СИНХРОНИЗАТОР

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к синхронизатору коробки передач со скользящей муфтой, блокирующим кольцом и шестерней-кареткой, при этом в области посилового потока между блокирующим кольцом и шестерней предусмотрены рампы для создания дополнительного усилия, аксиального относительно вала.
Уровень техники
В известных синхронизаторах скользящая муфта соединяется своей внешней окружностью для совместного вращения с корпусом синхронизатора, закрепленным на валу для совместного вращения, однако может передвигаться по оси к соответствующей шестерне, при этом шестерня представляет собой свободно насаженное на вал колесо. Для обеспечения соединения корпуса синхронизатора и шестерни для совместного вращения за счет зубцов на скользящей муфте, соединяющих два компонента, частоты вращения корпуса синхронизатора и шестерни должны соответствовать друг другу, т.е. должны быть синхронизированы в ходе процесса синхронизации. Блокирующее кольцо оснащено зубчатым зацеплением и для предварительной синхронизации присоединено с ограниченной вращательной подвижностью соосно с корпусом синхронизатора. Для синхронизации скользящая муфта передвигается против действия блокирующего кольца таким образом, что имеет место воздействие силы, вводящее осевое сдвигающее усилие в направлении присоединения шестерни, причем блокирующее кольцо, в свою очередь, за счет трения передает на шестерню окружное усилие или крутящий момент, чтобы затормозить или ускорить вращательное движение корпуса синхронизатора для целей согласования частот вращения. Пока не достигнута синхронность вращения, зубцы блокирующего кольца выровнены относительно зубцов скользящей муфты таким образом, что последние упираются в блокирующие зубцы, таким образом создавая осевую блокировку. По достижении синхронности, ограниченная окружная подвижность блокирующего кольца позволяет повернуть его относительно зубцов скользящей муфты на наклонных плоскостях в положение синхронизации, в котором зубцы скользящей муфты и кольца, а также зацепляющие зубцы, предусмотренные на шестерне, аксиально выровнены. Кроме того, в этом положении скользящая муфта, заходящая в блокирующее кольцо путем зацепления зубцов, может зацепиться с соединительными зубцами и, таким образом, создать соединение для совместного вращения между корпусом синхронизатора и шестерней.
Для снижения действующего на скользящую муфту осевого сдвигающего усилия и/или для ускорения процесса синхронизации в новых синхронизаторах используют самоусиление, создающее дополнительное осевое усилие.
В патентах US 5135087 C и US 4732247 C описан синхронизатор подобного типа с рампами для создания дополнительного осевого усилия. При этом блокирующее кольцо и синхронизирующее кольцо или промежуточный конус и шестерня сцепляются друг с другом посредством радиальных выступов на рампах.
В качестве альтернативного решения самоусиление может быть выполнено в виде пружинного устройства с упругими элементами, как описано в публикации патентной заявки DE 102005056827 A1, при этом при смещении скользящей муфты против воздействия блокирующего кольца упругие элементы придавливают кольцо к шестерне дополнительным усилием.
В публикациях EP 1219847 B1, EP 2169250 A1 и EP 1900956 A2 описаны устройства, в которых самоусиление обеспечивается за счет равномерно расположенных по окружности стопоров, которые для предварительной синхронизации выполняют еще и дополнительную функцию фиксирования скользящей муфты при несинхронном вращении. При этом EP 1219847 B1, опубл. 24.09.2003, может быть выбрана в качестве ближайшего аналога полезной модели. Во время синхронизации стопоры опираются в окружном направлении посредством рампы, выступающей в качестве передающей поверхности, на соответствующую рампу корпуса синхронизатора и с помощью рамп передают дополнительное осевое усилие на кольцо синхронизатора в направлении дополнительного усилия. Данный процесс также описан в отчете Союза немецких инженеров №1393 в 1998 г. («Концепция незначительного усиления в синхронизаторах с блокирующим кольцом»). Недостатком такого подхода является, помимо сложной конструкции, является подверженность осевым допускам и увеличенный износа синхронизирующих колец. Благодаря угловым положениям блокирующих поверхностей, они должны быть достаточно широкими, что, в свою очередь, требует продолжительной фазы надвижения, а вместе с этим и длинного хода скользящей муфты и повышенных силовых затрат.
Раскрытие полезной модели
Техническим результатом полезной модели является создание дополнительного усилия, оптимизированного с точки зрения процесса переключения передачи, а также простота конструкции синхронизатора и его меньшая чувствительность к осевым допускам. Кроме того, дополнительными эффектами являются уменьшение подверженности износу колец синхронизатора и ускорение процесса синхронизации.
Описанные эффекты достигаются при использовании синхронизатора,
Достижение эффекта обеспечивается за счет того, что первые рампы для создания дополнительного усилия при понижении передачи расположены под первым углом к валу, а вторые рампы при повышении передачи расположены под вторым углом к валу, при этом первый угол не равен второму.
Во время синхронизации несинхронность деталей компонентов и взаимодействующих с ними рамп означает, что на рампы действует окружное усилие, которое вызывает дополнительное осевое усилие в соответствии с их угловым расположением. Более подробно это описывается ниже. В соответствии с предложенным решением первые рампы имеют ассиметричную конструкцию по отношению ко вторым рампам. Таким образом, во время синхронизации с помощью первых рамп можно получить дополнительное осевое усилие, отличающееся от дополнительного осевого усилия, создаваемого вторыми рампами в другом угловом положении, нежели угловое положение первых рамп. Вследствие асимметрии рамп на шестерню при переключении могут воздействовать различные по силе дополнительные усилия. Использование различных рамп позволяет, таким образом, учесть разницу между необходимыми дополнительными усилиями при различных передачах и/или направлениях переключения (т.е. речь идет о том, происходит ли переключение в нужную передачу посредством рамп, создающих дополнительные усилия, с более высокой или с более низкой передачи). Так как здесь необходимо лишь различное угловое положение первых и вторых рамп, то, соответственно, обеспечивается простота конструкции синхронизатора.
