ПРИВОДНОЕ УСТРОЙСТВО КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ С ЗАЩЕЛКИВАЮЩИМСЯ ИНЕРЦИОННЫМ БАЛАНСИРОМ
GEARBOX DRIVE WITH LOCKING INERTIA BALANCE

Изобретение относится к приводным устройствам для коробок передач, в частности для механических коробок передач, и, в частности, к инерционным устройствам фильтрации, встроенным в механизм переключения передач этих коробок передач.
Одним из недостатков, иногда отмечаемых в механических коробках передач, является то, что привод вызывает ощущение «зацепления» во время переключения передач.
Это ощущение связано с тем, что водитель действует на внутренние механизмы коробки передач через рычаг переключения передач и ощущает в ответ через этот рычаг передач некоторые усилия, ускорения и удары внутренних деталей коробки, которые происходят во время переключения передачи.
Приводы переключения передачи через трос еще больше усиливают это явление по сравнению с приводами переключения через жесткую тягу. Некоторые ощущаемые «удары» связаны, например, с промежуточной фазой между синхронизацией скользящего зубчатого колеса и шестерни и кулачковым соединением этого скользящего колеса и шестерни.
Можно ограничить амплитуду ощущаемых поворотных ударов за счет увеличения инерции оси, которая приводит в действие вилку, перемещающую скользящие зубчатые колеса.
Для этого можно расположить дополнительный груз, в случае необходимости, вынесенный на плечо рычага, неподвижно соединенного с приводной осью. Такой балансир, связанный с приводной осью, которая, в свою очередь, подвешена на возвратных пружинах, может привести к получению системы, способной входить в резонанс во время вибраций транспортного средства, создавать шум и неприятные ощущения вибрации на уровне рычага переключения передач.
Чтобы избежать этих собственных колебательных мод системы и в то же время получать эффект сглаживания пиков усилия при помощи меньшего дополнительного груза, в документе DE 19546547 предложено увеличить инерцию поворота приводной оси не за счет присоединения балансира с плечом рычага непосредственно к этой приводной оси, а за счет передачи на эту приводную ось дополнительной инерции поворота через тягу, которая, в свою очередь, связана с маятниковым балансиром, неподвижная точка поворота которого соединена с опорным подшипником, в котором установлена приводная ось.
Это устройство придает приводной оси дополнительную инерцию при помощи меньшего груза за счет эффекта уменьшения числа различных рычагов, соединенных тягой, что позволяет уменьшить массу транспортного средства.
Маятниковый балансир закреплен на опорном подшипнике, который, в свою очередь, крепят на картере коробки.
Однако из соображений занимаемого места иногда его соединяют с опорным подшипником, когда последний уже соединен с картером. Это соединение происходит в условиях ограниченной доступности для механика, который не может видеть зону, с которой он соединяет балансир.
Поскольку этот балансир крепят при помощи винта, проходящего через отверстие в балансире, и через отверстие в опорном подшипнике, его соединение затруднено, так как необходимо расположить против друг друга оба отверстия, позиционировать винт, позиционировать инструмент для завинчивания, причем все это вслепую и в ограниченном пространстве.
Задача изобретения состоит в создании устройства привода переключения передач с использованием принципа маятникового балансира, вынесенного относительно приводной оси, являющегося более простым в сборке, чем существующие устройства, и также более простым в разборке в случае операций на транспортном средстве при послепродажном обслуживании.
Для этого устройство привода переключения передач коробки передач, в частности механической коробки передач, содержит опорный подшипник, в котором может перемещаться скольжением и поворачиваться приводная ось, селекционный рычаг, выполненный с возможностью перемещения оси скольжением относительно опорного подшипника, переходной рычаг, выполненный с возможностью поворота оси вокруг ее геометрической оси, и инерционный балансир, шарнирно соединенный с возможностью поворота относительно поворотной связи, принадлежащей к опорному подшипнику и расположенной по существу параллельно приводной оси. Балансир соединен с переходным рычагом через тягу. Поворотная связь содержит штифт балансира, установленный в отверстии опорного подшипника, или содержит штифт опорного подшипника, установленный в отверстии балансира, причем балансир удерживается в осевом направлении относительно оси поворотной связи по меньшей мере одним упруго деформирующимся удерживающим выступом, выполненным на опорном подшипнике. Под штифтом балансира/ соответственно штифтом опорного подшипника следует понимать штифт, неподвижно соединенный в поступательном движении и во вращении с балансиром/ соответственно опорным подшипником. Под упруго деформирующимся выступом следует понимать утолщение материала, которое может убираться за счет либо собственной упругой деформации, либо упругой деформации участка материала, на котором он выполнен, таким образом, чтобы балансир мог зайти в свое гнездо или вокруг своей поворотной оси или выйти из гнезда. Предпочтительно балансир удерживается в осевом направлении опорной стороной опорного подшипника в первом направлении и одним или несколькими удерживающими выступами в противоположном направлении. Согласно предпочтительному варианту выполнения используют только один удерживающий выступ. Предпочтительно балансир представляет собой металлическую деталь, и штифт выполнен моноблочно с балансиром.
