СИНХРОНИЗАТОР Российский патент 2016 года по МПК F16D23/02 

Областью использования синхронизатора являются транспортные средства и самоходные машины оборудованные двигателем внутреннего сгорания (ДВС - в дальнейшем) автомобили, тракторы, строительные, дорожные, сельскохозяйственные машины, военная техника. Синхронизатор может применяться в их трансмиссионных агрегатах: коробках передач и раздаточных коробках, ходоуменьшителях, механизмах поворота.

Первым аналогом предлагаемого синхронизатора является [1]. В предлагаемом в [1] синхронизаторе шестерня имеет коническую синхронизирующую поверхность выполненную в теле шестерни с внутренней стороны относительно ее зубьев коаксиально делительному цилиндру зубьев. Блокирующее кольцо установлено на ступице синхронизатора с возможностью осевого перемещения и поворота относительно ступицы на угол, определяемый толщиной блокирующего зуба. Перемещение блокирующего кольца относительно шестерни, в направлении ее перемещения при включении передачи, ограничивается пружинным стопорным кольцом, установленным в шестерне. Ступица синхронизатора установлена на шлицах вала и пружиной прижимается к пружинному стопорному кольцу, установленному на вале. Зубья, посредством которых шестерня соединяется с валом, выполнены на шестерне и ступице. Работает такой синхронизатор как описано ниже. При включении передачи вилка прижимает шестерню к конической синхронизирующей поверхности блокирующего кольца. Блокирующее кольцо в результате действия момента трения поворачивается относительно ступицы, и при дальнейшем перемещении вместе с шестерней блокируется, упираясь своими зубьями в блокирующие зубья ступицы. При этом происходит самозатягивание синхронизатора. При дальнейшем перемещении вилки и шестерни пружина ступицы сжимается. После окончания процесса синхронизации блокирующее кольцо разблокируется и внутренние зубья шестерни начинают входить в зацепление с зубчатым венцом ступицы, пружина ступицы при этом разжимается и, если зуб ступицы попадет на зуб шестерни, то ступица и шестерня в зацепление входят не сразу, а только после полного перемещения вилки и шестерни и небольшого поворота шестерни относительно ступицы. При выключении передачи вилка выводит шестерню из зацепления со ступицей синхронизатора.

Вторым аналогом предлагаемого синхронизатора является [2]. Этот синхронизатор представляет собой развитие синхронизатора описанного в [1], направленное на увеличение момента синхронизации и исключение несинхронизируемых условий.

Недостатком описанного в [1] и [2] синхронизаторов является обеспечение самозатягивания только при переходе с низшей на высшую передачу или наоборот, что вынуждает использовать переключение сжатым воздухом с участием шестерни другой передачи при отсутствии самозатягивания.

Третьим аналогом предлагаемого синхронизатора является [3]. Описанный в [3] синхронизатор, с целью увеличения момента синхронизации, отличается от [1] и [2] увеличенным коэффициентом трения на блокирующем кольце. С этой целью на синхронизирующую поверхность трения блокирующего кольца наносится материал пироуглерод, представляющий собой композитный материал, выполненный для оптимальной производительности синхронизатора и исключения несинхронизируемого включения передачи.

Недостатком этого синхронизатора является то, что поднимать коэффициент трения на основных синхронизирующих поверхностях не рекомендуется в связи с ухудшением условий для разблокирования блокирующего кольца и нестабильностью коэффициента трения на блокирующем кольце.

Дело в следующем. Угол синхронизации (для каждого типа синхронизатора он означает разное) вычисляется исходя из коэффициента трения на блокирующем кольце и коэффициента трения блокирующего элемента синхронизатора о муфту или каретку; чем эти коэффициенты трения больше, тем больше угол синхронизации, измеренный от плоскости, перпендикулярной к осевой вала. Методика вычисления угла синхронизации применительно к синхронизаторам разных типов подробно описана в [4]. При износе синхронизатора коэффициент трения на блокирующем кольце уменьшается, а коэффициент трения блокирующего элемента синхронизатора о муфту или каретку практически не меняется или незначительно увеличивается. Это приводит к преждевременному разблокированию блокирующего кольца и включению передачи при незавершившейся до конца синхронизации.

Автор работал на автобусах ″Икарус″ - 415 в Филевском автобусно-троллейбусном парке и 6-ом автобусном парке г. Москва, автор перегонял шарнирносочлененные автобусы ″Икарус″ - 435. У этих автобусов передачи включались плохо. На рычаг приходилось давить, синхронизатор ″закусывал″ и передача не включалась. Процесс синхронизации был длительным. Сцепление здесь абсолютно ни при чем. Это было у всех автобусов этих марок, и проявлялось в различной степени. Такое было у автобусов, имеющих коробку передач в хорошем состоянии. Даже у абсолютно новых автобусов ″Икарус″ - 415 и ″Икарус″ - 435 были эти явления. У этих автобусов, имеющих коробку передач в плохом состоянии синхронизатор ″закусывал″ тоже, но относительно быстро разблокировался, и передача включалась со скрежетом при не до конца выравненных оборотах шестерни и вала. У автобусов ″Икарус″ - 415, имеющих коробку передач в очень плохом состоянии, третья и пятая передача были ″выдолбаны″ и включались без синхронизации вообще с большим скрежетом, т.е. синхронизаторы не ″закусывали″, на таких автобусах работал автор. Подобные проблемы были и у автобусов ″Икарус″ - 435.

Первое решение проблемы синхронизации - ″перегазовка″. Автор ее широко использовал. У автобусов ″Икарус″ - 415, имеющих коробку передач в хорошем состоянии ″перегазовка″ безусловно помогала. Однако, если чуть - чуть не ″угадал″ обороты синхронизатор ″закусывал″, на рычаг приходилось давить, иногда это вызывало преждевременное разблокирование синхронизатора и включение передачи при не до конца выравненных оборотах шестерни и вала, что вызывало скрежет. Иначе говоря, машина ″перегазовке″ не подчинялась, или подчинялась плохо. У автобусов ″Икарус″ - 415, имеющих коробки передач в плохом и очень плохом состоянии ″перегазовка″ также безусловно помогала, т.к. при сильно ″выдолбаных″ синхронизаторах это позволяло значительно уменьшить скрежет при переключении передач и увеличить ресурс коробки.

Дело в том, что коробки передач автобусов ″Икарус″ - 415 и ″Икарус″ - 435 надо правильно разрабатывать. У тех водителей, кто давил на рычаг, вызывая включение передачи, коробка ходила дольше, подчеркиваю значительно дольше, чем у тех, кто резко включал передачу и бил по рычагу, с целью включения передачи.

Так в чем же дело? Дело именно в том, что в коробках передач ″Икарус″ - 415 и ″Икарус″ - 435 на блокирующих кольцах подняли коэффициент трения, но не смогли обеспечить разблокирование блокирующих колец и стабильность коэффициента трения в течении всего ресурса автобуса. По этой причине у новых автобусов синхронизатор ″закусывал″ и выравнивал обороты, а затрудненное включение передач объясняется именно ухудшенным разблокированием по причине увеличенного коэффициента трения на блокирующих кольцах. При эксплуатации автобуса коэффициент трения на блокирующих кольцах уменьшается, а угол синхронизации не меняется. Применительно к коробкам передач автобусов ″Икарус″, угол синхронизации - это угол скоса блокирующих зубьев, измеренный от плоскости, перпендикулярной к осевой вала. По этой причине разблокирование синхронизатора происходит при невыравненных до конца оборотах шестерни и вала при уменьшении коэффициента трения на блокирующих кольцах, а уж включение передачи практически без синхронизации происходило при уменьшении коэффициента трения до минимально возможного значения.

Сделаем вывод: коэффициент трения на блокирующих кольцах должен достигать того значения, которое можно обеспечить в течении всего срока службы транспортного средства, т.е. в течении всего его эксплуатационного моторесурса.

Примеров тому немало. Автор, работая водителем - перегонщиком в 6-ом автобусном парке, перегонял автобусы ″Икарус″ - 280, 2000 г. выпуска, передачи включались нормально, причиной этому было обеспечение на блокирующих кольцах меньшего коэффициента трения, что обеспечивало их разблокирование. Однако, на некоторых автобусах ″Икарус″ - 280 при включении передач, коробка издавала скрежет, что говорит о том, что при износе блокирующих колец коэффициент трения на них уменьшался, что являлось причиной того, что передачи включались при до конца не закончившейся синхронизации. В таких случаях на автобусах ″Икарус″ 2-ого поколения на рычаг нужно давить с малой силой, и передача включится или делать ″перегазовку″. Автор работал на автобусах МАЗ - 103 с пятиступенчатой коробкой Praga и шестиступенчатой Renault Midr передачи включались изумительно, но тем не менее весь ресурс автобуса синхронизаторы не выхаживали. Автор работал на автобусе ЛиАЗ - 5256 с коробкой ZF S6 - 85, синхронизаторы ″закусывали″, но разблокировались и передачи включались неплохо, но и у коробок ZF синхронизаторы весь срок службы автобуса не ходят.

Известно, что ресурс механической ступенчатой коробки передач значительно меньше, чем у гидромеханической передачи. Одной из причин этого является малый ресурс синхронизаторов.

Сделаем вывод: на коммерческих автомобилях традиционный известный одноконусный синхронизатор не может обеспечивать достаточного ресурса.

Необходимо учесть то, что автобусы ЛиАЗ - 5256 и МАЗ - 103 с механической ступенчатой коробкой передач списывали раньше, чем те же автобусы с гидромеханической передачей.

Традиционный известный одноконусный синхронизатор может обеспечивать стабильность эксплуатационных характеристик и достаточный ресурс только на легковых автомобилях, имеющих малый ресурс до капитального ремонта, редко превышающий 300 тыс. км пробега, например, автомобили ″Волга″, или 125 тыс. км пробега, например, автомобили ВАЗ.

Автору этой работы попало в руки руководство по эксплуатации автобусов ″Икарус″ 2-ого поколения, в котором написано, что через 80 тыс. км пробега синхронизаторы необходимо заменить, на практике же, например, на автобусах ″Икарус″ - 415, 435, 280 коробка передач ходила весь срок службы автобуса. Автобусы ″Икарус″ - 415 и 435 списывали именно из-за коробки.

Как видим, проблема повышения ресурса синхронизаторов стоит довольно остро. Также довольно остро стоит проблема увеличения момента синхронизации.

Как описано выше, поднимать коэффициент трения на блокирующих кольцах нельзя, а уж если его увеличили, то нужно обеспечить его стабильность в течении всего срока службы коробки передач.

Необходимо обеспечить то, чтобы при очень малой силе водителя на рычаге переключения передач, момент синхронизации был большим, в противном случае, если необходимость обеспечения требуемого момента синхронизации вызывает необходимость прикладывания к рычагу переключения передач большой силы, ресурс синхронизатора будет очень мал.

Сделаем вывод: проблемы увеличения ресурса синхронизаторов и увеличения момента синхронизации взаимосвязаны.