Хотя в процессе синхронизации с помощью увеличенного дополнительного усилия возможно соответствующим образом сократить требуемое время переключения, при этом может увеличиться износ. Благодаря асимметричным рампам можно целенаправленно оптимизировать дополнительное усилие и время переключения в отношении процесса переключения, т.е. «повышения» или «понижения» передачи. При наличии большой разницы между требуемым осевым усилием при переключении из каждой определенной передачи на более высокую и более низкую передачи, асимметрия усилительных рамп особенно предпочтительна.
Угловое положение рамп по отношению друг к другу, а также их асимметрия существенно зависят от конструктивных особенностей соответствующей коробки передач. Кроме того, в качестве критерия можно использовать ожидаемое поведение водителя, например, требуется ли быстрое, жесткое, «спортивное» или мягкое переключение. В таком случае усилие включения и время переключения также связаны друг с другом как важные при переключении факторы. Эти факторы могут быть также математически объединены как продукт усилия включения и времени переключения, давая так называемый «интеграл переключения». Таким образом, этот интеграл переключения можно задать целенаправленно с помощью значений угловых положений асимметричных рамп.
В используемых на сегодняшний день коробках передач может иметь место большая разница в усилиях при повышении или понижении передачи, особенно при переключении на низкие передачи. В частности, это относится к первой передаче и так называемой понижающей передаче, если таковая имеется. Предпочтительно, чтобы первый угол был больше второго угла, если шестерня в коробке передач предусмотрена для первой или понижающей передачи. Это значит, что если детали компонентов зацепляющиеся друг с другом с помощью рамп, чтобы передать усилие, имеют одинаковую разницу частоты вращения и, следовательно, одинаковое окружное усилие, при понижении передачи (например, со второй на первую) производится большее осевое дополнительное усилие, чем при повышении с нейтральной или понижающей передачи на первую передачу. В некоторых коробках передач величина первого угла может быть больше величины второго угла в несколько раз. Первый угол может быть больше второго в четыре раза, предпочтительно в три или два раза.
Первый угол может быть меньше второго угла, если шестерня в коробке передач предусмотрена для передачи, большей, чем первая или вторая передача. Это означает, что при одинаковой разнице в частоте вращения и, следовательно, при одинаковом окружном усилии деталей компонентов, сцепляющихся друг с другом с помощью рамп, при понижении передачи, например, с четвертой передачи на третью, создается меньшее дополнительное осевое усилие, чем при повышении передачи, например, со второй передачи на третью передачу. Первый угол может быть меньше второго угла по крайней мере на 5°, предпочтительно - не менее, чем на 10° или 20°. Первый угол может быть меньше второго угла не более чем на 35°. Самоусиление, автоматическое усиление силы включения, происходит за счет предусмотренных в области силового потока рамп. Окружное усилие, воздействующее на деталь, вызывает дополнительное осевое усилие на рампах. Деталь может опираться на блокирующее кольцо или шестерню. Блокирующее кольцо и шестерня вовлекаются в область силового потока. Деталью может быть блокирующее кольцо и/или шестерня. Блокирующее кольцо может опираться непосредственно на шестерню через рампы. В качестве дополнительного или альтернативного решения деталь может быть расположена между блокирующим кольцом и шестерней. Благодаря расположению рамп, которое будет более подробно разъяснено ниже, осевые допуски, имеющиеся в известных из уровня техники решениях, менее существенны. Незначительные осевые допуски, возникающие на шестерне и/или блокирующем кольце, можно в какой-то мере даже компенсировать скольжением рамп.
При помощи размещения самоусилителя в области силового потока можно понизить уровень усилия предварительной синхронизации, за счет чего можно сгладить пики усилий, которые, как правило, возникают при временном распределении усилия включения во время процесса синхронизации, в частности, при выравнивании зубцов деталей, которые должны быть соединены для совместного вращения. В целом, можно добиться равномерного распределения усилия во время процесса синхронизации, что делает переключение передач более легким и приятным для пользователя.
Благодаря предложенному решению, в качестве упрощения конструкции синхронизатора можно отказаться, например, от дополнительной функции самоусиления от стопоров, или от дополнительных упругих элементов на корпусе синхронизатора. Вследствие расположения рамп в соответствии с полезной моделью, самоусиление, в том числе и в синхронизаторах, может происходить без дополнительных стопоров. Кроме того, самоусиление из-за такого расположения не вызывает повышенный износ блокирующего кольца, как это происходит при использовании стопоров с функцией самоусиления. Так как самоусиление происходит не с помощью специальных стопоров, как в известном уровне техники, то стопоры, если они предусмотрены, могут быть значительно меньшего размера, за счет чего можно избежать продолжительной фазы надвижения скользящей муфты. В этой области силового потока осевые усилия во время синхронизации передаются, как правило, посредством трения фрикционных поверхностей. В указанной выше области силового потока можно предусмотреть предварительную синхронизацию для по крайней мере частичного выравнивания частоты вращения скользящей муфты и шестерни. Такое устройство предварительной синхронизации может образовывать единый конструктивный элемент с самоусилителем. В описываемую здесь область силового потока не вовлекается передача усилия скользящей муфты к блокирующему кольцу.
Точное расположение рамп в области силового потока между блокирующим кольцом и шестерней зависит от принципиальной конструкции синхронизатора в данной области силового потока. Как правило, дополнительное усилие может быть создано в месте подвижного соединения деталей, например, посредством штекерного соединения. Эти детали могут быть обычными деталями синхронизатора.