Предпочтительно удерживающий выступ находится в продолжении язычка материала, по существу параллельного приводной оси. Под язычком следует понимать элемент типа пластинки, которая может быть частью опорного подшипника, выполненной моноблочно с этом подшипником, или присоединяемым элементом из соответствующего материала. Язычок имеет соответствующую форму, чтобы обеспечивать умеренную жесткость и значительный ход отклонения перпендикулярно к пластинке для облегчения ручного защелкивания балансира посредством его осевого перемещения и чтобы обеспечивать достаточную жесткость и умеренную деформацию при усилиях, прикладываемых по существу параллельно язычку, для удержания балансира в отверстии опорного подшипника после защелкивания балансира в рабочем положении.
Согласно предпочтительному варианту осуществления опорный подшипник содержит участок основания, который расположен по существу перпендикулярно к приводной оси и через который проходит приводная ось, а также участок селекционного кронштейна, выполненный с возможностью установки в нем поворотной оси, перпендикулярной к приводной оси, и язычок опорного подшипника выполнен на или соединен с одной стороной участка селекционного кронштейна.
Согласно предпочтительному варианту осуществления участок селекционного кронштейна содержит по существу плоскую сторону защелкивания, в которой вырезаны две параллельные щели, образующие язычок выступа между двумя щелями.
В этом варианте осуществления сторона защелкивания может быть стороной, через которую проходит отверстие для установки поворотной оси селекционного рычага.
В этом варианте осуществления зона соединения язычка с участком селекционного кронштейна предпочтительно находится со стороны, противоположной участку основания, на котором балансир опирается на выступ после соединения. При этом язычок подвергается напряжению сжатия, когда балансир стремится выйти из своего направляющего отверстия.
Предпочтительно язычок содержит на своем конце удерживающий выступ в виде внутреннего двухгранного угла, при этом первая сторона двухгранного угла находится напротив плоского радиального участка балансира, перпендикулярного к приводной оси, а вторая сторона двухгранного угла находится напротив осевого участка цилиндрической поверхности балансира с центром на оси поворотной связи балансира. Эта конфигурация позволяет ограничить амплитуду углового отклонения язычка, когда на него действует балансир, стремящийся выйти из своего гнезда.
Согласно другому возможному варианту осуществления опорный подшипник содержит участок основания, который расположен по существу перпендикулярно к приводной оси и через который проходит приводная ось, и язычок образован утолщением участка основания или деталью по меньшей мере частично проходящей через участок основания, причем это утолщение выполнено с возможностью удержания балансира наподобие удерживающего крючка. Когда балансир стремится выйти из отверстия, на язычок действует напряжение растяжения.
Согласно предпочтительному варианту осуществления опорный подшипник и язычок выполнены моноблочно посредством литья под давлением из синтетического материала, предпочтительно из термопластического полимерного материала.
Предпочтительно балансир является металлической деталью, штифт интегрирован в балансир, опорный подшипник является деталью, выполненной посредством литья под давлением из синтетического полимерного материала, и зона отверстия опорного подшипника является кольцом из другого материала, интегрированным посредством дополнительного литья материала подшипника на кольце. Поскольку материал кольца предпочтительно является техническим полимером с высокой стойкостью к истиранию, условия литья под давлением этого кольца можно лучше оптимизировать, если его сначала отливают отдельно от опорного подшипника. Материал кольца может быть тоже металлом или материалом с преобладающим содержанием металла, например фрикционным кольцом с металлической арматурой и с одним или несколькими слоями внутреннего покрытия, ограничивающего трение и/или обладающего высокой износоустойчивостью.
