ПАКЕТ КОЛЕЦ СИНХРОНИЗАТОРА Российский патент 2011 года по МПК F16D23/02 

Изобретение относится к пакету колец синхронизатора для коробки переключения передач, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Синхронизирующее устройство в коробке переключения передач служит для того, чтобы сокращать разницу в частоте вращения между переключаемой передачей и валом коробки передач. Чтобы иметь возможность передавать высокие моменты сил трения, синхронизирующие устройства часто выполнены как многоконусные синхронизаторы. Такое синхронизирующее устройство содержит по существу следующие части: скользящую муфту, ступицу синхронизатора, внешнее кольцо синхронизатора, промежуточное кольцо, внутреннее кольцо синхронизатора и ходовое колесо. При этом внешнее кольцо синхронизатора, промежуточное кольцо и внутреннее кольцо синхронизатора вместе обозначаются как пакет колец синхронизатора.

Для обычных коробок переключения передач внешнее и внутреннее кольца синхронизатора изготовляются из латуни, а промежуточное кольцо из стали. Тем не менее, выполненный таким образом пакет колец синхронизатора не обладает необходимой прочностью, чтобы сопротивляться воздействующим высоким усилиям переключения и появляющимся высоким фрикционным нагрузкам, которые появляются в высоко нагруженных коробках передач. Эти высокие нагрузки появляются, в частности, в современных автоматизированных коробках переключения передач, вследствие преобладающих коротких времен переключения.

Необходимой прочности колец синхронизатора для синхронизирующих устройств в таких высоко нагруженных коробках передач достигают до сих пор посредством того, что, наряду с промежуточным кольцом, изготовляются из стали как внутреннее кольцо синхронизатора, так и внешнее кольцо синхронизатора. Однако, поскольку трущаяся пара сталь-сталь не обнаруживает каких-либо приемлемых фрикционных качеств, то требуется наносить по меньшей мере на одну из трущихся поверхностей трущейся пары дополнительный фрикционный слой, например, термически напыленный слой молибдена, порошковый слой или углеродный фрикционный слой. Это требует дополнительного технологического этапа для требующего и без того сложных и дорогих инструментов производства стальных колец синхронизатора. Применение пакетов колец синхронизатора с тремя стальными кольцами часто ведет к термическим проблемам. В таком случае, преобразование появляющихся высоких энергий, связанных с трением, в тепловую энергию ведет к сильному нагреванию колец синхронизатора. Это имеет значение особенно для внутреннего кольца синхронизатора, так как вследствие его экранирования наружным кольцом и промежуточным кольцом оно лишь слабо омывается трансмиссионным маслом. Вследствие этого охлаждение внутреннего кольца синхронизатора трансмиссионным маслом почти не происходит. Так как теплопроводность стали низка и тем самым можно пренебречь выравниванием температуры за счет теплопроводности кольца синхронизатора, может доходить в случае возникающего перегрева внутренних колец синхронизатора до разложения трансмиссионного масла. Высокие температуры внутри пакета колец синхронизатора могут вредить также фрикционному покрытию и в наихудшем случае приводить к свариванию внутреннего кольца синхронизатора с контактной поверхностью на ходовом колесе.

Поэтому с учетом этих фактов в основе настоящего изобретения лежит задача предоставления пакета колец синхронизатора, причем пакет колец синхронизатора может, с одной стороны, преобразовывать высокие усилия переключения, а с другой стороны, позволяет избегать перегрева внутреннего кольца синхронизатора, причем внутреннее кольцо синхронизатора одновременно должно экономично изготавливаться.

Согласно изобретению, эта задача решается посредством пакета колец синхронизатора для коробки переключения передач, содержащего внешнее кольцо синхронизатора, промежуточное кольцо и внутреннее кольцо синхронизатора, причем внешнее кольцо синхронизатора изготовлено из стального материала, промежуточное кольцо - из стального материала, а внутреннее кольцо синхронизатора - из медного материала.

Другими словами, наряду с промежуточным кольцом, также внешнее кольцо синхронизатора многоконусного синхронизирующего устройства для коробки переключения передач изготовлено из стали, в отличие от чего, внутреннее кольцо синхронизатора изготовлено из медного материала.

Выполненный таким образом пакет колец синхронизатора, внешнее кольцо синхронизатора которого изготовлено из другого материала, чем внутреннее кольцо синхронизатора, пренебрегает существующими в кругу специалистов предубеждениями. Так, до сих пор в кругах специалистов считалось, что внутреннее кольцо и внешнее кольцо многоконусного (т.е. многоступенчатого) синхронизатора должны состоять всегда из одного и того же материала. Более того, исходили из того, что для высоко нагружаемых передач, как например, современная автоматизированная коробка переключения передач с очень короткими временами переключения, в качестве материала была бы применима исключительно сталь, так как необходимая прочность может достигаться только за счет применения стали.