U
S
Например, синхронизатор может быть исполнен в виде одно-, двух- или трехконусного синхронизатора. Например, между блокирующим кольцом и шестерней может располагаться как минимум одна деталь и/или блок деталей с по крайней мере одной деталью. При этом, как и указано ниже, эта деталь может быть обычной деталью одно-, двух- или трехконусного синхронизатора, которая конструктивно видоизменяется для образования рамп для самоусиления. Для преобразования действующего на данную деталь и/или блок деталей окружного усилия (F) в дополнительное усилие (F) данная деталь и/или блок деталей посредством рамп под действием дополнительного усилия могут опираться на блокирующее кольцо или шестерню. Рампы могут использоваться для компенсации осевых допусков, в том числе внутри определенных осевых областей, что соответствующим образом снижает стоимость изготовления. Величина этих осевых областей зависит, помимо прочего, от осевой протяженности рамп. Рампы могут прилегать друг другу на как можно большем отрезке своей осевой протяженности, снижая таким образом износ. Возможные осевые допуски отдельных деталей и/или блоков деталей могут быть в незначительной мере компенсированы без особых затрат за счет скольжения рамп.
Для более быстрого выравнивания числа оборотов корпуса синхронизатора и шестерни поверхностями трения могут выступать первый конус в блокирующем кольце сзади в направлении дополнительного усилия и/или второй конус в шестерне спереди в направлении дополнительного усилия. При синхронизации поверхности этих конусов могут сцепляться друг с другом на трении и самоцентрирующимся образом зацепляться друг с другом. Благодаря дополнительному усилию, блокирующее кольцо и шестерня сильнее прижимаются друг к другу, увеличивая момент трения на своих фрикционных конусах, за счет чего ускоряется процесс синхронизации и/или снижаются затраты осевых сил на процесс синхронизации скользящей муфты. Также можно добиться соответствующим образом увеличенного центрирующего воздействия на соединяющиеся друг с другом конусы.
Рампы могут иметь нормали к поверхности, компонентом направления, соосным валу и компонентом направления, тангенциальным к валу. Таким образом, при помощи регулировки поверхностей передачи усилий, т.е. величины осевого компонента нормали к поверхности передачи усилия, можно регулировать величину самоусиления или дополнительного осевого усилия. Чем более отвесно расположена поверхность передачи усилия, т.е. чем больше выбранный угол между поверхностью передачей усилия и направлением дополнительного усилия, тем больше доля соответствующего компонента осевого усилия. Во избежание самозамедления поверхности передачи усилия не должны превышать определенный угол. Оптимальный угол значительно зависит от конструктивных особенностей. Для выгодного с точки зрения механики сил использования взаимодействующих рамп и их прижимания к плоской поверхности, одновременно с этим может задаваться их положение.
Конструктивно рампы могут располагаться на двух хотя бы примерно соосных, сцепляющихся друг с другом и расположенных на одном радиусе передающих элементах, при этом эти элементы могут образовывать передающий блок. Передающие элементы могут представлять собой осевое отверстие с кольцевыми внутренними поверхностями в качестве рамп и осевой выступ с кольцевыми внешними поверхностями в качестве рамп. Выступ может входить в соответствующее отверстие таким образом, что в зависимости от текущего крутящего момента, одной из своих внешних поверхностей подвижно прилегает к одной из внутренних поверхностей отверстия. Предпочтителен выступ, входящий в осевом направлении в отверстие, предпочтительно открытое в осевом направлении. Благодаря этому, оба передающих элемента могут образовать штекерное соединение. Из механики сил можно вывести, что нормаль к поверхности рампы детали, которая будет проталкиваться в направлении дополнительного усилия, имеет осевой компонент, направленный против направления дополнительного усилия. Для сцепления можно использовать передающие элементы передающего блока, расположенные на одинаковом радиусе от вала. Выступ и отверстие могут иметь в тангенциально-осевой плоскости профиль типа «ласточкиного хвоста» или трапециевидный профиль, например, профиль в виде равнобедренной трапеции. К какой окружной внутренней поверхности прилегает выступ при синхронизации, в конечном счете зависит от направления синхронизируемой частоты вращения в сторону синхронизации, т.е. происходит ли понижение или повышение передачи на соответствующую шестерню синхронизатора. При этом здесь предпочтительно, если при понижении передачи создается такое дополнительное усилие, величина которого отличается от дополнительного усилия, возникающего при повышении передачи. Этого можно добиться, расположив внутренние поверхности отверстий и соответствующие им внешние поверхности выступов различным образом по отношению к направлению дополнительного усилия. Благодаря этому в направлении вращения можно создать такое дополнительное усилие, которое при приспособлении к проводимому переключению отличается от дополнительного усилия, создаваемого при вращении в противоположном направлении.
В самоусилении могут иметься два, предпочтительно три, передающих блока, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга. Например, деталь или группа деталей может иметь в качестве рамп по крайней мере два осевых отверстия с кольцевыми внутренними поверхностями или по крайней мере два осевых выступа с кольцевыми внешними поверхностями.
В предпочтительном варианте осуществления между блокирующим кольцом и шестерней аксиально может быть расположено синхронизирующее кольцо. Кроме того, между обоими кольцами может быть предусмотрена деталь, выполненная в виде промежуточного конуса. В качестве поверхности трения синхронизирующее кольцо может иметь в случае двухконусной синхронизации переднюю коническую поверхность трения в направлении дополнительного усилия, а в случае трехконусной синхронизации -дополнительную третью заднюю коническую поверхность в направлении дополнительного усилия, которой синхронизирующее кольцо опирается на шестерню. Синхронизирующее кольцо может в случае трехконусной синхронизации опираться на шестерню с торца, а в случае двухконусной синхронизации опираться на вторую коническую поверхность трения на шестерне посредством своей задней третьей конической поверхности трения. В промежуточном конусе, в свою очередь, могут иметься две четвертых конических поверхности трения, одна четвертая коническая поверхность трения сзади в направлении вращения и одна четвертая коническая поверхность трения спереди в направлении вращения. Промежуточный конус может опираться своей четвертой конической поверхностью трения спереди в направлении вращения на первую коническую поверхность трения блокирующего кольца, а своей четвертой конической поверхностью трения сзади в направлении вращения на третью переднюю коническую поверхность трения синхронизирующего кольца.