Тяга, соединяющая балансир и переходной рычаг, может быть тоже выполнена из пластического материала и содержать на своих концах два деформирующихся гнезда, выполненных с возможностью посадки на крепежную шаровую цапфу переходного рычага и на крепежную шаровую цапфу балансира.
Оставаясь в рамках изобретения, устройство может содержать несколько упругих язычков и несколько удерживающих выступов.
Другие задачи, отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве неограничивающего примера, со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг.1 показано устройство привода переключения передач в соответствии с изобретением;
на фиг.2 показана деталь приводного устройства, изображенного на фиг.1;
на фиг.3 показана деталь, изображенная на фиг.2, во время механического воздействия на устройство.
Показанное на фиг.1 устройство 1 привода переключения передач содержит приводную ось 2, на которой установлен приводной палец 8, выполненный с возможностью воздействия на скользящие зубчатые колеса (не показаны) коробки передач. Приводное устройство 1 содержит также опорный подшипник 6, переходный рычаг 4, селекционный рычаг 3 и маятниковый балансир 7.
Приводная ось 2 выполнена с возможностью перемещения скольжением в опорном подшипнике 6, при этом часть оси 2, находящаяся над опорным подшипником 6 и снаружи коробки, защищена гофрированным чехлом 15. Переходный рычаг 4 соединен во вращении с приводной осью 2 и расположен поперечно к этой приводной оси 2. На каждом из своих концов переходный рычаг 4 оснащен шаровыми цапфами 5, позволяющими закрепить приводной трос или штангу, которые могут, таким образом, сообщать поворотное движение приводной оси 2.
Приводной трос или штангу (не показаны) можно закрепить на одной или другой из шаровых цапф 5 на одном или другом конце рычага 4 в зависимости от модели коробки передач, в которой установлено приводное устройство 1.
Опорный подшипник 6 содержит участок 16 основания, через который проходит отверстие, в котором установлена приводная ось 2, а также содержит участок 18 селекционного кронштейна, по существу перпендикулярный к участку 16 основания. Участок 18 селекционного кронштейна содержит фланцы 18а и 18b, в которых установлена ось 17, вокруг которой может поворачиваться селекционный рычаг 3, конец 34 которого вставлен в паз приводной оси 2 таким образом, что поворот селекционного рычага 3 вокруг его оси 17 приводит к осевому перемещению приводной оси 2.
Другое плечо селекционного рычага 3 оснащено приводной шаровой цапфой 5, позволяющей поворачивать селекционный рычаг вокруг оси 17 либо при помощи троса, либо при помощи штанги (не показаны).
Маятниковый балансир 7 содержит груз 9, расположенный на конце поддерживающего плеча 11. Конец, противоположный грузу поддерживающего плеча 11, соединен поворотной связью 10 с участком 16 основания опорного подшипника 6. Поворотная связь 10 имеет ось, по существу параллельную геометрической оси приводной оси 2.
На поддерживающем плече 11 между поворотной связью 10 и грузом 9 расположена также шаровая цапфа 12, позволяющая соединить во вращении маятниковый балансир 7 с переходным рычагом 4 через тягу 13.
Переходный рычаг 4 оснащен также соединительной шаровой цапфой 14. Шаровые цапфы 12, 14 закреплены соответственно на балансире 7 и на переходном рычаге 4 таким образом, чтобы их геометрическая ось проходила по существу параллельно геометрической оси приводной оси 2 и чтобы тягу 13, выполненную, например, из пластического материала с деформирующимися концами, закрывающими обе шаровые цапфы 12, 14, можно было защелкнуть одновременно на обеих шаровых цапфах.
Таким образом, инерция приводной оси 2 увеличивается за счет добавления инерции поворота балансира 7 и сохраняет определенную степень свободы осевого отклонения относительно опорного подшипника 6 и балансира 7 благодаря двум шаровым шарнирам 12 и 14.
Поворотную связь 10, соединяющую балансир 7 и опорный подшипник 6, можно реализовать вставив штифт 24 (на фиг.1 не виден, но показан на фиг.2) балансира 7 в отверстие 25 (на фиг.1 не видно, но показано на фиг.2) опорного подшипника 6.