Неожиданно выяснилось, что не только с теми же самыми, а даже с более высокими нагрузками, чем при исключительно состоящем из стальных колец пакета синхронизатора, можно справляться с помощью комбинации внешнего кольца синхронизатора из стали и внутреннего кольца синхронизатора из медного материала, при сохранении известного промежуточного кольца из стали.

Для надежной функции внешнего кольца синхронизатора, которое должно использоваться в высоко нагружаемой передаче, существенно, что это кольцо синхронизатора имеет высокую прочность, высокую твердость и высокий модуль E, чтобы быть в состоянии воспринимать действующие высокие усилия переключения и чтобы гарантировать достаточно высокую износостойкость блокировочных зубьев.

В случае внутреннего кольца синхронизатора осевая сила прижатия при переключении передачи ведет, в противоположность внешнему кольцу синхронизатора, к сжимающей нагрузке. Растягивающие напряжения появляются только в окружном направлении, как следствие воздействующего момента сил трения. Вследствие этого для внутреннего кольца не требуется исключительно высокая прочность наружного кольца. Оказалось поразительным, что высокопрочные медные сплавы могут удовлетворять этим пониженным требованиям прочности для внутреннего кольца синхронизатора.

Более того, медные материалы обладают выгодными свойствами, которых сталь в этой форме не имеет. Так, теплопроводность соответствующих медных материалов отчетливо повышена по сравнению со сталью. Вследствие высокой теплопроводности, медные материалы обеспечивают, что, вопреки пренебрежительно малой циркуляции трансмиссионного масла в области внутреннего кольца синхронизатора и происходящему тем самым только незначительному отведению тепла трансмиссионным маслом, происходит достаточная компенсация температуры через внутреннее кольцо синхронизатора посредством его теплопроводности. Таким образом можно избегать описанных негативных эффектов в синхронизирующих устройствах в случае внутренних колец синхронизатора из стали.

В одном предпочтительном усовершенствовании внутреннее кольцо синхронизатора изготовлено из особого латунного сплава, или из алюминиевой бронзы, или из медно-никелевого сплава, или из медно-кобальтового сплава.

В случае этих типов сплавов речь идет о медных материалах, которые наряду с хорошей теплопроводностью имеют также высокую прочность, а также высокую износостойкость.

Одновременно упомянутые медные сплавы предоставляют то преимущество, что внутренние кольца синхронизатора из таких медных сплавов могут экономично производиться даже малыми партиями посредством штамповки.

В другом варианте осуществления внутреннее кольцо синхронизатора содержит по меньшей мере одну трущуюся поверхность, которая образована без фрикционного покрытия.

Наряду с уже упомянутыми выгодными свойствами медных материалов, они также имеют очень хорошие фрикционные свойства совместно с высокой износостойкостью. Поэтому, в противоположность до сих пор использовавшимся внутренним кольцам синхронизатора из стали, выгодным образом можно отказываться во многих случаях применения от нанесения дополнительного фрикционного слоя на по меньшей мере одной трущейся поверхности внутреннего кольца синхронизатора, вследствие чего производство дополнительно упрощается и удешевляется.

В качестве одной предпочтительной альтернативы, внутреннее кольцо синхронизатора имеет внешнюю трущуюся поверхность, которая образована с фрикционной нарезкой или с фрикционным слоем.

При двухступенчатой синхронизации внутреннее кольцо синхронизатора не находится во фрикционном соединении с ходовым колесом, поэтому только внешняя трущаяся поверхность выполнена с фрикционной нарезкой или с фрикционным слоем. Посредством опционального нанесения фрикционной нарезки, под которой понимаются предпочтительно расположенные подобно резьбе канавки, или фрикционного слоя, можно переходить к особенным требованиям к трущимся компонентам и соответственно устанавливать конкретные фрикционные соотношения, и таким образом оптимально согласовывать друг с другом трущиеся компоненты.

Предпочтительным образом внутреннее кольцо синхронизатора может быть выполнено так, что оно содержит внешнюю и внутреннюю трущуюся поверхность, которая снабжена фрикционной нарезкой или фрикционным слоем.

При трехступенчатой синхронизации внутреннее кольцо синхронизатора находится во фрикционном соединении также с ходовым колесом, поэтому как внутренняя, так и внешняя трущаяся поверхность образована либо с фрикционной нарезкой, либо с фрикционным слоем. Посредством опционального нанесения фрикционной нарезки или фрикционного слоя, можно переходить к особенным требованиям к трущимся компонентам и соответственно устанавливать конкретные фрикционные соотношения, и таким образом оптимально согласовывать друг с другом трущиеся компоненты.

Пример выполнения разъясняется посредством чертежей и посредством нижеследующего описания более подробно. При этом чертежи показывают:

Фиг.1: многоступенчатое синхронизирующее устройство с его существенными частями.

Фиг.2: соединенный пакет колец синхронизатора.

Фиг.3: поперечное сечение пакета колец синхронизатора.