В общем и целом, для создания дополнительного усилия при двух- и трехконусной синхронизации могут сцепляться детали, которые при традиционной двух- и трехконусной синхронизации образуют подвижные штекерные соединения. Для этого в штекерных соединениях можно предусмотреть рампы, к которым детали будут прилегать во время синхронизации под воздействием дополнительного усилия.
Например, синхронизирующее кольцо может опираться на блокирующее кольцо посредством рамп или передающего блока/блоков. При этом блокирующее кольцо при синхронизации может быть под воздействием дополнительного усилия прижато в направлении дополнительного усилия к синхронизирующему кольцу. При этом во время процесса синхронизации оба кольца могут быть прижаты друг к другу под воздействием дополнительного усилия. Также при увеличении трения о расположенный между ними промежуточный конус может возникнуть повышенное замедление для обеспечения синхронизированного вращения, и, таким образом, процесс синхронизации будет ускорен. Для создания дополнительного осевого усилия промежуточный конус может опираться на шестерню дополнительно или исключительно посредством рамп или одного или нескольких передающих блоков. При этом для штекерного соединения промежуточного конуса и шестерни соосные выступы промежуточного конуса могут входить в соответствующие осевые отверстия шестерни. Так как синхронизирующее кольцо может быть расположено под воздействием силы трения аксиально между промежуточным конусом и шестерней, промежуточный конус своей задней четвертой конической поверхностью трения может усиленно прижиматься ко второй конической поверхности трения шестерни и таким образом ускорять процесс синхронизации.
При обратном порядке расположения отверстий и выступов во всех вариантах выполнения синхронизатора отверстия и выступы могут быть взаимно расположены на деталях, взаимодействующих с целью создания дополнительного усилия. Выступы могут представлять собой клиновидные осевые и/или радиальные выступы в соответствующей детали или конструктивном элементе.
Как правило, для сцепления соответствующей детали с корпусом синхронизатора или шестерней можно предусмотреть, что посредством клиновидных выступов или отверстий с соответствующим прямым, т.е. не расширяющимся и не суживающимся кверху, профилем эта деталь соединяется сбоку с соответствующими отверстиями или выступами на корпусе синхронизатора или шестерне. Например, для создания вращающегося штекерного соединения из выступа и отверстия с прямым профилем при традиционной двух- или трехконусной синхронизации оба синхронизирующих кольца и промежуточный конус с шестерней, как правило, могут быть соединены друг с другом. В случае штекерного соединения между синхронизирующими кольцами, как правило, могут иметься три выступа, расположенные по окружности снаружи, входящие внутрь предусмотренного отверстия и при этом переходящие в промежуточный конус. При синхронизации в соответствии с предложенным решением может быть предусмотрено наличие описанных рамп в отверстии и выступе такого штекерного соединения. За счет этого можно значительно снизить обусловленные конструкцией силовые затраты на самоусиление. Как указано выше, выступ и/или отверстие могут иметь в осевой плоскости профиль типа «ласточкин хвост» с поднутрениями и/или трапециевидный (в виде равнобедренной трапеции) профиль.
В предпочтительном варианте выполнения синхронизатора в блоке деталей как в конструктивном элементе может присутствовать конусообразный элемент со второй конической поверхностью трения. Конусообразный элемент может быть выполнен как самостоятельный конструктивный элемент. Конусообразный элемент может опираться на блокирующее кольцо через рампы на шестерне и через вторую коническую поверхность трения. В блоке деталей также может присутствовать усилительный элемент с поверхностями трения, одна - спереди в направлении вращения, которой усилительный элемент опирается на конусообразный элемент против направления вращения, и еще одна - сзади в направлении вращения, которой усилительный элемент опирается на шестерню в направлении вращения. Конусообразный элемент может захватывать усилительный элемент по внутренней окружности вдоль его собственной оси. Так как конусообразный элемент опирается на шестерню посредством рамп, при синхронизации может быть создано дополнительное усилие, за счет которого конусообразный элемент своей передней поверхностью трения прижимает усилительный элемент его задней поверхностью трения к шестерне. Таким образом, на обеих поверхностях трения может иметь место усиленное замедление до синхронизации вращения.
Усилительный элемент может также через рампы опираться на блокирующее кольцо или - при трехконусной синхронизации - на синхронизирующее кольцо. С помощью рамп на усилительном элементе и блокирующем или синхронизирующем кольце может быть создано дополнительное усилие. Через первую коническую поверхность трения блокирующего кольца или заднюю коническую поверхность трения синхронизирующего кольца оно может оказывать усиливающее воздействие на вторую поверхность трения конусообразного элемента. За счет этого можно придавать конусообразному элементу положительный или отрицательный момент ускорения для синхронизации вращения.
Конусообразный элемент может представлять собой самостоятельную деталь со второй поверхностью трения, которая в отличие от описанных ранее традиционных вариантов выполнения синхронизатора не соединяется с шестерней воедино, а отделена от нее конструктивно и связана с ней штекерным соединением. Тем не менее, при этом конструктивно возможны также и все варианты выполнения синхронизатора, описанные ранее. При одноконусной синхронизации синхронизатор может сцепляться с шестерней. При двух- и трехконусной синхронизации промежуточный конус может сцепляться с шестерней и блокирующим/синхронизирующим кольцом. В каждом из этих соединений можно в дополнение к самоусилению конусообразного элемента создать еще одно самоусиление.
