венец с запиловкой зубьев. Блокирующие кольца имеют возможность осевого перемещения относительно муфты и взаимодействуют с ней зубчатыми венцами. Фиксирующим элементом является шариковый либо конический фиксатор, соответственно представляющий собой подпружиненный шарик либо стержень с конической поверхностью, имеющий возможность поступательного перемещения в радиальном направлении (см. П.П.Лукин, Г.А.Гаспарянц, В.Ф.Родионов. Конструирование и расчет автомобиля. М.: Машиностроение, 1984 г., с.116, рис.58, 59).
Известное устройство имеет ряд недостатков, среди которых большой осевой размер синхронизатора, соответственно большой ход муфты синхронизатора за одно включение передачи, сложность изготовления и обработки зубчатых венцов блокирующих колец с запиловкой зубьев.
Известен также принятый в качестве прототипа синхронизатор с нажимным блоком для синхронизирующего устройства, который содержит скользящую муфту, данной конструкции фиксация муфты в среднем (нейтральном) положении осуществляется за счет упругости нажимного блока. Для блокировки требуется взаимодействие нажимного блока с кольцами, имеющими конические фрикционные поверхности и зубчатые венцы (см. патент ЕР №1724483 А1, МПК F16D 23/06; опубл. 15.04.06).
Недостатком известного устройства является большой осевой размер синхронизатора за счет венцов блокирующих колец и, соответственно, большой ход муфты. Имеет место трудоемкость изготовления колец с зубчатыми венцами, а также их металлоемкость, что актуально в связи с использованием для изготовления дорогих металлов (латунь, бронза и другие).
Технической задачей, решаемой изобретением, является упрощение конструкции, уменьшение габаритов синхронизатора в осевом направлении, а также сокращение хода муфты.
Поставленная техническая задача решается тем, что в синхронизаторе коробки передач инерционного типа, содержащем пару связанных с валом зубчатых колес, установленных с возможностью свободного вращения и жестко связанных с соответствующим зубчатым венцом, каждый из которых имеет конические фрикционные поверхности, контактирующие с фрикционными поверхностями соответствующих выравнивающих колец, центральный блок, включающий ступицу, жестко связанную с валом, муфту, установленную с возможностью поступательного перемещения по зубчатому венцу ступицы в осевом направлении, и устройство блокировки и фиксации положения муфты относительно ступицы, согласно изобретению устройство блокировки и фиксации выполнено в виде размещенных в ряде вырезов ступицы пары элементов, состоящих из взаимодействующих между собой блокирующего пальца и подпружиненной относительно муфты скобы, при этом в нейтральном положении скоба размещена в наружной поперечной проточке, образованной двумя коническими и одной цилиндрической поверхностями и выполненной в центральной части пальца, ось которого параллельна оси вала, причем у каждого из пальцев со стороны торцов предусмотрены отверстия для запрессовки в них цилиндрических выступов выравнивающих колец.
Указанная техническая задача решается благодаря тому, что блокирующее устройство не требует наличия блокирующих венцов, присутствующих в прототипе. Это позволяет упростить конструкцию и уменьшить потребное для зацепления пространство, в результате этого обеспечивается минимальный ход муфты. Кроме этого, конструкция синхронизатора становится более простой, за счет более простой конфигурации выравнивающих колец с коническими фрикционными поверхностями. И наконец, устройство блокировки и фиксации, выполненное в виде пары элементов - блокирующего пальца и подпружиненной относительно муфты скобы, имеет значительно меньшие размеры по сравнению с тем же устройством в прототипе, что в еще большей степени позволяет снизить габариты устройства в целом.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен осевой разрез синхронизатора (в нейтральном положении муфты); на фиг.2 показан осевой разрез синхронизатора (при крайнем положении муфты); на фиг.3 - выносной элемент I на фиг.1 (в нейтральном положении муфты); на фиг.4 представлен вид Б на фиг.1 (в нейтральном положении муфты); на фиг.5 показан вид Б на фиг.1 (в состоянии блокировки); на фиг.6 - вид Г на фиг.2 (в состоянии перемещения муфты); на фиг.7 представлен разрез А-А на фиг.1 (в нейтральном положении муфты); на фиг.8 показан разрез В-В на фиг.2 (при крайнем положении муфты); на фиг.9 - разрез Д-Д на фиг.5 (в состоянии блокировки).