Момент синхронизации и ресурс синхронизатора связаны тем, что чем больше момент синхронизации, тем меньше сила на рычаге переключения передач и тем больше ресурс синхронизатора. По этой причине, момент синхронизации необходимо увеличивать, а силу на рычаге переключения передач - уменьшать. Но как это сделать, если коэффициент трения на основных синхронизирующих поверхностях поднимать не рекомендуется?

Выход один: увеличивать количество поверхностей трения. Это реализовано в многоконусных и многодисковых синхронизаторах.

Многоконусный синхронизатор применяется в коробках передач ZF S6 - 85, устанавливаемых на автобусы ЛиАЗ - 5256 в качестве синхронизатора первой и второй передачи [5]. По совокупности вышеизложенных причин, многоконусный синхронизатор принимается за четвертый аналог предлагаемого синхронизатора.

Многоконусный синхронизатор подробно описан в [4]. В таком синхронизаторе осевые силы распределяются по трем концентрично расположенным поверхностям трения. Между двумя главными конусами, принадлежащими блокирующему кольцу и шестерне, расположены два дополнительных концентрических кольца, каждое из которых имеет по две поверхности трения. Первое из дополнительных конусных колец имеет шипы, которые входят в соответствующие пазы блокирующего кольца. Второе дополнительное конусное кольцо соединяется шипами с шестерней, для чего в конусном выступе шестерни профрезерованы пазы. Блокирующее кольцо и связанное с ним шипами конусное кольцо изготовляют из фосфористой бронзы, а конусное кольцо, соединенное с шестерней, - из стали.

В описанном в [4] синхронизаторе вместо одной поверхности трения, присущей одноконусным инерционным синхронизаторам, образуются три поверхности трения. При условии, что конструктивные осевые зазоры между отдельными кольцами обеспечивают равномерное распределение силы включения между всеми тремя поверхностями трения, то момент синхронизации увеличивается по сравнению с обычными одноконусными синхронизаторами приблизительно в три раза.

Теоретические преимущества многоконусного синхронизатора подтверждаются на практике. При переключении передач в одинаковых условиях эксплуатации значительно уменьшается сила, требующаяся для выполнения этого процесса, а при равных силах сокращается время синхронизации и общее время включения передачи.

Кроме увеличенного момента синхронизации, многоконусный синхронизатор обладает надежной блокировкой при любых методах переключения передач. Это объясняется стабильностью коэффициента трения между конусными фрикционными поверхностями. В [4] отмечается, что многоконусный синхронизатор, имеющий размеры типичного одноконусного синхронизатора, надежно работает при коэффициенте трения 0,025, что намного ниже значений коэффициента трения, используемых в одноконусных синхронизаторах. Такой низкий коэффициент трения обеспечивает высокую долговечность многоконусного синхронизатора, а также исключает случаи прихватывания конусов и вызванных этим больших трудностей при включении передачи, которые наблюдаются в одноконусных синхронизаторах при повышении коэффициента трения до 0,10-0,11.

Об эффективности многоконусного синхронизатора можно судить по отношению момента синхронизации к моменту блокировки. Синхронизатор эффективен в том случае, если момент синхронизации больше момента блокировки. В противном случае синхронизатор не будет блокироваться.

В синхронизаторе 1940-х годов с одним синхронизирующим кольцом блокировка происходила при коэффициенте трения 0,04. Однако эффективность и момент синхронизации обеспечивались за счет больших габаритных размеров синхронизатора. Эффективность современного одноконусного синхронизатора достигается за счет высокого коэффициента трения на конических синхронизирующих поверхностях. Блокировка современного одноконусного синхронизатора происходит при значениях коэффициента трения больших 0,075. По мере износа конических синхронизирующих поверхностей и заглаживания канавок выполняемых на конусах для разрыва масляной пленки и лучшего сцепления синхронизирующего кольца с шестерней включаемой передачи, реализуемый коэффициент трения уменьшается. Это приводит к ненадежной блокировке скользящей зубчатой муфты, зубья которой могут вступать в зацепление с зубьями муфтового соединения шестерни включаемой передачи раньше, чем выровняются их угловые скорости.

В трехконусном синхронизаторе с дополнительным блокирующим кольцом надежность блокировки во всех случаях обеспечивается самой возможностью ее осуществления при весьма небольшом коэффициенте трения около 0,025.

Автор работал на автобусе ЛиАЗ - 5256 с коробкой ZF S6 - 85, вторая передача включалась лучше, чем практически все остальные. Это подтверждает эффективность многоконусного синхронизатора.

Однако, надо заострить внимание на том, что дополнительные синхронизирующие кольца связаны с блокирующим кольцом и шестерней соответственно при помощи шипов без какой-либо осевой фиксации, например, при помощи кольцевых дисковых пружин. По этой причине при движении транспортного средства на выключенных передачах, включаемых многоконусным синхронизатором, конические синхронизирующие поверхности вала и шестерни находятся в постоянном взаимодействии, в результате чего возникают моменты трения, действующие на шестерню и на вал, что приводит к потерям мощности и уменьшению коэффициента полезного действия (КПД - в дальнейшем) коробки передач. Эти потери особенно велики при загустевшем масле.

Из этого вытекает первый недостаток четвертого аналога предлагаемого синхронизатора: уменьшение КПД коробки передач по причине потерь мощности на многоконусных поверхностях трения.

Особенно велики потери в многодисковых синхронизаторах.

В одноконусных синхронизаторах блокирующие кольца могут стягиваться витыми цилиндрическими стяжными пружинами. Подобные синхронизаторы изображены, например, в [6] и [7] на рис. 7.10. В многоконусных синхронизаторах осевая фиксация промежуточных колец трения не предусмотрена.

По этой причине многоконусный синхронизатор в коробке передач ZF S6 - 85 применен только для первой и второй передач.

Кроме того, надо учесть то, что синхронизирующие кольца, находящиеся в постоянном трении, необходимо смазывать, что может приводить к усложнению коробки передач и к потерям мощности.

Необходимо учесть то, что многоконусный синхронизатор сложнее обычного одноконусного.

Из чего можно сформулировать второй недостаток четвертого аналога предлагаемого синхронизатора: сложность конструкции.

Пятым аналогом предлагаемого синхронизатора является синхронизатор второй и третьей передач коробки передач КамАЗ - 14 и КамАЗ - 141 [5]. Этот синхронизатор имеет два блокирующих кольца, одно из них предназначено для включения второй передачи, а второе - для третьей. Блокирующие кольца соединены двенадцатью пальцами, из них восемь пальцев - блокирующие, а четыре пальца - пальцы фиксаторов. Блокирующие пальцы и пальцы фиксаторов установлены в каретке синхронизатора. Каретка имеет три внутренних зубчатых венца, средний зубчатый венец предназначен для установки каретки на шлицах ведомого вала, а два крайних зубчатых венца - для соединения с внешними зубчатыми венцами шестерен второй и третьей передачи соответственно. Крайние зубчатые венцы каретки и зубчатые шестерен образуют ″замок″ зубьев, препятствующий самовыключению передачи. Каретка синхронизатора имеет внешнюю проточку для взаимодействия с вилкой.

Блокирующие пальцы имеют в средней части конические поверхности, являющиеся блокирующими. Отверстия в диске каретки, через которые проходят блокирующие пальцы, имеют также блокирующие поверхности в виде фасок с каждой стороны отверстия. Фрикционные кольца не имеют жесткой связи с кареткой и могут смещаться относительно нее при включении и выключении передачи.

Применительно к описываемому известному инерционному синхронизатору, угол синхронизации - это угол наклона блокирующих поверхностей каретки и пальцев к плоскости перпендикулярной к осевой вала.

Работает такой синхронизатор как описано ниже. При включении передачи вилка воздействует на каретку, которая прижимает одно из блокирующих колец к конусу шестерни. Сначала блокирующее кольцо прижимается к конусу шестерни силой, максимальное значение которой определяется суммарной силой упругости пружин фиксаторов. При переключении с низшей на высшую передачу, шестерня вращается быстрее вала; при переключении с высшей на низшую шестерня вращается медленнее вала. Сила фиксатора создает первоначальный момент трения, действующий на блокирующее кольцо и вызывающий его угловое смещение по причине разности линейных скоростей на конусах. Под действием этого момента трения синхронизатор блокируется (″закусывает″), т.е. происходит угловой сдвиг пальцев относительно каретки, вызывающий взаимодействие блокирующих поверхностей пальцев и каретки. После этого на блокирующее кольцо начинает действовать момент синхронизации, создаваемый силой, приложенной к вилке. Инерционные массы коробки при этом тормозятся или разгоняются, на них действует инерционный момент, который преодолевается моментом синхронизации, и посредством момента трения на блокирующем кольце передается на пальцы, прижимая их к каретке, создавая момент блокировки. Когда частоты выровняются, инерционный момент и момент блокировки исчезают. Блокирующее кольцо разблокируется и зубья каретки при ее осевом перемещении входят в зацепление с зубчатым венцом шестерни.

Пальцы фиксаторов имеют одну кольцевую проточку, для фиксации шариком фиксатора нейтрального положения. Кольцевые проточки, соответствующие включенным передачам, на пальцах отсутствуют, следовательно, фиксатор каретки при включенной передаче каретку не фиксирует.

Из этого следует первый недостаток пятого аналога предлагаемого синхронизатора: фиксатор синхронизатора не фиксирует каретку в положениях, соответствующих включению передачи.

Фиксация включенной передачи обеспечивается замком зубьев каретки и шестерни и фиксаторами вилки. Это вызывает износ сухарей вилки при изношенных зубчатых венцах шестерни и каретки.

При выключении передачи, блокирующее кольцо, соединенное пальцами с блокирующим кольцом выключаемой передачи, прижимается пальцами к конусу шестерни противоположной передачи, включаемой данным синхронизатором, т.е. например, при выключении третьей передачи к шестерне второй передачи прижимается блокирующее кольцо второй передачи и наоборот. Это вызывает дополнительный износ блокирующих колец без необходимости, т.к. не всегда после третьей включается вторая передача.

Сформулируем второй недостаток описываемого традиционного известного синхронизатора: большой износ блокирующих колец при выключении передачи.

Синхронизатор коробок передач КамАЗ представляет собой обычный одноконусный синхронизатор с увеличенным коэффициентом трения на блокирующих кольцах, обеспеченном соответствующей обработкой блокирующих колец.

Этому синхронизатору присущи все недостатки таких синхронизаторов: ненадежная блокировка при износе, включение передачи со скрежетом, малый момент синхронизации.

На автомобиле КамАЗ - 4310 автор пересдавал экзамен на категории ″ВС″ в далеком 1995 году. Необходимо отметить, что синхронизаторы безусловно выполняли свою функцию, но при увеличении силы на рычаге передачи включались со скрежетом, а у некоторых автомобилей КамАЗ передачи самопроизвольно выключались.

Основная проблема таких синхронизаторов в том, что они неразборные. При износе блокирующих колец или потере упругости пружин фиксаторов такие синхронизаторы не восстанавливаются, и их приходится заменять.