Предпочтительным является усилительный элемент простой конструкции в виде тонкого кольца. Его поверхности трения предпочтительно располагать перпендикулярно к валу или направлению дополнительного усилия. По его внешней окружности может быть кольцевая область с поверхностями трения, а по внутренней окружности - кольцевая область с выступами. Эти выступы могут быть предпочтительно расположены по окружности на равном расстоянии друг от друга и входить в предусмотренные в блокирующем кольце осевые отверстия против направления дополнительного усилия. В таком случае усилительный элемент может иметь «венок» из таких выступов. В обратном порядке расположения отверстия могут быть расположены на усилительном элементе, а соответствующие им выступы - на первом синхронизирующем элементе.
Краткое описание чертежей
Ниже полезная модель более подробно поясняется на примере нескольких вариантов осуществления, представленных на чертежах.
Фиг. 1 вид в продольном разрезе двух синхронизаторов, симметрично расположенных на одном валу, как известно из уровня техники, для трехконусной синхронизации с промежуточным конусом,
Фиг. 2 вид в продольном разрезе промежуточного конуса с Фиг. 1,
Фиг. 3 вид в продольном разрезе первого варианта выполнения двух синхронизаторов согласно полезной модели, симметрично расположенных на одном валу, для трехконусной синхронизации с промежуточным конусом и зубчатой шестерней,
Фиг. 4 область продольного разреза с промежуточным конусом и зубчатой шестерней с Фиг. 3,
Фиг. 5 область продольного разреза, как на Фиг. 4, но с другим вариантом выполнения промежуточного конуса и зубчатой шестерни,
Фиг. 6 схематическое представление усилий, воздействующих на отдельные детали первого варианта выполнения синхронизатора с Фиг. 3,
Фиг. 7 отдельное представление зубчатой шестерни и промежуточного конуса с Фиг. 5,
Фиг. 8 вид в продольном разрезе второго варианта выполнения двух синхронизаторов в соответствии с полезной моделью, симметрично расположенных на валу, для трехконусной синхронизации с внешним блокирующим кольцом и внутренним синхронизирующим кольцом,
Фиг. 9 и 10 области продольного разреза с обоими синхронизирующими кольцами, соединенными различными способами,
Фиг. 11 схематическое представление усилий, воздействующих на отдельные детали первого варианта выполнения правого синхронизатора с Фиг. 8 для трехконусной синхронизации,
Фиг. 12 дополнительное схематическое представление сцепляющихся друг с другом колец конуса,
Фиг. 13 вид в продольном разрезе третьего варианта выполнения двух синхронизаторов в соответствии с полезной моделью, симметрично расположенных на валу, для одноконусной синхронизации с первым синхронизирующим кольцом, зубчатой шестерней и конусообразным элементом,
Фиг. 14 схематичный продольный разрез элемента X с Фиг. 13,
Фиг. 15 продольный разрез элемента XI с Фиг. 14,
Фиг. 16 продольный разрез элемента XII с Фиг. 14 и
Фиг. 17 продольный разрез элемента XII, как на Фиг. 16, но с модифицированными рампами.
Осуществление полезной модели
На Фиг. 1-17 представлены различные варианты выполнения синхронизатора 1, 1′ в различных продольных разрезах и частичных вырезах, при этом на Фиг. 1 и 2 показан традиционный синхронизатор Г, а на остальных фигурах показаны различные варианты выполнения синхронизатора 1 в соответствии с полезной моделью. (В дальнейшем обозначения, относящиеся к компонентам синхронизатора 1′ в соответствии с известным уровнем техники, отмечены апострофом). На всех фигурах показаны два синхронизатора 1, 1′, зеркально расположенные на валу W.
Синхронизатор 1, 1′ содержит (расположенные концентрически по отношению к валу W) корпус 2, 2′, скользящую муфту 3, 3′, блокирующее кольцо 4, 4′ с первой конической поверхностью 5, 5′, выступающей в качестве поверхности трения, и блокирующими зубцами 4.1, 4.1′, а также шестерню 6, 6' со второй конической поверхностью 7, 7′, выступающей в качестве поверхности трения, и зацепляющие зубцы 8, 8′. Представленные синхронизаторы 1, 1′, имеют стандартную конструкцию и выполнены таким образом, что скользящая муфта 3, 3′ может быть сдвинута в осевом направлении в обоих направлениях относительно шестерни 4; 4′.
R
Кроме того, синхронизатор 1 содержит самоусилитель 9 для создания дополнительного усилия F, соосного валу W и имеющее направление s дополнительного усилия от корпуса 2 синхронизатора к шестерне 6. Самоусилитель 9 расположен в области k силового потока синхронизатора 1 между блокирующим кольцом 4 и шестерней 6. Под этим понимается область k силового потока от блокирующего кольца 4 до шестерни 6. Пример действующих сил в области k силового потока имеется для первого и второго вариантов выполнения синхронизатора 1 в соответствии с предложенным решением, показанным на Фиг. 6 или 8, при этом детали 10, создающие дополнительное усилие, для отображения действующих на эти детали 10 сил показаны отдельно друг от друга.
R
S
S
Как указано выше, движение скользящей муфты 3 в процессе включения направлено в сторону s дополнительного усилия для соединения корпуса 2 синхронизатора и шестерни 6 для совместного вращения с помощью зацепляющих зубцов 8 шестерни 6. Для выравнивания зубцов 8 необходимо синхронное вращение шестерни 6 и корпуса 2 синхронизатора. Корпус 2 синхронизатора не имеет возможности вращения относительно вала W, а шестерня 6 представляет собой свободно насаженное на вал W колесо. Замедление или ускорение шестерни 6 на валу W корпусом 2 синхронизатора производится путем передачи сил на конусообразные поверхности 5, 7. Для ускорения процесса синхронизации самоусилитель 9 создает дополнительное осевое усилие F, которое действует на синхронизатор 1 в дополнение к усилию включения F, сообщаемому через скользящую муфту 3 в направлении s дополнительного усилия. Повышенное таким образом трение на конусах 5, 7 позволяет добиться ускорения процесса синхронизации при переключении и/или требует от пользователя небольшого усилия включения F.