Синхронизатор содержит вал 1 и связанную с ним пару зубчатых колес 2 и 3, имеющих возможность свободного вращения относительно вала 1, а также ступицу 4 синхронизатора, жестко связанную с валом 1 (см. фиг.1 и 2). Ступица 4 синхронизатора имеет наружный зубчатый венец 5 шлицевого соединения, который прерывается равномерно распределенными по окружности несколькими вырезами 6 (в данной конструкции - их три). Муфта 7 синхронизатора сопрягается со ступицей 4 посредством зубчатых венцов 5 и 8 и имеет возможность поступательного перемещения по зубчатому венцу 5 ступицы 4 в осевом направлении. Зубчатые колеса 2 и 3 жестко связаны с соответствующим зубчатым венцом 9 и 10. В специальные вырезы (на чертеже не обозначены) в муфте 7 помещены втулки 11 и пружины 12 кручения таким образом, чтобы оси втулок 11 были параллельны оси муфты 7 и совпадали с осями соответствующих отверстий 13, выполненных в зубчатом венце 8 муфты 7 (см. фиг.3). В этих отверстиях 13 размещены штифты 14, которые фиксируют втулки 11 и пружины 12 относительно муфты 7, при этом позволяя пружине 12 деформироваться. В соответствующие отверстия 15 муфты 7 устанавливаются скобы 16 таким образом, что каждая скоба 16 парой своих цилиндрических концевых участков 17 с параллельными друг другу осями сопрягается с парой ответных отверстий 15 в муфте 7, оси которых параллельны оси вращения муфты 7. Данное сопряжение позволяет скобе 16 совершать только поступательное движение относительно муфты 7 в радиальном направлении (см. фиг.7). Скоба 16 имеет в каждом из двух цилиндрических концевых участков 17 отверстия 18, в которые устанавливаются концевые участки 19 пружины 12 кручения, организуя упругую связь муфты 7 и скобы 16. Ступица 4 и муфта 7 включены в состав центрального блока (на чертеже не обозначен), в который также входит устройство блокировки и фиксации (на чертеже не обозначено) положения муфты 7 относительно ступицы 4. Устройство блокировки и фиксации выполнено в виде размещенных в ряде вырезов 6 ступицы 4 пары элементов, состоящих из взаимодействующих между собой блокирующего пальца 20, ось которого параллельна оси вала 1, и подпружиненной относительно муфты 7 скобы 16. Последняя в нейтральном положении размещена в наружной поперечной проточке (на чертеже не обозначена) блокирующего пальца 20, выполненной в его центральной части на цилиндрической поверхности 21 и образованной также его одной цилиндрической поверхностью 22 уменьшенного диаметра и двумя коническими поверхностями 23. Скоба 16 имеет плоские боковые поверхности 24, плоские центральные поверхности 25, конические поверхности 26, а также цилиндрические поверхности 27, которые попеременно сопрягаются с цилиндрическими поверхностями 21 и 22 блокирующего пальца 20, а также с его коническими поверхностями 23. В состав устройства входят также выравнивающие кольца 28. При этом каждый из зубчатых венцов 9 и 10 имеет соответствующие конические фрикционные поверхности 29 и 30, контактирующие с фрикционными поверхностями 31 выравнивающих колец 28 (см. фиг.1 и 2). У каждого из блокирующих пальцев 20 со стороны торцов предусмотрены отверстия 32 для запрессовки в них цилиндрических выступов 33 выравнивающих колец 28 (см. фиг.8 и 9).
Устройство работает следующим образом.
В нейтральном положении муфты 7 (см. фиг.1, 4) за счет упругого поджатия пружиной 12 скобы 16 к муфте 7 в радиальном направлении (от центра) плоские центральные поверхности 25 скобы 16, сопрягаясь с коническими поверхностями 23 блокирующего пальца 20, не позволяют ему перемещаться относительно муфты 7, таким образом кольца 28 с коническими фрикционными поверхностями 31 зафиксированы в нейтральном положении, при котором между их коническими фрикционными поверхностями 31 и ответными поверхностями 29 и 30 в зубчатых венцах 9 и 10 обеспечены зазоры.