Штифт 24 соединен во вращении и в поступательном движении с балансиром 7. Его можно выполнить, например, посадив внатяг или посредством запрессовки стальной оси в поддерживающее плечо 11 груза 9. Это поддерживающее плечо может быть участком балансира 7, выполненным, например, посредством литья. Не выходя за рамки изобретения, штифт 24 можно соединить в поступательном движении, но оставить свободным во вращении относительно поддерживающего плеча 11, однако такой вариант изобретения является более дорогим в реализации.
Балансир 7 удерживается в осевом направлении таким образом, чтобы штифт 24 оставался в отверстии 25, при помощи выступа 21 опорного подшипника 6, опирающегося на участок 22 радиальной поверхности балансира 7. Выступ 21 выполнен с возможностью упругого перемещения, так как находится на конце язычка 20 материала опорного подшипника 6, при этом язычок вырезан в участке 18 селекционного кронштейна опорного подшипника 6.
Опорный подшипник 6 может быть выполнен, например, посредством литья под давлением из пластического материала. При этом язычок 20 можно выполнить путем формования литьем, вставив в литейную форму колодки, позволяющие получить боковые края язычка. Эластичность пластического материала позволяет реализовать пружинную функцию язычка 20.
Благодаря такой конфигурации соединение балансира 7 с опорным подшипником 6 производят просто расположив балансир 7 таким образом, чтобы штифт 24 оказался напротив отверстия 25 опорного подшипника, затем балансир 7 сажают, действуя с нажимом, достаточным, чтобы отвести выступ 21 в радиальном направлении, пока балансир 7 не придет в положение опоры на опорный подшипник 6. Затем за счет упругого возврата выступ 21 обеспечивает осевую блокировку балансира 7.
Параметры язычка 20 и выступа 21 можно рассчитать таким образом, чтобы усилие, необходимое для ручной установки балансира 7, находилось в разумных пределах, например менее 70 Н, предпочтительно менее 50 Н.
Чтобы удерживать балансир на месте при любых действующих на него напряжениях, в частности связанных с вибрациями транспортного средства, которые могут привести к выходу балансира из его гнезда, можно, например, предусмотреть параметры язычка 20 и выступа 21 таким образом, чтобы балансир 7 мог пройти через выступ 21 только при действии усилия более 300 Н, предпочтительно более 800 Н и даже более 1000 Н.
Не выходя за рамки изобретения, можно также предусмотреть выполнение неподвижного штифта в опорном подшипнике 6, при этом опорный подшипник 6 содержит упругий выступ, позволяющий блокировать балансир 7 в осевом направлении, когда отверстие балансира сажают на неподвижный штифт опорного подшипника.
Вместе с тем, представляется более предпочтительным интегрирование штифта в балансир 7, который, как правило, является металлической деталью меньших размеров и более простой формы, чем опорный подшипник 6, чем интегрирование в опорный подшипник 6, который все чаще выполняют из пластического материала и более сложная форма которого затрудняет автоматизацию операции интегрирования штифта.
Предпочтительно при определении расположения поворотной связи 10 в той степени, в которой это позволяют другие механические и геометрические требования, предъявляемые к системе, эту поворотную связь располагают достаточно близко к участку 18 селекционного кронштейна, чтобы язычок 20 и упругий удерживающий выступ 21 можно было интегрировать в участок селекционного кронштейна. Таким образом, можно использовать длину язычка, обеспечивающую необходимую упругость, без применения дополнительного материала по сравнению с опорным подшипником 6, выполненным без защелкивающегося выступа. В этом предпочтительном случае избегают также использования дополнительного материала для выполнения балансира и расширения радиального участка балансира сверх пределов ширины поддерживающего плеча 11 в той же радиальной плоскости.
Если механические или геометрические условия не позволяют интегрировать выступ в участок селекционного кронштейна с сохранением его общей формы, можно, например, предусмотреть выполнение на участке 18 селекционного кронштейна нервюр, по существу параллельных оси селекционного рычага 17, что позволяет либо сместить часть защелкивающейся стороны 19 в сторону поворотной связи 10, либо использовать ее в качестве опоры для одного или нескольких язычков 20, заканчивающихся выступами 21.
В рамках изобретения можно выполнить язычок 20 из пружинной стали и присоединить его к участку 18 селекционного кронштейна, например вставить в щель, предусмотренную для этого на селекционном кронштейне 18.
Этот вариант осуществления может представлять интерес, если материал, выбранный для выполнения опорного подшипника 6, не обладает необходимой эластичностью, чтобы обеспечивать необходимую гибкость язычка 20, например, если опорный подшипник 6 выполняют посредством формования литьем из сплава металлов или посредством литья под давлением из слишком жесткого пластического материала.