R
R
R
a
В области k силового потока, в зависимости от показанного здесь соответствующего варианта выполнения синхронизатора 1, концентрически по отношению к валу W располагается по крайней мере одна деталь 10 или блок 11 элементов с двумя конструктивными элементами 11.1 (здесь в соответствии с Фиг.13). Эти определенные детали 10 или конструктивные элементы 11.1 под воздействием сил при синхронизации соединяются с шестерней 6 или блокирующим кольцом 4 посредством рамп 12. За счет прилегания при несинхронном вращении окружное усилие F, действующее на деталь 10 или конструктивный элемент 11.1, вызывает дополнительное усилие F. Для получения дополнительного усилия F в направлении s рампа 12 задней (в направлении s дополнительного усилия) из двух соединенных рампами 12 деталей 10 должна указывать осевым компонентом f против направления s дополнительного усилия.
n
a
u
R
Как показано в качестве примера на Фиг. 6 слева, на рампы 12 воздействует перпендикулярная сила F с компонентом F, соосным валу W, или соответственно с компонентом F, тангенциальным валу W. Рампы 12 таким образом располагаются под углом β к направлению s дополнительного усилия, указанным на Фиг. 4, 16 и 17 в качестве примера. Соответствующая величина дополнительного усилия F может регулироваться с помощью величины угла β.
Фиг. 3-6 относятся к первому варианту выполнения синхронизатора 1 в соответствии с предложенным решением. Этот вариант выполнен в виде так называемого трехконусного синхронизатора. В области k силового потока здесь в качестве дополнительных деталей 10 расположены синхронизирующее кольцо 13 с передней третьей конической поверхностью 14.1 и задней третьей конической поверхностью 14.2, выступающих в качестве поверхностей трения, а также выполненная в виде промежуточного конуса 15 деталь 10 с передней четвертой конической поверхностью 16.1 и задней четвертой конической поверхностью 16.2, выступающих в качестве поверхностей трения. Промежуточный конус 15 расположен аксиально к обоим синхронизирующим кольцам 4, 13 и опирается своей передней четвертой конической поверхностью 16.1 в направлении 8 дополнительного усилия спереди на первую коническую поверхность 5 блокирующего кольца 4, а своей задней четвертой конической поверхностью 16.2 в направлении 8 дополнительного усилия сзади на переднюю третью коническую поверхность 14.1 синхронизирующего кольца 13. Кроме того, при создании штекерного соединения он входит с помощью трех клиновидных выступов 17, расположенных по окружности на одинаковом расстоянии друг от друга, в соответствующее предусмотренное отверстие 18 на шестерне 6 и опирается там на шестерню 6 при помощи предусмотренных в ней рамп 12 (Фиг. 4, 5). Таким образом, выступы 17 и соответствующее им отверстие 18 образуют передающий блок 19 с выступом 17 и отверстием 18 в качестве передающих элементов 19.1. В окружно-осевой плоскости выступы 17 имеют форму «ласточкиного хвоста» (Фиг. 4, 5).
Представленный на Фиг. 1 и 2 синхронизатор 1′ в соответствии с уровнем техники также выполнен в виде трехконусного синхронизатора с промежуточным конусом 15′ с передней конической поверхностью 16.1′. Осевое штекерное соединение образуется при помощи выступов 17′, расположенных на промежуточном конусе 15′, и отверстий 18′, расположенных на шестерне 6′. Однако самоусиление здесь отсутствует, в частности, не предусмотрены рампы для создания дополнительного усилия. Выступы 17′ в тангенциально-осевой плоскости имеют прямоугольный профиль. Сравнение с представленными на Фиг.3-6 вариантами выполнения синхронизатора 1 в соответствии с предложенным решением показывает, что при замене промежуточного конуса и шестерни известный синхронизатор 1′ может быть без особых затрат переделан в синхронизатор 1 в соответствии с полезной моделью.
R
На Фиг. 6 схематично представлены соотношения сил, воздействующих на отдельные детали 10 в области к силового потока. На Фиг. 6 справа показано блокирующее кольцо 4, воздействующее своей первой конической поверхностью 5 на четвертую коническую поверхность 16 промежуточного конуса 15. Он воздействует на изображенную слева переднюю третью коническую поверхность 14.1 синхронизирующего кольца 13, которая в свою очередь воздействует на вторую коническую поверхность 7 шестерни 6. Области, в которых происходит трение, для простоты обозначены здесь, как и на остальных фигурах, черным. Кроме того, на Фиг.6 слева отдельно изображен промежуточный конус 15 с выступами 17, чтобы показать возникновение дополнительного усилия F.
S
N
S
R
N
R
N
В частности, в последовательности справа налево, сила включения F, воздействующая на блокирующее кольцо 4, создается посредством скользящей муфты, не изображенной на Фиг. 6. Таким образом, на первую коническую поверхность 5 блокировочного кольца 4 действует перпендикулярная сила F, которая составляется из усилия включения F и радиального усилия F. Эта перпендикулярная сила F передается на промежуточный конус 15. Так как выступ 17 посредством своей рампы 12 опирается на не представленную здесь явно рампу отверстия 18 в окружном направлении на шестерне 6, то создается дополнительное осевое усилие F, которое в свою очередь увеличивает перпендикулярную силу F до перпендикулярной силы N на промежуточном конусе 15, которая затем передается на переднюю третью коническую поверхность 14 синхронизирующего кольца 13, а от синхронизирующего кольца 13 - на вторую коническую поверхность 7 шестерни 6. Таким образом, дополнительное усилие воздействует на конусообразные поверхности 16.2, 14.1 или 14.2, 7 посредством увеличенной перпендикулярной силы N. Так как промежуточный конус 15 шестерня 6 и оба синхронизирующих кольца 4 и 13 под действием силы сцепляются друг с другом, на конусообразных поверхностях 16.2, 14.1 или 14.2, 7 при несинхронном вращении возникает сильное трение, которое ускоряет процесс синхронизации до синхронного вращения.