При перемещении муфты 7 из нейтрального положения усилие, прилагаемое на муфту 7 в осевом направлении, будет передаваться через скобу 16 и блокирующий палец 20 на выравнивающие кольца 28, и пока зазор между коническими фрикционными поверхностями 31 выравнивающего кольца 28 и ответными фрикционными коническими поверхностями 30 зубчатого венца 10 не выберется, ничего не будет препятствовать осевому перемещению муфты 7 и элементам, движущимся вместе с ней. Как только этот зазор выберется, то есть произойдет касание фрикционных поверхностей 31 и 30, силы трения, возникающие на этих поверхностях вследствие неравенства угловых скоростей вращения вала 1 (ступицы 4, муфты 7) и зубчатого колеса 3 (зубчатого венца 10), провернут выравнивающее кольцо 28 со скрепленными с ним блокирующими пальцами 20 относительно муфты 7 в сторону относительного вращения венца 10 относительно муфты 7 (см. фиг.5, 9). Блокирующие пальцы 20 коническими поверхностями 23 будут взаимодействовать с боковыми плоскими поверхностями 24 скоб 16, препятствуя дальнейшему осевому перемещению муфты 7. На данном этапе осуществляется блокировка: воздействующее на муфту 7 усилие в осевом направлении будет передаваться через скобы 16 и блокирующие пальцы 20 на выравнивающее кольцо 28, усиливая контакт между коническими фрикционными поверхностями 31 выравнивающего кольца 28 и ответными фрикционными коническими поверхностями 30 зубчатого венца 10 до тех пор, пока за счет работы сил трения в этом контакте угловые скорости вращения синхронизируемых деталей (вала 1 и зубчатого колеса 3) не станут равными. Как только это произойдет, дальнейшее осевое усилие на муфте 7 будет передано через скобу 16 на контакт плоской боковой поверхности 24 скобы 16 и ее конической поверхности 26 с конической поверхностью 23 блокирующего пальца 20 (см. фиг.9). В силу их расположения появится окружная составляющая силы, которая взаимным поворотом зубчатого венца 10 (вместе с прижатым к нему кольцом 28 и блокирующими пальцами 20) и вала 1 (вместе со ступицей 4, муфтой 7) перемещает их так, что коническая поверхность 23 блокирующего пальца 20 освобождается от взаимодействия с боковой плоской поверхностью 24 скобы 16, и после преодоления сил упругости пружин 12 ничего не будет препятствовать дальнейшему перемещению муфты 7 в осевом направлении (см. фиг.6). Так как угловые скорости выровнены, введение в зацепление внутреннего венца 8 муфты 7 и наружного венца 10 произойдет без ударов и перегрузок (см. фиг.2 и 8), чему также способствует запиловка зубьев.
Расположение зубчатого венца 5 ступицы 4 снаружи от фрикционных конических поверхностей 31 обеспечивает больший диаметр шлицевого эвольвентного соединения ступицы 4 с муфтой 7 (соответственно, венцы 5 и 8), что положительно сказывается на его прочностных свойствах, передача окружных усилий с зубчатых венцов 9 и 10 на муфту 7 и с муфты 7 на ступицу 4 осуществляется с помощью одного подвижного шлицевого соединения ступицы 4 с муфтой 7.
Выключение передачи осуществляется в следующем порядке: когда осевое усилие, прикладываемое на муфту 7 в обратном направлении, превысит усилие сопротивления перемещению муфты 7 за счет запиловки зубьев, муфта 7 начнет двигаться в осевом направлении беспрепятственно. Когда она приблизится к нейтральному положению, действующий до этого момента контакт сменится контактом плоских центральных поверхностей 25 скобы 16 с конической поверхностью 23 блокирующего пальца 20. Этим контактом усилие деформированной пружины 12, стремящееся переместить скобу 16 в радиальном направлении от оси вращения, будет трансформироваться в осевое усилие, перемещающее муфту 7 в нейтральное положение и удерживающее ее в нем.
Использование скобы 16 и в качестве фиксатора, и в качестве блокирующего элемента позволило значительно упростить конструкцию выравнивающих колец 28 с коническими фрикционными поверхностями 31: нет необходимости организовывать на них блокирующие зубчатые венцы, что обеспечивает ряд преимуществ. Отсутствие блокирующих венцов освобождает то осевое пространство, которое они требовали, включая безопасный зазор по обе стороны от венца, который необходимо было обеспечивать. В результате сокращаются осевой габарит конструкции и ход муфты 7, увеличиваются размеры для рабочих поверхностей соединений. Упрощенная конструкция выравнивающих колец 28 с коническими фрикционными поверхностями 31 позволяет значительно сократить трудоемкость их производства, так как нет необходимости обрабатывать венец и наносить запиловку зубьев, и как следствие - достичь сокращения затрат на их производство, связанного со снижением расхода металла для производства одной детали, что особенно актуально ввиду высокой стоимости металла, а именно латуни и бронзы.
Таким образом, изобретение позволяет упростить конструкцию синхронизатора и уменьшить его габариты в осевом направлении, а также сократить ход муфты.