Сформулируем четвертый и основной недостаток пятого аналога предлагаемого синхронизатора: невозможность разборки синхронизатора с целью его восстановления, неудовлетворительная ремонтопригодность синхронизатора.

Необходимо отметить, что это общий недостаток так называемых ″пальчиковых″ синхронизаторов. Автор работал на седельном тягаче МАЗ - 64221 (″тутаевец″). Передачи начали выключаться самопроизвольно, коробку разобрали. Синхронизаторы там тоже ″пальчиковые″ и отличаются от синхронизаторов КамАЗ тем, что делительный диаметр зубьев, посредством которых шестерня соединяется с валом больше среднего диаметра трения блокирующих колец, чтобы разгрузить зубья от больших сил. Коробка имеет демультипликатор, всего передач девять. Синхронизатор второй, третьей, шестой, седьмой пришлось заменять только из-за того, что лопнули пружины фиксаторов. Синхронизация была изумительной. Синхронизатор стоил примерно 20000 рублей. Вот, что такое ″пальчиковые″ синхронизаторы.

Общим для первого аналога [1], для второго аналога [2], для третьего аналога [3], четвертого аналога [4], пятого аналога [5] является то, что они имеют коническую синхронизирующую поверхность выполненную в теле шестерни концентрично делительному цилиндру зубьев, при этом средний диаметр трения синхронизирующей поверхности меньше делительного диаметра зубьев. Применительно к синхронизатору КамАЗ это выполнено применительно к шестерне второй передачи.

Сходство предлагаемого синхронизатора с первым аналогом [1], вторым аналогом [2], с третьим аналогом [3], четвертым аналогом [4], пятым аналогом [5], заключается в том, что предлагаемый синхронизатор имеет по меньшей мере одну коническую синхронизирующую поверхность трения выполненную в теле шестерни концентрично делительному цилиндру зубьев, при этом средний диаметр трения синхронизирующей поверхности меньше делительного диаметра зубьев.

Отличия его от аналогов заключаются в том, что эта поверхность трения может быть дополнительной к основной,

Предлагаемый синхронизатор является пионерским изобретением, по этой причине его прототипом, т.е. наиболее близким по технической сущности является синхронизатор фирмы ZF, описанный в [5].

В [5] приводится описание синхронизатора третьей и четвертой передачи коробки ZF S6 - 85. Синхронизатор имеет две полу муфты, которые имеют зубчатые венцы с наружными зубьями, полумуфты соединены шлицами с шестернями третьей и четвертой передач, свободно вращающимися на вторичном валу на игольчатых подшипниках. Между шестернями на шлицевой части вторичного вала находится ступица синхронизатора. На наружной поверхности ступицы нарезаны шлицы, на которых с возможностью осевого перемещения установлена муфта синхронизатора, которая имеет внутренние зубья с блокирующими скосам на торцах, в дальнейшем эти зубья будем называть блокирующими зубьями, они же предназначены для соединения муфты и шестерни. На муфте снаружи выполнена проточка для вилки механизма переключения передач, в нее входят два сухаря вилки. Муфта фиксируется на ступице сухарями фиксаторов, поджатыми пружинами. Синхронизатор имеет два блокирующих кольца, также имеющих внешние зубья со скосами.

В торцовой части ступицы имеются вырезы, в которые входят выступы блокирующих колец, поэтому ступица со скользящей муфтой и блокирующие кольца вращаются совместно. Ширина вырезов ступицы больше ширины выступов блокирующих колец на половину толщины зуба (четверть шага), благодаря чему блокирующие кольца имеют возможность небольшого углового смещения относительно ступицы и скользящей муфты. Блокирующие кольца установлены так, что внешними диаметральными поверхностями зубьев, т.е. поверхностями диаметра вершин зубьев, они взаимодействуют с внутренней цилиндрической поверхностью муфты, и при ее нахождении в нейтральном положении с конусами полумуфт не взаимодействуют.

Синхронизатор работает как описано ниже. При включении одной из передач, скользящая муфта вместе с сухарями фиксатора смещается водителем с помощью рычага, дистанционного привода и вилки относительно нейтрального положения. Сухари фиксаторов прижимают блокирующее кольцо к конической полумуфте с небольшой силой, которая зависит от силы упругости пружины, центробежной силы, действующей на сухарь, геометрии муфты и сухаря, и коэффициента трения, в месте их контакта. Шестерня включаемой передачи и вал вращаются с разными угловыми скоростями. По этой причине, под влиянием момента трения, появляющегося в результате взаимодействия конусов шестерни и блокирующего кольца, последнее поворачивается относительно ступицы и скользящей муфты до упора боковыми стенками выступа в боковые грани вырезов ступицы. Когда включаемая передача включается при переходе с низшей на высшую передачу, то шестерня вращается быстрее вала, и в процессе синхронизации она тормозится, то блокирующее кольцо поворачивается в направлении вращения ведомого вала и шестерни. В случае включения передачи при переходе с высшей на низшую передачу, шестерня вращается медленнее вала и в процессе синхронизации она разгоняется вместе с ведущим и промежуточным валом, то блокирующее кольцо поворачивается относительно ступицы и муфты в направлении противоположном их вращению. По причине углового смещения зубчатых венцов блокирующего кольца и скользящей муфты на четверть шага, на четверть шага, наружные зубья блокирующего кольца прижимаются своими скосами к скошенным под тем же углом, так происходит процесс синхронизации.

Итак, в процессе синхронизации шестерня включаемой передачи, а вместе с ней промежуточный и ведущий валы и остальные шестерни коробки передач, тормозятся или разгоняются. В системе отсчета связанной с шестерней включаемой передачи на шестерню действует момент инерции инерционных масс коробки, приведенный к шестерне включаемой передачи, и момент трения от блокирующего кольца, направлении их противоположно, кроме того на инерционные массы коробки передач действует момент сопротивления их вращению, вызванный трением в подшипниках, сопротивлением масляной среды. Величина момента инерции тем больше, чем больше угловое ускорение. Посредством момента трения в контакте блокирующего кольца с конусом шестерни, момент инерции передается на блокирующее кольцо, и оно блокирует включение передачи, упираясь скосами своих зубьев в скосы блокирующих зубьев муфты. Это происходит до тех пор, пока угловое ускорение шестерни станет равным нулю. После этого блокирующее кольцо разблокируется, т.к. исчезает момент, друг к другу скошенные зубья блокирующего кольца и муфты.

Иначе говоря, принцип действия прототипа предлагаемого синхронизатора представляет собой принцип действия обычного инерционного муфтового синхронизатора, в котором блокирующие зубья объединены с зубьями включения передачи.

При выключении передачи муфта выходит из зацепления с зубьями шестерни и блокирующего кольца, и под действием сил трения отводит последнее от шестерни.

Достоинства такого синхронизатора перед другими типами инерционных синхронизаторов сводятся к следующему.

Во-первых, объединение блокирующих зубьев и зубьев включения передачи позволяет увеличить общую площадь блокирующих поверхностей и, в результате этого, уменьшить давление на блокирующих поверхностях, возникающее при включении передачи.

Во-вторых, установка блокирующих колец в муфте позволяет обеспечить их замену.

В-третьих, увеличенный диаметр зубьев включения позволяет уменьшить действующую на них силу и уменьшить ударную нагрузку на них при включении передачи при незакончившейся синхронизации.

В-четвертых, описанная выше конструкция синхронизатора позволяет при поломке фиксатора не менять полностью синхронизатор, а легко заменить пружину и, при необходимости, сухарь фиксатора.

Первый недостаток прототипа предлагаемого синхронизатора заключается в том, что он представляет собой типичный современный инерционный одноконусный синхронизатор с увеличенным коэффициентом трения на конических синхронизирующих поверхностях блокирующих колец. По этой причине его основные недостатки: малый момент синхронизации, малый ресурс, меньший чем ресурс остальных элементов транспортного средства и транспортного средства в целом.

Второй его недостаток заключается в том, что при поломке пружины фиксатора начинается самопроизвольное выключение передач, т.е. передачи ″вылетают″, т.к. центробежной силы инерции явно не хватает для фиксации передачи.

Третий недостаток прототипа заключается в том, что блокирующие кольца при выключенных передачах могут взаимодействовать с конусами шестерен, что не исключается конструкцией синхронизатора.

Известны одноконусные инерционные синхронизаторы, в которых блокирующие кольца стягиваются стяжными пружинами, например, [6]. Подобные синхронизаторы показаны в [7] применительно к девятиступенчатой коробке передач на рис. 7.10.

Автор работал на автобусах ЛиАЗ - 5256 с коробкой передач ZF S6 - 85. На автобусах с изношенной коробкой со скрежетом включались все передачи, кроме первой и второй передач, но это не главный недостаток этой коробки. Главный ее недостаток в том, что у изношенных коробок происходит самопроизвольное выключение передачи, т.е. передачи ″вылетают″.

Причиной этого является то, что пружины фиксаторов ломаются или теряют упругость. Запчастей к этой коробке нет. Автобусы ЛиАЗ - 5256 с этим ходили до списания, водителям было трудно включать передачи снова, и, в конце концов, эти машины списывали именно из-за коробки.

Вернемся к автобусам ″Икарус″. У автобусов ″Икарус″ 2-ого и 4-ого поколения, какой бы плохой ни была синхронизация, передачи никогда самопроизвольно не выключались, т.е. не ″вылетали″.

В чем же дело? Дело в интересной и эффективной конструкции фиксатора. Фиксатор шестиступенчатой коробки передач автобусов ″Икарус″ представляет собой полый цилиндр с плунжером и пружиной, установленными внутри цилиндра, плунжер и цилиндр имеют на торцах сферическую выработку, плунжер взаимодействует со ступицей синхронизатора, а цилиндр - с муфтой и с блокирующими кольцами.

Работает такой синхронизатор следующим образом. При нахождении муфты синхронизатора в нейтральном положении плунжеры и цилиндры находятся в в вертикальном положении, плунжеры входят в цилиндры, сжимая пружины. При включении передачи вилка смещает муфту относительно нейтрального положения. Цилиндры и плунжеры наклоняются, их пружины разжимаются и создают дополнительную силу, способствующую включению передачи. Цилиндры воздействуют на блокирующее кольцо, создавая силу, прижимающую его к конусу шестерни. Затем блокирующее кольцо блокируется, и процесс синхронизации проходит также, как и у синхронизатора ZF. После окончания процесса синхронизации блокирующее кольцо разблокируется, давая возможность блокирующим зубьям муфты войти в зацепление с шестерней. Муфта в процессе перемещения выталкивает цилиндры фиксаторов из лунок, прижимая их к блокирующему кольцу, пружины фиксаторов сжимаются, и при дальнейшем осевом перемещении муфты, фиксаторы входят в лунки, соответствующие включенной передачи. Когда муфта до конца входит в зацепление с шестерней, фиксаторы находятся в наклоненном положении, создавая на муфте силу, прижимающую ее к шестерне, направленную на включение передачи. В случае потери упругости пружины, эта сила создается центробежными силами инерции, действующими на цилиндры фиксаторов.