В рамках изобретения можно не интегрировать выступ 21 в участок 18 селекционного кронштейна, например выполнить выступ 21 на утолщении участка 16 основания опорного подшипника 6, например, в виде литой скобы, выступающей из участка 16 основания. Если поворотная связь 10 и участок 18 селекционного кронштейна находятся недостаточно близко друг от друга, можно также удерживать балансир 7 в осевом направлении при помощи присоединяемой упругой детали (не показана), например, из стали, которая полностью или частично проходит через участок 16 основания и удерживает балансир 7 в осевом направлении, действуя наподобие крюка.
Несмотря на то, что были описаны упругие элементы в виде язычков 20, позволяющих удерживать выступ 21 и обеспечивающих его перемещение с упругим возвратом, разумеется, можно предусмотреть другие деформирующиеся геометрические формы как из пластического материала, так и из стали, например участки пружинной проволоки, согнутые таким образом, чтобы получить на одном конце зону, сопротивляющуюся кручению, и образовать на другом конце выступ, который может выдерживать усилие изгиба.
На фиг.2 показана часть устройства защелкивания, представленного на фиг.1, позволяющая удерживать балансир 7. На фиг.2 показаны элементы, общие с фиг.1, и эти общие элементы обозначены одинаковыми позициями. В частности, здесь показан упругий удерживающий язычок 20, заканчивающийся выступом 21, выполненным с возможностью опоры на радиальный участок 22 балансира 7, окружающий штифт 24. Выступ 21 содержит опорный внутренний двухгранный угол 27, который может опираться не только на радиальный участок 22 балансира 7, но также на цилиндрический осевой участок 23, окружающий штифт 24.
Отверстие 25 опорного подшипника 6, выполненное в участке 16 основания этого опорного подшипника 6, в данном случае усилено фрикционным кольцом 26, которое можно выполнить из материала, отличного от материала остальной части опорного подшипника 6. Например, это фрикционное кольцо 26 можно выполнить посредством дополнительного литья, вставив его в литейную форму в момент литья под давлением опорного подшипника 6. Фрикционное кольцо 26 может быть, например, металлическим или может быть выполнено из пластического материала, лучше адаптированного к трению, чем пластический материал остальной части опорного подшипника 6.
На фиг.3 показана защелкивающаяся деталь, изображенная на фиг.2, когда на нее действуют механические напряжения, стремящиеся удалить балансир 7 из его гнезда 25. Как показано на это фиг.3, на балансир 7 действует вертикальное усилие 28, прижимающее радиальную поверхность 22 к радиальному участку 30 двухгранного угла 27 выступа 21. Под действием этого вертикального усилия 28 осевая поверхность 32 двухгранного угла 27 выступа 21 упирается в осевую поверхность 23 балансира 7. Таким образом, отклонение 29 язычка 20 оказывается ограниченным и направление 33 усилия сжатия язычка остается относительно коллинеарным с усилием 28, которое это усилие сжатия должно компенсировать.
За счет этого избегают эффекта прогиба язычка, который может, таким образом, сопротивляться относительно большим усилиям сжатия.
Изобретение не ограничивается описанными примерами осуществления и может охватывать самые различные версии, в частности, что касается упругого элемента, образующего используемый выступ, и способа интегрирования этого упругого элемента в опорный подшипник или его крепления на этом подшипнике.
В случае необходимости радиальную поверхность 22, окружающую штифт 24 балансира 7, можно адаптировать по диаметру или по рельефу. Например, можно предусмотреть радиальную поверхность с диаметром, превышающим диаметр поддерживающего плеча 11 в этой же радиальной плоскости. Таким образом, полученная дополнительная поверхность вокруг штифта 24 может позволить использовать выступ 21, интегрированный в участок 18 селекционного кронштейна, без расширения этого участка селекционного кронштейна.
В случае необходимости на периферии участка 22 радиальной поверхности можно выполнить рельефный элемент типа канавки, чтобы улучшить зацепление выступов 21.
Устройство привода переключения передач в соответствии с изобретением позволяет одновременно обеспечивать комфорт вождения благодаря инерционной фильтрации и ограничить производственные затраты, в частности связанные с операциями сборки, и затраты по обслуживанию транспортного средства.