R
В отличие от представленного на Фиг. 4 и 7 варианта выполнения синхронизатора 1, вариант синхронизатора 1, представленный на Фиг.5, имеет разные рампы: первые рампы 12.1 и вторые рампы 12.2, которые расположены аксиально под первым углом β1 и вторым углом β2 соответственно, при этом первый угол β1 больше второго угла β2. Благодаря этому передаваемое с помощью первых рамп 12.1 дополнительное осевое усилие F больше дополнительного осевого усилия Ра, передаваемого с помощью вторых рамп 12.2. При этом первые рампы 12.1 предназначены для передачи усилий при несинхронном вращении синхронизирующих колец 4, 13 при переключении с более высокой передачи на передачу, соответствующую шестерне 4, а вторые рампы 12 предназначены для передачи усилий при несинхронном вращении синхронизирующих колец 4, 13 при переключении с более низкой передачи на передачу, соответствующую шестерне 4.
R
R
На Фиг. 8-11 показаны различные виды еще одного варианта выполнения синхронизатора 1 в соответствии с предложенным решением с двумя зеркально расположенными синхронизаторами 1, при этом изображенный слева синхронизатор 1 выполнен в виде трехконусного синхронизатора, а изображенный справа синхронизатор 1 выполнен в виде двухконусного синхронизатора. В трехконусном синхронизаторе в синхронизирующем кольце 13, в отличие от двухконусного варианта, имеется задняя третья конусообразная поверхность 14.2, которой синхронизирующее кольцо 13 опирается на вторую коническую поверхность 7 шестерни 6. В двухконусном синхронизаторе синхронизирующее кольцо 13 опирается в торце на шестерню 6, за счет чего возможно значительное более низкое трение по сравнению с трехконусным синхронизатором. Такое конструктивное различие не имеет большого значения для создания дополнительного усилия F, так как здесь предусмотрено, что оба синхронизирующих кольца 4 и 13 сцепляются друг с другом посредством рамп 12, так что при взаимодействии двух колец 4, 13 посредством трех передающих элементов 19 создается дополнительное усилие F в направлении s.
В качестве примера на Фиг. 9 и 10 показаны два различных варианта расположения выступа 17 и отверстия 18, где выступы 17 на Фиг. 9 являются частью блокировочного кольца 4, а на Фиг. 10 - частью синхронизирующего кольца 13.
R
R
На Фиг. 11 представлены соотношения сил, воздействующих на синхронизирующие кольца 4, 13, сцепляющиеся друг с другом при помощи рамп 12, и расположенный между ними промежуточный конус 15, при этом здесь, в отличие от Фиг.6, блокирующее кольцо 4 показано слева, а синхронизирующее кольцо 13 справа. Справа отдельно показано синхронизирующее кольцо 13 с выступом 17 блокирующего кольца 4, входящим в отверстие 18 синхронизирующего кольца 13. Вследствие возникающего там дополнительного усилия F оба кольца 4, 13 сильнее прижимаются друг к другу, за счет чего возрастает их трение о четвертую коническую поверхность 16.1, 16.2 промежуточного конуса 15. Так как дополнительное усилие F уже создано в блокирующем кольце 4, то увеличенная здесь перпендикулярная сила N воздействует на рампы 12.
В возможном, но не представленном здесь сочетании обоих вариантов синхронизатора 1 в соответствии с предложенным решением согласно Фиг. 3-11, промежуточный конус может посредством рамп опираться на шестерню, а синхронизирующие кольца могут также дополнительно опираться друг на друга посредством рамп.
На Фиг. 12 показан еще один вариант выполнения синхронизатора 1 в соответствии с предложенным решением, в котором, как и в вариантах выполнения синхронизатора 1, представленного на Фиг. 5 и 7, имеются первые рампы 12.1 и вторые рампы 12.2, отличающиеся друг от друга и расположенные соосно под первым углом β1 и вторым углом β2 к валу W.
На Фиг. 13-17 показан еще один вариант синхронизатора 1, выполненный в виде одноконусного синхронизатора. Это значит, что предусмотрено только блокирующее кольцо 4 с зубцами 4.1, опирающееся своей первой конической поверхностью 5 на вторую коническую поверхность 7 трения.
R
R
Для создания дополнительного усилия F предусмотрены два дополнительных конструктивных элемента 11.1 блока 11 деталей. Вторая коническая поверхность 7 расположена в самостоятельном конусообразном фрикционном элементе 20, который при создании дополнительного усилия F при синхронизации опирается на шестерню 6 посредством рамп 12. Кроме того, в качестве еще одного конструктивного элемента 11.1 блока 11 деталей предусмотрен усилительный элемент 21 с поверхностями трения, расположенными в осевом направлении, поверхностью 22.1 спереди в направлении s дополнительного усилия и поверхностью 22.2 сзади в направлении s дополнительного усилия.