Необходимо отметить, что на автобусах ″Икарус″ применялись коробки, выполненные по лицензии фирмы ZF, но почему такой фиксатор не был применен на коробке ZF S6 - 85 автору не известно.

В какой-либо известной автору литературе шестиступенчатая коробка передач ″Икарус″ не описана. Сам подобный синхронизатор показан в [7] на рис. 7.10.

Известны центробежные фиксаторы включаемой передачи, они описаны, например, в [8].

По совокупности своих признаков, фиксатор коробки передач ZF S6 - 85 принимается за аналог, а фиксатор коробки передач автобусов ″Икарус″, показанный в [7] на рис. 7.10 принимается за прототип предлагаемого фиксатора. Фиксатор описанный в [8] принимается за аналог предлагаемого фиксатора без пружин, т.е. центробежного.

Прототипом конструктивного решения по осевой фиксации блокирующих колец пластинчатыми пружинами изгиба является решение стягивания блокирующих колец витыми стяжными пружинами, описанное в [6], а также показанное в [7] на рис. 7.10.

Прототипом предлагаемого дополнительного трехконусного синхронизатора является вышеописанный многоконусный синхронизатор [4].

Цель изобретения: увеличение момента синхронизации, повышение надежности блокировки, увеличение ресурса синхронизатора, уменьшение силы для включения передачи, исключение самопроизвольного выключения передачи, повышение ремонтопригодности синхронизатора, увеличение КПД коробки передач, увеличение ресурса коробки передач, обеспечение возможности применения синхронизатора при использовании пневматического сервопривода переключения передач, упрощение сервопривода переключения передач.

Увеличение момента синхронизации по меньшей мере в 2 раза по сравнению с первым, вторым, третьим, пятым аналогами и прототипом достигается тем, что в предлагаемом синхронизаторе применяется по меньшей мере одна дополнительная синхронизирующая поверхность выполненная в теле шестерни коаксиально делительному цилиндру зубьев, т.е. находящуюся внутри шестерни с внутренней стороны относительно зубьев передающих крутящий момент ее вращения, т.е. между зубьями и подшипниковой опорой шестерни на валу, на котором установлена шестерня и с которым она соединяется после синхронизации. Эта по меньшей мере одна дополнительная синхронизирующая поверхность в процессе синхронизации взаимодействует с по меньшей мере одной конической синхронизирующей поверхностью дополнительного кольца трения, жестко или с окружным зазором соединенного с валом коробки передач. Дополнительные синхронизирующие поверхности шестерни и вала представляют собой дополнительный простой (неинерционный) синхронизатор.

Увеличение момента синхронизации по меньшей мере в 2 раза по сравнению с первым, вторым, третьим, пятым аналогами и прототипом достигается тем, что сочетание инерционного основного и простого дополнительного синхронизаторов позволяет увеличить коэффициент трения на дополнительных синхронизирующих поверхностях до максимально возможных значений и уменьшить его на основных синхронизирующих поверхностях до минимально возможных значений, определяемых трением стали по стали или стали по бронзе, без обработки блокирующих колец с целью увеличения коэффициента трения, что также способствует цели повышения надежности блокировки синхронизатора и позволяет уменьшить угол конусности основных синхронизирующих поверхностей.

Увеличение момента синхронизации по сравнению с четвертым аналогом (многоконусным синхронизатором) достигается в результате того, что предлагаемый дополнительный многоконусный синхронизатор позволяет добиться увеличения момента синхронизации по сравнению с многоконусным синхронизатором примерно в 1,25 раза без увеличения коэффициента трения на дополнительных синхронизирующих поверхностях, а при увеличении коэффициента трения на дополнительных синхронизирующих поверхностях - в большее число раз.

Повышение надежности блокировки по сравнению с первым, вторым, третьим, пятым аналогами и прототипом достигается тем, что повышение коэффициента трения на дополнительных синхронизирующих поверхностях позволяет обеспечить на основных синхронизирующих поверхностях, т.е. блокирующих кольцах, малый коэффициент трения - стабильный на протяжении всего срока эксплуатации транспортного средства, при этом угол синхронизации (применительно к предлагаемому синхронизатору - угол скоса блокирующих зубьев муфты и блокирующих колец, измеренный от плоскости перпендикулярной к оси вала) выбирается исходя из малого стабильного коэффициента трения, а обработка блокирующих колец и конусов шестерни сводится не к увеличению коэффициента трения, а к ресурсу поверхностей трения, т.е. например, к исключению наволакивания металла и общего износа поверхностей трения; такое выполнение синхронизатора позволяет исключить нарушение блокировки блокирующих колец по причине уменьшения коэффициента трения на их синхронизирующих поверхностях; такое выполнение синхронизатора позволяет уменьшить угол конусности блокирующих колец до минимально возможных значений, что позволяет частично компенсировать уменьшение момента синхронизации создаваемого основными синхронизирующими поверхностями.

Уменьшение силы для включения передачи достигается в результате того, что увеличение момента синхронизации по меньшей мере в 2 раза по сравнению с аналогами и прототипом позволяет во многих случаях уменьшить силу необходимую для создания момента синхронизации, т.е. для включения передачи, оставив момент синхронизации, а, следовательно и время синхронизации, без изменения, т.к. во многих случаях современный одноконусный синхронизатор может обеспечить требуемые момент синхронизации и время включения, что позволяет уменьшить силу включения передачи. Эта же цель достигается в результате того, что наклон стержней способствует включению передачи, т.к. центробежные силы инерции и силы упругости пружин фиксатора, действующие на стержни и плунжеры фиксаторов, создают на муфте силу, прижимающую ее к блокирующему кольцу при включении передачи.

Увеличение ресурса синхронизатора достигается в результате нижеприведенных достоинств предлагаемого синхронизатора.

Во-первых, увеличение момента синхронизации в определенное число по сравнению с аналогами и прототипом позволяет уменьшить в то же число силу при включении передачи, оставив момент синхронизации без изменения. В результате этого значительно возрастает ресурс синхронизатора.

Во-вторых, уменьшение коэффициента трения на блокирующих кольцах вплоть до малого стабильного значения позволяет значительно увеличить их ресурс, при этом также значительно повышается ресурс блокирующих зубьев муфты, которые объединены с зубьями включения передачи, и также значительно повышается ресурс зубчатых венцов шестерен, по той причине, что предлагаемая конструкция синхронизатора позволяет полностью избежать включения передачи без синхронизации.

В-третьих, предлагаемая конструкция фиксатора синхронизатора позволяет полностью избежать самопроизвольного выключения передачи, что также значительно повышает ресурс синхронизатора.

В-четвертых, значительно повышается ресурс синхронизатора и сухарей вилки включения (или вилки включения), в результате того, что работа отдельных воплощений синхронизатора практически не сопровождается остановкой муфты при осевом перемещении при включении передачи, что позволяет избежать ударных нагрузок на синхронизатор со стороны привода переключения передач, обладающего инерцией, вызывающем ударные нагрузки на синхронизатор при его ″закусывании″, что позволяет применить простой привод переключения передач, так называемую ″трубу″.

В-пятых, ресурс синхронизатора, по сравнению с прототипом и некоторыми аналогами, повышается в результате того, что при выключенных передачах блокирующие кольца отводятся от конусов шестерен при помощи пластинчатых пружин изгиба.

Исключение самопроизвольного выключения передачи достигается применением фиксатора, состоящего из двух шарнирно связанных элементов: стержня и плунжера, применительно к синхронизатору низших передач плунжер может иметь пружину. В процессе переключения передач, при смещении муфты относительно нейтрального положения, наклоняющийся плунжер создает силу на муфте, способствующую включению передачи. При включенной передаче наклоненный стержень создает силу на муфте также направленную на включение передачи, т.е. прижимающую муфту к шестерне. Сила на муфте создается по причине действия на наклоненный стержень и шарнирно связанный с ним плунжер центробежных сил инерции и силы упругости пружины плунжера.

Повышение ремонтопригодности синхронизатора достигается по сравнению с пятым аналогом (синхронизатором КамАЗ) достигается в результате того, что предлагаемый синхронизатор является полностью разборным и его при необходимости отремонтирует не только агрегатчик, но и водитель.

Увеличение КПД коробки передач достигается в результате того, что в предлагаемом синхронизаторе полностью отсутствуют потери на трение между фрикционными элементами. В предлагаемом синхронизаторе с одним дополнительным синхронизирующим кольцом, взаимодействие последнего с шестерней происходит только в процессе синхронизации, в отдельных воплощениях при включении других передач, при движении транспортного средства на передаче дополнительные синхронизирующие поверхности синхронизаторов выключенных передач не взаимодействуют. В предлагаемом дополнительном многоконусном синхронизаторе дополнительные синхронизирующие кольца устанавливаются при помощи пластинчатых пружин изгиба и при выключенной передаче не взаимодействуют.

Увеличение КПД коробки передач при применении арочных и шевронных шестерен достигается результате того, что промежуточный и ведомый валы коробки передач полностью разгружены от осевых сил, при этом КПД коробки передач возрастает, по сравнению с коробкой с косозубыми шестернями, на всех передачах, кроме прямой. КПД возрастает по причине уменьшения потерь на трение в подшипниках промежуточного и ведомого валов коробки.

Увеличение ресурса коробки передач достигается по причинам увеличения ресурса синхронизатора и увеличения ресурса подшипников промежуточного и ведомого валов, по причине их разгрузки от осевых сил, при применении арочных или шевронных шестерен.

Обеспечение возможности применения синхронизатора при использовании пневматического сервопривода переключения передач достигается тем, что работа отдельных воплощений предлагаемого синхронизатора не сопровождается остановкой муфты при осевом перемещении при блокировании блокирующего кольца, что позволяет избежать ударных нагрузок на синхронизатор при его блокировании при включении передач при помощи сжатого воздуха.

Упрощение сервопривода переключения передач достигается тем, что вышеописанное отсутствие остановки муфты при осевом перемещении при блокировании блокирующего кольца позволяет упростить сервопривод переключения передач.

Предлагаемый синхронизатор удовлетворяет условию патентоспособности ″изобретательский уровень″.

Предлагаемый синхронизатор является изобретением, т.к. удовлетворяет критериям ″новизна″ и ″существенные отличия″.

На фиг. 1, 1-а показана шестиступенчатая коробка передач автобуса при применении предлагаемого синхронизатора, при применении шевронных шестерен.

На фиг. 2 показан предлагаемый синхронизатор применительно к арочной зубчатой передаче.

На фиг. 3 показан предлагаемый синхронизатор применительно к прямозубой зубчатой передаче.

На фиг. 4 показан предлагаемый синхронизатор применительно к шевронной зубчатой передаче.

На фиг. 4-х показан предлагаемый синхронизатор применительно к шевронной зубчатой передаче, при выполнении радиальных каналов во внешнем кольце трения, служащих для выхода масла из полости между кольцами трения при включении передачи.