Фиг.1 показывает в форме схематического подетального представления существенные части синхронизирующего устройства 10. Речь идет при этом о скользящей муфте 11, втулке или ступице 12 синхронизатора, внешнем кольце 13 синхронизатора, промежуточном кольце 14, внутреннем кольце 15 синхронизатора и о ходовом или паразитном колесе 16. На наружном кольце 13 находятся блокировочные зубья 17, на которые в процессе синхронизации воздействуют тяговые усилия. В противоположность этому внутреннее кольцо 15 образовано без зубьев. Во время процесса синхронизации, т.е. в смонтированном состоянии, части 11-16 синхронизирующего устройства 10 сдвинуты друг на друга. Промежуточное кольцо 14 и наружное кольцо 13 сдвинуты над внутренним кольцом 15 и в значительной степени обхватывают внутреннее кольцо 15. Вследствие этого обхвата в значительной степени исключена циркуляция трансмиссионного масла у поверхности внутреннего кольца 15. Таким образом, могло бы приводить к аккумуляции тепла, если бы внутреннее кольцо 15 было сделано из стали, а не как предложено, - из медного материала, который отводил бы возникающее тепло от поверхности внутреннего кольца 15 через кольцо синхронизатора посредством его превосходной теплопроводности.

Фиг.2 показывает, в пространственном представлении, смонтированный пакет синхронизатора из внешнего кольца 13 синхронизатора, промежуточного кольца 14 и внутреннего кольца 15 синхронизатора для трехступенчатой синхронизации.

Фиг.3 показывает в сечении смонтированный пакет колец синхронизатора из внешнего кольца 13 синхронизатора, промежуточного кольца 14 и внутреннего кольца 15 синхронизатора для трехступенчатой синхронизации. Трущаяся поверхность 20 внешнего кольца 13 синхронизатора образует пару трения с одной стороной промежуточного кольца 14. Другая сторона промежуточного кольца 14 образует пару трения с внешней трущейся поверхностью 19 внутреннего кольца 15. Внутренняя трущаяся поверхность 18 внутреннего кольца 15 образует пару трения с ходовым колесом 16. Фиг.3 разъясняет стесненные соотношения в смонтированном состоянии и сильно ограниченные возможности для циркуляции трансмиссионного масла.

В случае двухступенчатой синхронизации отсутствует пара трения из внутренней трущейся поверхности 18 внутреннего кольца 15 и ходового колеса 16.

Таблица показывает значения теплопроводности, а также значения прочности нескольких примерных сплавов, таких как алюминиевая бронза, медно-никелевый сплав, медно-кобальтовый сплав и особая латунь.

Сплав Теплопроводность
(Вт/м·К) Предел прочности Rm(Н/мм ² ) CuAl₈Fe₃ 80 700 CuNi₂Si 160 500 CuCo₂Be 220 650 CuZn₃₁Ni₇Al₄Si₂Fe 70 830

Теплопроводность общепринятой марки стали для кольца синхронизатора лежит, в сравнении с этим, при <40 Вт/м·К.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к пакету колец синхронизатора для коробки переключения передач. Пакет колец синхронизатора для коробки переключения передач содержит внешнее кольцо синхронизатора, промежуточное кольцо и внутреннее кольцо синхронизатора. Внешнее и промежуточное кольца синхронизатора изготовлены из стального материала. Внутреннее кольцо синхронизатора изготовлено из медного материала, например из латунного сплава, алюминиевой бронзы, медно-никелевого сплава, медно-кобальтового сплава. Решение направлено на повышение прочности пакета колец синхронизатора. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Пакет колец синхронизатора для коробки переключения передач, содержащий внешнее кольцо (13) синхронизатора, промежуточное кольцо (14) и внутреннее кольцо (15) синхронизатора, отличающийся тем, что внешнее кольцо (13) синхронизатора изготовлено из стального материала, промежуточное кольцо (14) - из стального материала, а внутреннее кольцо (15) синхронизатора - из латунного сплава или из алюминиевой бронзы или из медно-никелевого сплава или из медно-кобальтового сплава.

2. Пакет колец синхронизатора по п.1, отличающийся тем, что внутреннее кольцо (15) синхронизатора имеет, по меньшей мере, одну трущуюся поверхность, которая образована без фрикционного покрытия.

3. Пакет колец синхронизатора по п.1, отличающийся тем, что внутреннее кольцо (15) синхронизатора имеет внешнюю трущуюся поверхность, которая выполнена с фрикционной нарезкой или с фрикционным слоем.

4. Пакет колец синхронизатора для коробки переключения передач, содержащий внешнее кольцо (13) синхронизатора, промежуточное кольцо (14) и внутреннее кольцо (15) синхронизатора, отличающийся тем, что внешнее кольцо (13) синхронизатора изготовлено из стального материала, промежуточное кольцо (14) - из стального материала, а внутреннее кольцо (15) синхронизатора - из медного материала, причем внутреннее кольцо (15) синхронизатора имеет внешнюю и внутреннюю трущуюся поверхность, которые выполнены с фрикционной нарезкой или с фрикционным слоем.