R
Как четко видно, в частности, на Фиг. 14, на увеличенном элементе X с Фиг. 13, конусообразный фрикционный элемент 20 охватывает усилительный элемент 21 на манер крюка радиально изнутри и прилегает к передней поверхности 22.1 усилительного элемента 21. Усилительный элемент 21 своей задней поверхностью 22.1 прилегает к шестерне 6. Таким образом, при синхронизации на поверхностях 22.1, 22.2 возникает дополнительное трение, которое ускоряет процесс синхронизации. Поверхности 22.1, 22.2 расположены в кольцевой области 23.1 на внутренней окружности, выделенной на Фиг. 14 черным цветом. Усилительный элемент 21 имеет еще одну, внешнюю, кольцевую область 23.2, которой он опирается на блокирующее кольцо посредством показанных на Фиг.16 рамп 12. Усилительный элемент 21 также имеет несколько выступов 17, расположенных по окружности на равном расстоянии друг от друга против направления s дополнительного усилия, входящих в соответствующее отверстие 18, и, в зависимости от направления разницы частот вращения шестерни 6 и корпуса 2 синхронизатора, сцепляется внешними поверхностями 17.1, выступающими в качестве рампы 12, с внутренними поверхностями 18.1, выступающими в качестве рампы 12, создавая, таким образом, дополнительное усилие F.
Также в конусообразном фрикционном элементе 20, как это показано на Фиг. 15, увеличенном элементе XI с Фиг. 14, «венок» из выступов 17, расположенных по окружности на равном расстоянии друг от друга, с рампами 12, при этом выступы 17 входят в соответствующие отверстия 18 с внутренними поверхностями 18.1, выступающими в качестве рамп 12, на шестерне 6 и во время синхронизации прилегающими к рампам 12. Так как усилительный элемент 21 сцепляется с блокирующим кольцом 4, а конусообразный элемент сцепляется с шестерней 6, выступы 17 конусообразного фрикционного элемента 20 во время синхронизации при несинхронном вращении шестерни 6 и блокирующего кольца 4 прилегают внешней поверхностью 17.1 к внутренней поверхности 18.1 соответствующего отверстия 18 на шестерне 6. Внутренние поверхности 18.1 отверстия 18 на блокирующем кольце 4 и усилительном элементе 21 расположены в направлении s дополнительного усилия.
Как пояснено на Фиг. 15, 16 и 17, в отверстии 18 имеется монтажный допуск w, т.е. отверстие 18 расширено на монтажный допуск относительно окружной протяженности соответствующего выступа 17 для обеспечения легкого монтажа, т.е. для обеспечения стыковки выступа 17 и отверстия 18.
R
R
R
R
Так как дополнительное усилие F создается в двух различных областях, это позволяет достичь общего повышенного дополнительного усилия F. При несинхронном вращении во время синхронизации в первом синхронизирующем кольце 4 и шестерне 6 с помощью усилительного элемента 21 с его двумя поверхностями 22.1 и 22.2 в дополнение к коническим поверхностям 5, 7 создается дополнительное трение, значительно ускоряющее процесс синхронизации по сравнению с обычными одноконусными синхронизаторами. Кроме того, с помощью воздействующего на конусообразный фрикционный элемент 20 дополнительного усилия F усиливается трение на усилительном элементе 21, а за счет действующего на блокирующее кольцо дополнительного усилия F усиливается трение на конусообразных поверхностях 5, 7. И то, и другое ведет к значительному ускорению процесса синхронизации.
Как показано в качестве примера на Фиг. 15, между сцепленными деталями 10 или конструктивными элементами 11.1, т.е. между шестерней 6 с отверстием 18 и конусообразным фрикционным элементом 20 с выступом 17, предусмотрен зазор x, чтобы трение шестерни 6 и конусообразного элемента 20 происходило не за счет их торцов на относительно маленьких поверхностях (что могло бы уменьшить возможное дополнительное усилие), а за счет предназначенных для этого больших конических поверхностей. Непосредственно очевидным из чертежа является то, что расстояние x может иметь и другое значение, большее нуля. Это в свою очередь означает, что с помощью большего или меньшего, чем показанный на фигуре, зазора можно без особых затрат компенсировать осевые допуски между сцепляемыми деталями или в синхронизаторе.
На Фиг. 17, в отличие от Фиг. 16, показаны асимметричные рампы 12.1 и 12.2, которые, как показано также на Фиг. 4, 7 и 12, предназначены для передачи различных дополнительных осевых усилий аксиально к валу W под различными углами β1, β2.
Асимметричные рампы 12.1 и 12.2 на Фиг. 5, 7, 12 и 17 расположены таким образом, что первый угол β1 первых рамп 12.1 больше второго угла β2 вторых рамп. Как более подробно описано выше, понятно, что, в частности, при переключении на более высокие передачи, первый угол должен быть меньше второго угла.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
1,1′ синхронизатор
2,2′ корпус синхронизатора
3,3′ скользящая муфта
4,4′ блокирующее кольцо
4.1, 4.1′ зубцы
5,5′ первая коническая поверхность трения
6,6′ шестерня
7,7′ вторая конусообразная поверхность трения
8,8′ зацепляющие зубцы
9 самоусилитель
10 деталь
11 блок конструктивных элементов
11.1 конструктивный элемент
12 рампа
12.1 первая рампа
12.2 вторая рампа
13 синхронизирующее кольцо
14.1 передняя третья коническая поверхность трения
14.2 задняя третья коническая поверхность трения
15,15′ промежуточный конус
16.1, 16.1′ передняя четвертая коническая поверхность трения
16.2 задняя четвертая коническая поверхность трения
17,17′ выступ
17.1 внешняя поверхность
18 отверстие
18.1 внутренняя поверхность
19 передающий блок
19.1 передающий элемент
20 конусообразный фрикционный элемент
21 усилительный элемент
22.1 передняя поверхность трения
22.2 задняя поверхность трения
23.1 внутренняя кольцевая область
23.2 внешняя кольцевая область
N
n
F, F, N перпендикулярная сила
R
F дополнительное усилие
S
F усилие включения
U
F окружное усилие
W вал
β угол
β1 первый угол
β2 второй угол
f нормаль к поверхности
a
f осевой компонент нормали
u
f тангенциальный компонент нормали
s направление дополнительного усилия
k область силового потока
w монтажный допуск
x зазор