В этой работе предлагается синхронизатор механической ступенчатой трансмиссии, имеющий по меньшей мере одну коническую синхронизирующую поверхность трения, выполненную в теле шестерни, т.е. находящуюся внутри шестерни с внутренней стороны относительно зубьев передающих крутящий момент ее вращения, коаксиально делительному цилиндру зубьев, т.е. между зубьями и подшипниковой опорой шестерни на валу, на котором установлена шестерня и с которым она соединяется после синхронизации, в котором эта по меньшей мере одна синхронизирующая коническая поверхность трения является дополнительной к основной, по меньшей мере одну дополнительную поверхность трения имеет и вал, имеются по меньшей мере две дополнительные конические синхронизирующие поверхности трения, в теле шестерни и на дополнительном синхронизаторе, соединенные с валом или с шестерней жестко или жестко в осевом направлении, но с окружным зазором, равным по меньшей мере углу поворота блокирующего кольца на четверть шага блокирующих зубьев. Дополнительный синхронизатор может быть трехконусным. Коэффициент трения на дополнительных синхронизирующих поверхностях значительно больше, чем на основных, т.к. на эти поверхности наносится фрикционный износостойкий материал с каналами для схода масла. Большая часть момента синхронизации создается дополнительными синхронизирующими поверхностями.

На фиг. 1, 1-а позициями обозначены:

1) - ведущий вал коробки передач;

2) - крышка ведущего вала;

3) - сальник ведущего вала;

4) - задний подшипник ведущего вала;

5) - шестерня ведущего вала;

6) - передний подшипник ведомого вала;

7) - пятой и шестой передачи;

8) - муфта синхронизатора пятой и шестой передачи;

9) - вал переключения передач;

10) - шестерня пятой передачи ведомого вала;

11) - шестерня четвертой передачи ведомого вала;

12) - шток третьей и четвертой передач;

13) - шестерня третьей передачи ведомого вала;

14) - шестерня второй передачи ведомого вала;

15) - вилка первой и второй передач;

16) - шток передачи заднего хода;

17) - шестерня первой передачи;

18) - шестерня передачи заднего хода ведомого вала;

19) - датчик включения передачи заднего хода;

20) - вилка передачи заднего хода;

21) - задний подшипник ведомого вала;

22) - шайба крепления фланца;

23) - червячное колесо привода спидометра;

24) - задний подшипник промежуточного вала;

25) - промежуточный вал;

26) - картер коробки передач;

27) - промежуточная шестерня заднего хода;

28) - шестерня заднего хода промежуточного вала;

29) - муфта синхронизатора первой и второй передачи;

30) - шестерня второй передачи промежуточного вала;

31) - шестерня третьей передачи промежуточного вала;

32) - муфта синхронизатора третьей и четвертой передачи;

33) - шестерня четвертой передачи промежуточного вала;

34) - шестерня пятой передачи промежуточного вала;

35) - шестерня привода промежуточного вала;

36) - крышка коробки передач;

37) - крышка переднего подшипника промежуточного вала;

38) - передний подшипник промежуточного вала;

39) - промежуточный вал;

40) - червяк привода спидометра;

41) - фланец ведомого вала;

42) - ступица синхронизатора передачи заднего хода и дополнительного синхронизатора первой передачи;

57) - дополнительное кольцо трения третьей передачи.

Предлагаемый дополнительный синхронизатор может быть выполнен с шевронными шестернями в коробке передач, как показано на фиг. 1 и 1-а, эти шестерни состоят из двух частей, имеющих косые зубья, которые могут быть как симметричными, так и несимметричными, эти части шевронной шестерни соединяются при помощи шлицев и пружинных стопорных колец и/или запрессовки при возможной установке на шлицы, при этом по меньшей мере одна дополнительная синхронизирующая поверхность выполнена в одной из частей шестерни. Синхронизатор может быть выполнен с арочными шестернями, как показано на фиг. 2. Применительно к шестерням высших передач, например, третьей, четвертой, пятой передач в шестиступенчатой коробке, арочная или шевронная шестерня, находящаяся в зацеплении с шестерней, имеющей синхронизатор, установлена на валу с возможностью осевого смещения и установлена на шлицах или радиальных выступах вала, применительно к фиг. 1 и 1-а, это шестерни 31, 33, 34, третьей, четвертой и пятой передач соответственно. Шестерни 31, 33, 34, также состоят из двух половин, каждая из которых состоит из двух половин с противоположным направлением угла наклона зубьев. При этом, арочная или шевронная шестерня, находящаяся в зацеплении с шестерней, имеющей дополнительный синхронизатор, установленная на шлицах или радиальных выступах вала, связана с валом при помощи упругого элемента, например, по меньшей мере одной кольцевой дисковой пружины или упругого элемента из полимерных материалов. При применении арочных и шевронных шестерен применительно к шестерням низших передач, например, первой и второй передач в шестиступенчатой коробке, шестерня состоит из двух частей: внутренней, которая имеет синхронизатор и внешние шлицы и внешней, имеющей внутренние шлицы и внешние зубья, передающие крутящий момент ее вращения, применительно к шевронной шестерне внешняя часть состоит из двух частей, каждая из которых имеет осевые выступы, имеющие проточки под пружинное стопорное кольцо, как показано на фиг. 1-а, или имеющие радиальные выступы, входящие в проточки другой части шестерни, как показано на фиг. 1, при этом исключается поворот одной части относительно другой после сборки, например, установкой штифтов. Такая конструкция шестерни необходима для исключения взаимодействия дополнительных синхронизирующих поверхностей вала и шестерни при выключенной передаче.

Предлагаемый дополнительный синхронизатор может быть выполнен с прямозубыми шестернями, см. фиг. 3, при этом шестерни имеют кольцо находящееся под воздействием упругого элемента, установленного в шестерне, который представляет собой несколько пластинчатых пружин изгиба, или по меньшей мере одну пластинчатую пружину изгиба, которая выполнена кольцевой, или представляет собой кольцевой упругий элемент, выполненный из полимерных материалов, кольцо взаимодействует с валом или со ступицей дополнительных колец трения, или с установленным на валу пружинным стопорным кольцом, для того, чтобы обеспечить взаимодействие шестерни с дополнительным синхронизатором только при включении передачи.

Блокирующие кольца основного синхронизатора связаны со ступицей основного синхронизатора посредством пластинчатых пружин изгиба или витых цилиндрических пружин, отводящих блокирующие кольца от основных синхронизирующих поверхностей шестерен при нахождении синхронизатора в нейтральном положении и при включении одной из передач.

Фиксатор основного синхронизатора состоит по меньшей мере из двух деталей, первая деталь представляет собой стержневой элемент - стержень, представляющий собой в поперечном сечении окружность или прямоугольник и имеющий на конце со стороны муфты синхронизатора выработку под тело качения фиксатора или профилированную поверхность под контакт с муфтой, и может находиться под воздействием второй детали - пружины, установленной на ступице на сферической шайбе, и воздействующей на стержень, а с другой стороны стержни имеют сферическую или цилиндрическую поверхность или кулачок, для контакта со ступицей или с третьей деталью фиксатора - плунжером, стержень фиксатора имеет два участка диаметра или толщины, нижний участок имеет диаметр или толщину меньшую, чем верхний, что необходимо для углового перемещения относительно плунжера; плунжер фиксатора представляет собой тело установленное с возможностью радиального перемещения в ступице синхронизатора, внешняя часть плунжера имеет сверху сферическую или цилиндрическую выработку для контакта со стержнем, применительно к синхронизаторам низших передач плунжер фиксатора может иметь пружину, в предлагаемой конструкции предлагаемого синхронизатора осевое усилие на блокирующее кольцо передается при помощи четвертой детали, одеваемой на стержень фиксатора, и имеющей внешнюю сферическую поверхность, назовем ее вкладышем, эта деталь воздействует на блокирующие кольца непосредственно, в этом случае блокирующие кольца имеют поверхность, взаимодействующую с этой деталью, или при помощи пятой детали - дополнительной скобы соединенной с блокирующими кольцами так, что соединение допускает поворот колец относительно скобы, но не допускает вылет скобы из колец под действием центробежных сил инерции.

По меньшей мере одно кольцо трения, с по меньшей мере одной поверхностью трения, взаимодействующее с дополнительной синхронизирующей поверхностью шестерни, соединено с валом коробки передач посредством нестандартных шлицев, со смазкой маслом по каналам вала, с окружным зазором, по меньшей мере равным углу поворота блокирующего кольца на четверть шага блокирующих зубьев, и фиксируется в осевом направлении при помощи пружинных стопорных колец и регулировочных кольцевых шайб, на кольцо трения наносится фрикционный износостойкий материал, или оно изготавливается из него.

С целью повышения ресурса синхронизатора, в теле шестерни выполнено две дополнительных конических синхронизирующих поверхности трения, две дополнительных конических синхронизирующих поверхности трения имеет и кольцо, соединенное с валом коробки передач, эти поверхности трения выполнены с противоположно направленными углами конуса.

Дополнительные кольца трения вала, соответствующие двум соседним рядом расположенным шестерням различных передач коробки, представляют собой одну деталь, жестко соединенную с валом с окружным зазором, по меньшей мере равным углу поворота блокирующего кольца на четверть шага блокирующих зубьев, шестерни с большим их шагом; кольца изготавливаются из металла, и имеют фрикционный износостойкий материал на поверхностях трения.

При применении предлагаемого синхронизатора, в шестерни устанавливаются вставки из фрикционного материала, в которых выполнены конические синхронизирующие поверхности трения, каждая вставка может иметь одну или две конические синхронизирующие поверхности, при применении двух синхронизирующих поверхностей, в шестерне может применяться по две ставки, каждая из которых имеет одну коническую синхронизирующую поверхность, вставки жестко или с окружным зазором соединяются с шестерней, например, посредством запрессовки, и/или радиальных выступов, и/или шлицев, и/или штифтов, и/или пружинного стопорного кольца.

На фиг. 2 и 3 позициями обозначены:

32) - муфта синхронизатора третьей и четвертой передач;

43) - конус шестерни пятой передачи;

44) - внутренняя фрикционная вставка в шестерню пятой передачи;

45) - дополнительное кольцо трения пятой передачи;

46) - внешняя фрикционная вставка в шестерню пятой передачи;

47) - дополнительное кольцо трения четвертой передачи;

48) - внешняя фрикционная вставка в шестерню четвертой передачи;

49) - конус шестерни четвертой и третьей передач;

50) - блокирующее кольцо четвертой и третьей передач;

51) - скоба блокирующих колец;

52) - вкладыш скобы;

53) - шарик стержня фиксатора;

54) - упругий элемент прямозубой шестерни;

55) - внутренняя фрикционная вставка в шестерню третьей передачи;

56) - внешняя фрикционная вставка в шестерню третьей передачи;

57) - дополнительное кольцо трения третьей передачи;

58) - внешнее кольцо трения дополнительного многоконусного синхронизатора;

59) - фрикционная вставка в шестерню второй передачи;

60) - кольцевая дисковая пружина;

61) - промежуточное кольцо трения шестерни;

62) - игольчатый роликовый подшипник шестерен второй и третьей передачи;

64) - малое кольцо трения;

65) - шлицы вала;

66) - пружинное стопорное кольцо;

68) - плунжер фиксатора;

69) - кольцевая дисковая пружина упорной втулки пятой передачи;

70) - ступица синхронизатора;

72) - стержень фиксатора;

74) - игольчатый роликовый подшипник шестерни четвертой передачи;

75) - пружинное стопорное кольцо;

76) - игольчатый роликовый подшипник шестерни пятой передачи;

77) - внутренняя фрикционная вставка в шестерню четвертой передачи;

78) - пластинчатая пружина изгиба внешнего кольца трения;

79) - ступица дополнительных колец трения четвертой и пятой передач;

позициями 63, 67, 71, 73 обозначены соответственно дополнительные кольца второй, третьей, четвертой и пятой передач.

На фиг. 3 показан синхронизатор для прямозубых шестерен третьей и четвертой передач в шестиступенчатой коробке передач. Шестерни 11 и 13 имеют дополнительные кольца 71 и 67, находящиеся под воздействием упругого элемента 54 выполненного из полимерных материалов. Кольцо четвертой передачи 71 взаимодействует со ступицей дополнительных колец трения, а кольцо 67 третьей передачи - с пружинным стопорным кольцом 66, фиксирующим на валу узел дополнительных колец трения второй и третьей передачи. Как показано на фиг. 3, упругий элемент 54 дополнительных колец выполнен из полимерных материалов, но в качестве упругого элемента может применяться несколько пластинчатых пружин изгиба, или по меньшей мере одну пластинчатую пружину изгиба, которая выполнена кольцевой и устанавливается в проточку шестерни.

На фиг. 4, 4-х дополнительно позициями обозначены:

80) - шевронная полушестерня пятой передачи;

81) - шевронная полушестерня четвертой передачи;

82) - шевронная полушестерня третьей передачи;

83) - кольцевая дисковая пластинчатая пружина изгиба;

84) - шевронная полушестерня второй передачи;

85) - пружинное стопорное кольцо.

Как показано на фиг. 1, 1-а, 4, 4-х шевронные шестерни состоят из двух половин. Это вызвано тем, что традиционная известная шевронная шестерня, применяемая в машиностроении имеет канавку, служащую для выхода зуборезной фрезы, ширина канавки в 8-10 раз больше модуля зубьев шестерни. По этой причине шевронные шестерни неприменимы в коробках передач, т.к. при их применении значительно возрастал бы момент инерции инерционных масс коробки. Решение этой проблемы - применение шевронных шестерен, состоящих из двух половин, одну из которых будем называть шевронной полушестерней, а вторую - шестерней. Эти части шестерни изготавливаются по отдельности, у них нарезаются зубья и шлицы, затем полушестерня и шестерня собираются в одну шевронную шестерню и соединяются при помощи запрессовки или горячей насадки при установке полушестерни на шлицы шестерни, или фиксируются на шестерне посредством пружинных стопорных колец. Шевронные полушестерни не балансируются по отдельности, статической и динамической балансировке подвергается шевронная шестерня после сборки шевронных полу шестерен в одну шевронную шестерню. Применительно к шестерням низших передач, например, первой и второй передач в шестиступенчатой коробке передач, шестерня имеет две шевронных полушестерни, жестко соединенных друг с другом и установленных на шлицы шестерни и связанных с шестерней посредством пластинчатых пружин изгиба. Дополнительные и основные синхронизирующие поверхности выполнены на шестерне. Такая конструкция шевронной шестерни необходима для исключения взаимодействия дополнительных синхронизирующих поверхностей вала и шестерни при выключенной передаче.

На фиг. 4, 4-х шестерни пятой, четвертой и третьей передач обозначены позициями 10, 11, 13 соответственно. Полушестерни 80, 81, 82, имеющие внутренние шлицы, устанавливаются на внешние шлицы шестерен 10, 11, 13 соответственно. Направления наклона зубьев шестерен и полушестерен выбираются так, что при передаче момента с двигателя на трансмиссию осевые силы действуют так, что шевронные шестерня и полушестерня прижимаются друг к другу, а при передаче момента с трансмиссии на двигатель осевые силы стремятся раздвинуть шевронные шестерни в сборе. Полушестерни 80, 81, 82 напрессовываются на шестерни 10, 11, 13 в горячем или холодном состоянии и дополнительно фиксируются пружинными стопорными кольцами 85 (применительно к шестерням 11 и 13), что позволяет исключить разрушение шевронных шестерен по причинам, например, частых торможений двигателем и колебаний момента в трансмиссии, и уменьшить усилие при запрессовке. Шестерня второй передачи 14 имеет внешние шлицы, на которых установлена внешняя часть 84 шестерни 14, связанная с шестерней 14 при помощи двух пластинчатых пружин изгиба. Внешняя часть состоит из двух частей, на фиг. 4 не показанных, каждая из которых имеет осевые выступы, имеющие проточки под пружинное стопорное кольцо, как показано на фиг. 1-а, или имеющие радиальные выступы, входящие в проточки другой части шестерни, как показано на фиг. 1, при этом исключается поворот одной части относительно другой после сборки, например, установкой штифтов.

На фиг. 2, 3, 4, 4-х показана конструкция фиксатора, состоящего по меньшей мере из плунжеров 68, установленных в ступице 70, стержней 72, вкладышей 52, одетых на стержни 72, и скоб 51, передающих усилие от стержней 72 на блокирующие кольца 50, тел качения 53 стержней 72, представляющих собой шарики или ролики, а также по меньшей мере одной пружины, воздействующей на каждый плунжер 68, на фиг. 2, 3, 4 показано три таких пружины, две из них установлены внутри ступицы и воздействуют на торец плунжера, а одна - снаружи и воздействует на упорный бурт плунжера. При применении синхронизатора на шестернях высших передач, сила упругости по меньшей мере одной пружины может быть уменьшена. Применение пружины в фиксаторе вызвано известной целью необходимости обеспечения усилия на блокирующем кольце, вызывающем его блокирование. Применение трех пружин вызвано необходимостью обеспечения надежности фиксатора, т.к. все три пружины сразу не сломаются и не потеряют упругость.

С целью уменьшения влияния действия центробежных сил инерции, действующих на элементы фиксаторов, на процессы включения и выключения передачи, стержни 72 и плунжеры 68 фиксаторов могут быть расположены в плоскостях расположенных под углом к нормали к осевой вала 39 так, что векторы центробежных сил, действующих на центры тяжести стержней 72 и плунжеров 68 фиксаторов, проходят под углом к их осевым. Это позволяет уменьшить влияние центробежных сил инерции на процессы включения и выключения передачи и уменьшить силу переключения передач.

Муфта 32 синхронизатора имеет скошенные поверхности, взаимодействующие с фиксатором или с телом качения фиксатора, представляющим собой шарик или ролик, и профилированные исходя из обеспечения контакта по линии с телом качения фиксатора или с фиксатором, эти скошенные поверхности выполняются под углом к осевой вала между блокирующими зубьями, вместо блокирующего зуба или на блокирующих зубьях, имеющих блокирующие скосы, взаимодействующие со скошенными блокирующими зубьями блокирующих колец при включении передачи, и объединенных с зубьями включения передачи, после синхронизации входящими в зацепление с зубчатым венцом конуса шестерни. При выполнении скошенной поверхности на блокирующем зубе уменьшается его высота, при сохранении толщины, с одной стороны, при расположении элементов фиксатора под углом к нормали к осевой вала, или двух сторон зуба. Муфта 32 синхронизатора имеет лунки под тело качения фиксатора или сам фиксатор, соответствующие нейтральному положению, которые выполняются перед скошенными поверхностями, и лунки под тело качения фиксатора или сам фиксатор предназначенные для фиксации включенной передачи, лунки выполняются на профилированных поверхностях между блокирующими зубьями, вместо блокирующего зуба или на блокирующих зубьях. При выполнении скошенных профилированных поверхностей вместо блокирующего зуба, блокирующие скосы на двух блокирующих зубьях блокирующего кольца, со стороны отсутствующего блокирующего зуба, отсутствуют.

Работает такой синхронизатор как описано ниже. Рассмотрим его работу на примере работы синхронизатора третьей и четвертой передач, изображенного на фиг. 2, 3, 4, 4-х при включении четвертой передачи. Вилка воздействует на муфту 32, которая действует на тела качения 53 стержней 72 фиксаторов или непосредственно на стержни 72, наклоняя стержни 72 фиксаторов, которые посредством вкладышей 52 и скоб 51 воздействуют на блокирующее кольцо 50 четвертой передачи и прижимают его к конусу 49 шестерни 11 четвертой передачи. В результате этого блокирующее кольцо 50 блокируется под действием момента трения. Это происходит в результате того, что момент трения создается силой фиксатора, вызванной центробежными силами инерции, действующими на стержни 72 и плунжеры 68 фиксаторов, и силой упругости его пружин, этой силе противодействует сила прижатия шестерни 11 к ступице 70, т.к. при арочных (фиг. 2) и шевронных (фиг. 4) шестернях, включаемая шестерня прижимается к ступице 70 силой упругости упругого элемента шестерни, находящейся с ней в зацеплении, а при прямозубых (фиг. 3) шестернях, включаемая шестерня прижимается к ступице 70 силой упругости упругого элемента дополнительного кольца. После блокирования кольца 50, шестерня 11 прижимается к дополнительному синхронизирующему кольцу 47 вала 39. Так начинается процесс синхронизации. В этом процессе доля инерционного момента, действующего на инерционные массы коробки, передается посредством трения на блокирующее кольцо 50, вызывая его блокирование, при этом доля зависит от отношения коэффициентов трения на основных и дополнительных синхронизирующих поверхностях. Момент синхронизации создается суммой моментов трения на основных и дополнительных синхронизирующих поверхностях. При этом большая доля момента синхронизации создается дополнительными синхронизирующими поверхностями шестерни 11 и вала 39, т.к. коэффициент трения на них значительно больше, чем на основных. Под действием момента синхронизации инерционные массы коробки передач при переходе с низшей на высшую передачу тормозятся, а при переходе с высшей на низшую передачу - разгоняются. После выравнивания угловых скоростей вала и шестерни доля инерционного момента перестает передаваться посредством трения на блокирующее кольцо 50, и в результате взаимодействия скошенных блокирующих зубьев блокирующего кольца 50 с зубьями муфты 32, происходит разблокирование блокирующего кольца 50, оно поворачивается вместе с конусом 49 шестерни, вызывая поворот шестерни 11 и, находящихся в зацеплении с шестерней 11, инерционных масс на углы, соответствующие повороту блокирующего кольца на четверть шага блокирующих зубьев, давая возможность зубьям муфты войти в зацепление с зубчатым венцом шестерни, после этого муфта входит в зацепление с зубчатым венцом. При этом обеспечивается безударное и бесшумное включение передачи, увеличение момента синхронизации и уменьшение времени синхронизации и/или осевой силы на вилке.

Поворот шестерни 11 и, находящихся в зацеплении с шестерней 11, инерционных масс при разблокировании блокирующего кольца 50 в сторону, противоположную направлению действия момента инерции при синхронизации, обеспечивается за счет того, что одна из дополнительных поверхностей трения вала или шестерни связана с валом 39 или шестерней 11 с окружным зазором, по меньшей мере равным углу поворота блокирующего кольца на четверть шага блокирующих зубьев. При этом сам принцип действия инерционного синхронизатора остается неизменным с тем отличием, что большая доля момента синхронизации создается дополнительными коническими синхронизирующими поверхностями, что позволяет не поднимать коэффициент трения на блокирующих кольцах и избежать связанных с этим сложностей: прихватывания конусов трения, ненадежности блокировки.

При выключении передачи муфта 32 выходит из зацепления с зубчатым венцом шестерни, стержни фиксаторов сначала наклоняются, затем возвращаются в исходное положение.

Достоинство предлагаемого синхронизатора в том, что в результате действия центробежных сил инерции и сил упругости пружин, действующих на стержни 72 и плунжеры 68 фиксаторов, и наклона стержней, взаимодействующих со скошенными поверхностями муфты 32, при выключении передачи создается сила, способствующая выключению передачи, а при включении передачи этому также способствует наклон стержней.

Достоинство предлагаемого синхронизатора в том, что сочетание инерционного синхронизатора и простого позволяет исключить включение передачи без синхронизации даже в том случае, если по причине уменьшившегося коэффициента трения на блокирующем кольце 50 разблокирование блокирующего кольца 50 происходит раньше, чем это необходимо, т.к. в момент разблокирования блокирующего кольца 50 на шестерню еще действует осевая сила, прижимающая ее к дополнительному синхронизатору и процесс синхронизации продолжается вплоть до полного углового смещения блокирующего кольца. Однако, как описано выше, коэффициент трения на блокирующем кольце поднимать не рекомендуется.

Достоинство предлагаемого синхронизатора в том, что он позволяет достичь очень высокой эффективности синхронизатора, т.к. он имеет высокий коэффициент эффективности, равный отношению момента синхронизации к моменту блокировки.

Возможен тот случай, что при выполнении шевронной шестерни, состоящей из двух половин, с несимметричными зубьями, угол наклона зубьев является разным, при этом угол наклона зубьев меньшей части шестерни больше угла наклона зубьев большей части шестерни; при этом нормальный модуль зубьев меньшей части шестерни равен нормальному модулю зубьев большей части шестерни. Применение шевронной шестерни с несимметричными зубьями необходимо в тех случаях, когда это позволяет обеспечить достаточные требуемые диаметр и ширину поверхностей трения. Этот случай показан на фиг. 4 применительно к шестерне 11 четвертой передачи, у которой ширина зубчатого венца шевронной полушестерни 81 меньше ширины зубчатого венца шевронной шестерни 11. Это необходимо для увеличения диаметра и ширины поверхностей трения.

Дополнительный трехконусный синхронизатор, показанный на фиг. 1, 1-а, 2, 3, 4, 4-х имеет трехконусные дополнительные поверхности трения, обеспечивающие более чем четырехкратное увеличение синхронизирующего момента. Достигается это следующим образом: на вал устанавливается узел вспомогательных колец трения, имеющий ступицу, установленную на шлицах вала 39 так, ступица соединена с валом жестко или установлена на нестандартных шлицах вала с окружным зазором, по меньшей мере равным углу поворота блокирующего кольца на четверть шага блокирующих зубьев шестерни с большим их шагом, и зафиксировано с двух сторон пружинными стопорными кольцами или так, что длина шлицев меньше длины ступицы, которая имеет участок без шлицев, имеющий диаметр равный диаметру вала 39 в месте установки ступицы, исходя из оптимальной свободной посадки, полностью исключающей биения, с внешней стороны этого участка ступицы на вал устанавливается пружинное стопорное кольцо, при этом с одной стороны ступица фиксируется на валу пружинным стопорным кольцом, а с другой - шлицами, могут применяться регулировочные шайбы. Совместно со ступицей изготовлены дополнительное кольцо трения 57 соседней шестерни, имеющей по меньшей мере одну коническую поверхность, и малое кольцо трения 64 многоконусного дополнительного синхронизатора, имеющее одну коническую синхронизирующую поверхность. Ступица дополнительного синхронизатора имеет внешние шлицы. На шлицы ступицы одевается внешнее кольцо трения 58 многоконусного дополнительного синхронизатора. Диаметр внешнего шлицевого участка ступицы больше диаметра трения малого кольца трения 64. Внешнее кольцо трения 58 фиксируется в осевом направлении дисковой пружиной 78. Шестерня 14 имеет дополнительную коническую синхронизирующую поверхность, которая может взаимодействовать с внешним кольцом трения 58 многоконусного дополнительного синхронизатора. На шлицах дополнительной конической синхронизирующей поверхности установлено промежуточное кольцо трения 61 синхронизатора, имеющее две конических синхронизирующих поверхности, это кольцо фиксируется в осевом направлении дисковой пружиной 60, установленной в шестерне 14. Дополнительная коническая синхронизирующая поверхность шестерни 14 и шлицы, на которых установлено промежуточное кольцо трения синхронизатора, выполнены во вставке 59 из фрикционного материала, с окружным зазором или жестко соединенной с шестерней 14, например, при помощи запрессовки и/или радиальных выступов, и/или шлицев. При включении передачи вступает в работу основной синхронизатор шестерни 14, блокируя включение передачи при невыравненных угловых скоростях или частотах вращения, шестерня 14 перемещается в осевом направлении в сторону многоконусного дополнительного синхронизатора, коническая синхронизирующая поверхность шестерни 14 начинает взаимодействовать с внешним кольцом трения 58, установленном на шлицах ступицы многоконусного дополнительного синхронизатора, внешнее кольцо трения 58 смещается в направлении осевого смещения шестерни, преодолевая усилие дисковой пружины. При этом промежуточное кольцо трения начинает взаимодействовать с малым кольцом трения 64 совместно изготовленном со ступицей. Промежуточное кольцо трения 61 смещается по шлицам шестерни 14, которая совершает осевое перемещение относительно промежуточного кольца трения 61. Внешнее кольцо трения 58 совершает вместе с шестерней 14 осевое перемещение до тех пор пока своей внутренней конической синхронизирующей поверхностью не начнет взаимодействовать с промежуточным кольцом трения 61. После этого осевое усилие включения передачи замыкается на малое кольцо трения 64, совместно изготовленное со ступицей дополнительного многоконусного синхронизатора. В результате этого момент синхронизации увеличивается более чем в три с половиной раза по сравнению с одноконусным известным синхронизатором, при равенстве диаметров трения всех колец дополнительного многоконусного синхронизатора момент синхронизации возрастал бы в четыре раза при равенстве коэффициентов трения на дополнительных синхронизирующих поверхностях коэффициенту трения на основных синхронизирующих поверхностях; при коэффициентах трения на дополнительных синхронизирующих поверхностях, больших, чем на основных, момент синхронизации возрастает в большее число раз.

Дисковая пружина 60, фиксирующая в осевом направлении промежуточное кольцо трения, способна передавать на шестерню 14 момент синхронизации реализуемый на промежуточном кольце трения, что может быть реализовано, в том случае, когда с окружным зазором с валом соединен узел дополнительных колец трения.

Радиальные сквозные отверстия во внешнем кольце трения, показанные на фиг. 4-х, служат для выхода масла из полости, образующейся между кольцами трения, при срабатывании многоконусного синхронизатора. При отсутствии отверстий, масло выходит через зазор между внешним кольцом трения и малым кольцом трения, т.е. ступицей многоконусного синхронизатора, при этом радиальные выступы или шлицы, посредством которых внешнее кольцо трения связано со ступицей выполняются не на всей окружности ступицы, а только на нескольких ее участках, а на оставшихся участках имеется радиальный зазор между ступицей и внешним кольцом трения, через который выходит масло при включении передачи.

Углы конусности основных и дополнительных синхронизирующих поверхностей выбираются исходя из того, чтобы не было заедания конусов, т.е., чтобы конуса не напрессовывались один на другой при синхронизации.

Уменьшение коэффициента трения на блокирующих кольцах и конусах шестерен позволяет уменьшить их угол конусности, что позволяет частично компенсировать уменьшение создаваемой ими доли момента синхронизации, а главное - увеличить угол скоса блокирующих зубьев блокирующих колец и муфты, а также зубчатого венца шестерни, что позволяет избежать проблем при окончательном этапе включения передачи - вхождении в зацепление зубьев муфты и зубчатого венца шестерни при попадании зуба муфты на зуб зубчатого венца, т.к. шестерня при этом дополнительно повернется без проблем, которые могут возникать при малом угле скоса зубьев, обусловленном уменьшением коэффициента трения.

В качестве материалов дополнительных поверхностей трения можно использовать: неметаллические (пироуглерод, ретинакс), спеченные, металлокерамические и металлические фрикционные материалы.

Фрикционный износостойкий материал наносится на поверхности трения дополнительных колец трения вала и/или шестерни так, что на поверхности трения выполняются каналы для схода масла.

Поверхность элемента, имеющего дополнительную поверхность трения и установленного на вале или шестерне с окружным зазором, взаимодействующая с валом или шестерней смазывается маслом по каналам выполненным в вале или шестерне. При этом длина нестандартных шлицев или радиальных выступов меньше длины участка взаимодействия с валом или шестерней с целью образования торцовой полости. Масло к полостям образованным нестандартными шлицами или радиальными выступами этого элемента поступает из торцовой полости, к которой масло поступает по радиальным каналам, выполненным в вале или шестерне.

При применении двух конических синхронизирующих поверхностей вала и шестерни, в шестерне могут выполняться радиальные каналы для схода масла с поверхностей трения и выхода его к зубьям зацепления шестерни. Применительно к шевронным шестерням, эти каналы выполняются в части шестерни, имеющей дополнительные поверхности трения.

В заключение, хотелось бы отметить то, что при оснащении предлагаемым синхронизатором, без увеличения коэффициента трения на блокирующих кольцах, при эксплуатации транспортного средства, при новой коробке, передачи будут включаться великолепно, водитель даже не будет ощущать ″закусывания″ синхронизатора, затем, по мере увеличения пробега, передачи будут включаться хуже, по причине уменьшения коэффициента трения на дополнительных синхронизирующих поверхностях, после пробега, значительно большего миллиона километров, синхронизатор будет закусывать, но преждевременного разблокирования блокирующих колец, вызывающего скрежет при включении передачи происходить не будет. Применительно к междугородному автобусу, такая коробка с высшей прямой передачей будет ″вечной″ и ее хватит на несколько миллионов километров пробега.

Использованная литература

1. Патент США №3983979 класс 192/53F

2. Патент США №4141440 класс 192/53F

3. Патент США №5033596 класс 192/53F

4. Синхронизаторы в ступенчатых трансмиссиях. - М.: Машиностроение, 1967. - 198 с.: ил.

5. Автобусы семейства ЛиАЗ - 5256. Руководство по эксплуатации. - М.: Техпромграфика, 2003. - 752 с.: ил.

6. А.с. СССР №261184 класс F16D 23/06

7. Проектирование трансмиссий автомобилей: Справочник / Под общ. ред. А.И. Гришкевича. - М.: Машиностроение, 1984, - 272 с., ил.

8. Патент США №4475639, класс 192/53G или F16D 23/08

Изобретение относится к машиностроению и может использоваться в механических ступенчатых трансмиссиях транспортных средств. Синхронизатор имеет одну синхронизирующую коническую поверхность трения, выполненную в теле шестерни. Синхронизирующая коническая поверхность трения является дополнительной к основной синхронизирующей поверхности трения. Коэффициент трения на дополнительной синхронизирующей поверхности значительно больше, чем на основной. Дополнительный синхронизатор реализуется как синхронизатор двойного и даже четырехкратного действия. При реализации предлагаемого синхронизатора как синхронизатора двойного действия он имеет две дополнительные конические синхронизирующие поверхности трения: в теле шестерни и на дополнительном синхронизаторе, соединенные с валом или с шестерней жестко в осевом направлении, но с окружным зазором, равным углу поворота блокирующего кольца на четверть шага блокирующих зубьев. При этом только одна из дополнительных поверхностей трения вала или шестерни связана с валом или шестерней с окружным зазором. Достигается повышение надежности устройства. 26 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Синхронизатор механической ступенчатой коробки передач, имеющий по меньшей мере одну коническую синхронизирующую поверхность трения, выполненную в теле шестерни, т.е. находящуюся внутри шестерни с внутренней стороны относительно зубьев передающих крутящий момент ее вращения, коаксиально делительному цилиндру зубьев, т.е. между зубьями и подшипниковой опорой шестерни на валу, на котором установлена шестерня и с которым она соединяется после синхронизации, отличающийся тем, что эта по меньшей мере одна синхронизирующая коническая поверхность трения является дополнительной к основной, по меньшей мере одну дополнительную поверхность трения имеет и вал, имеются по меньшей мере две дополнительные конические синхронизирующие поверхности трения, в теле шестерни и на дополнительном синхронизаторе, соединенные с валом или с шестерней жестко или жестко в осевом направлении, но с окружным зазором, равным, по меньшей мере, углу поворота блокирующего кольца на четверть шага блокирующих зубьев, при этом только одна из дополнительных поверхностей трения вала или шестерни связана с валом или шестерней с окружным зазором, а ее поверхность контакта с валом или шестерней смазывается маслом по радиальным каналам, выполненным в вале или шестерне; дополнительный синхронизатор может быть трехконусным; коэффициент трения на дополнительных синхронизирующих поверхностях вала и/или шестерни значительно больше, чем на основных, т.к. на эти поверхности наносится фрикционный износостойкий материал с каналами для схода масла; дополнительный синхронизатор может быть выполнен с шевронными, арочными и прямозубыми шестернями в коробке передач; при выполнении синхронизатора с шевронными шестернями в коробке передач, эти шестерни состоят из двух частей, имеющих косые зубья, которые могут быть как симметричными, так и несимметричными, эти части шевронной шестерни соединяются при помощи шлицев и пружинных стопорных колец и/или запрессовки при возможной установке на шлицы, при этом по меньшей мере одна дополнительная синхронизирующая поверхность выполнена в одной из частей шестерни; при выполнении синхронизатора с арочными и прямозубыми шестернями дополнительная синхронизирующая поверхность выполнена в самой шестерне; применительно к шестерням высших передач, например, третьей, четвертой, пятой передач в шестиступенчатой коробке, арочная или шевронная шестерня, находящаяся в зацеплении с шестерней, имеющей синхронизатор, установлена на валу с возможностью осевого смещения и установлена на шлицах или радиальных выступах вала, в этом случае арочная или шевронная шестерня, находящаяся в зацеплении с шестерней, имеющей дополнительный синхронизатор, установленная на шлицах или радиальных выступах вала, связана с валом при помощи упругого элемента, например по меньшей мере одной кольцевой дисковой пружины или упругого элемента из полимерных материалов; при применении арочных и шевронных шестерен применительно к шестерням низших передач, например первой и второй передач в шестиступенчатой коробке, шестерня состоит из двух частей: внутренней, которая имеет синхронизатор и внешние шлицы, и внешней, имеющей внутренние шлицы и внешние зубья, связанные посредством пластинчатых пружин изгиба, применительно к шевронной шестерне, внешняя часть состоит из двух частей, каждая из которых имеет осевые выступы, имеющие проточки под пружинное стопорное кольцо или имеющие радиальные выступы, входящие в проточки другой части шестерни, при этом исключается поворот одной части относительно другой после сборки, например, установкой штифтов; направление угла наклона зубьев шевронных шестерен, состоящих из двух частей, выбирается так, что при передаче момента с двигателя на трансмиссию части шестерни прижимаются друг к другу, а при обратной передаче момента - наоборот; предлагаемый дополнительный синхронизатор может быть выполнен с прямозубыми шестернями, при этом шестерни имеют кольцо находящееся под воздействием упругого элемента, установленного в шестерне, который представляет собой несколько пластинчатых пружин изгиба или по меньшей мере одну пластинчатую пружину изгиба, которая выполнена кольцевой, или представляет собой кольцевой упругий элемент, выполненный из полимерных материалов, кольцо взаимодействует с валом или со ступицей дополнительных колец трения или с установленным на валу пружинным стопорным кольцом для того, чтобы обеспечить взаимодействие шестерни с дополнительным синхронизатором только при включении передачи; углы конусности основных и дополнительных синхронизирующих поверхностей выбираются исходя из того, чтобы не было заедания конусов при синхронизации; блокирующие кольца основного синхронизатора связаны со ступицей основного синхронизатора посредством пластинчатых пружин изгиба, отводящих блокирующие кольца от основных синхронизирующих поверхностей шестерен при нахождении муфты синхронизатора и фиксаторов в нейтральном положении и при включении одной из передач; фиксатор синхронизатора состоит по меньшей мере из двух деталей, первая деталь представляет собой стержневой элемент - стержень, представляющий собой в поперечном сечении окружность или прямоугольник и имеющий на конце со стороны муфты синхронизатора выработку под тело качения фиксатора или профилированную поверхность под контакт с муфтой, и может находиться под воздействием второй детали - пружины, установленной на ступице на сферической шайбе и воздействующей на стержень, а с другой стороны стержни имеют сферическую или цилиндрическую поверхность или кулачок, для контакта со ступицей или с третьей деталью фиксатора - плунжером, стержень фиксатора имеет два участка диаметра или толщины, нижний участок имеет диаметр или толщину меньшую, чем верхний, что необходимо для углового перемещения относительно плунжера; плунжер фиксатора представляет собой тело, установленное с возможностью радиального перемещения в ступице синхронизатора, внешняя часть плунжера имеет сверху сферическую или цилиндрическую выработку для контакта со стержнем, применительно к синхронизаторам низших передач плунжер фиксатора может иметь пружину, осевое усилие на блокирующее кольцо передается при помощи четвертой детали, надеваемой на стержень фиксатора и имеющей внешнюю сферическую поверхность, вкладыша, она воздействует на блокирующие кольца непосредственно, при этом блокирующие кольца имеют поверхность, взаимодействующую с этой деталью, или при помощи пятой детали - скобы соединенной с блокирующими кольцами так, что соединение допускает поворот колец относительно скобы, но не допускает вылет скобы из колец под действием центробежных сил.

2. Синхронизатор по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере одно кольцо трения с по меньшей мере одной поверхностью трения, взаимодействующее с дополнительной синхронизирующей поверхностью шестерни, соединено с валом коробки передач жестко или посредством нестандартных шлицев, со смазкой маслом по каналам вала, с окружным зазором, по меньшей мере равным углу поворота блокирующего кольца на четверть шага блокирующих зубьев и фиксируется в осевом направлении при помощи пружинных стопорных колец и шайб, на кольцо трения наносится фрикционный износостойкий материал или оно изготавливается из него.

3. Синхронизатор по п. 1, отличающийся тем, что в теле шестерни выполнены две дополнительных конических синхронизирующих поверхности трения, две дополнительных конических синхронизирующих поверхности трения имеет и кольцо, соединенное с валом коробки передач, эти поверхности трения выполнены с противоположно направленными углами конуса.

4. Синхронизатор по п. 2, отличающийся тем, что дополнительные кольца трения вала, соответствующие двум соседним рядом расположенным шестерням различных передач коробки, представляют собой одну деталь, соединенную с валом жестко или с окружным зазором, по меньшей мере равным углу поворота блокирующего кольца на четверть шага блокирующих зубьев шестерни с большим их шагом; кольца изготавливаются из металла и имеют фрикционный износостойкий материал на поверхностях трения.

5. Синхронизатор по п. 1, отличающийся тем, что в шестерни устанавливаются вставки из фрикционного износостойкого материала, в которых выполнены конические поверхности трения, каждая вставка может иметь одну или две конические поверхности, при применении двух синхронизирующих поверхностей, в шестерне могут применяться по две ставки, каждая из которых имеет одну коническую синхронизирующую поверхность, вставки жестко или с окружным зазором соединяются с шестерней, например посредством запрессовки и/или радиальных выступов, и/или шлицев, и/или штифтов, и/или пружинного стопорного кольца.

6. Синхронизатор по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный синхронизатор имеет трехконусные дополнительные поверхности трения, достигается это следующим образом: на вал устанавливается узел вспомогательных колец трения, имеющий ступицу, совместно с которой изготовлены дополнительное кольцо трения соседней шестерни, имеющее по меньшей мере одну коническую поверхность трения, и малое кольцо трения многоконусного дополнительного синхронизатора, имеющее одну коническую поверхность, ступица соединена с валом жестко или установлена на нестандартных шлицах вала с окружным зазором, по меньшей мере равным углу поворота блокирующего кольца на четверть шага блокирующих зубьев шестерни с большим их шагом, и зафиксирована с двух сторон пружинными стопорными кольцами или так, что длина шлицев меньше длины ступицы, которая имеет участок без шлицев, имеющий диаметр, равный диаметру вала, исходя из оптимальной свободной посадки, полностью исключающей биения, с внешней стороны этого участка ступицы на вал устанавливается пружинное стопорное кольцо, при этом с одной стороны ступица фиксируется на валу пружинным стопорным кольцом, а с другой шлицами, могут применяться регулировочные шайбы; ступица дополнительного синхронизатора имеет внешние шлицы; на шлицы ступицы надевается внешнее кольцо трения многоконусного дополнительного синхронизатора; диаметр внешнего шлицевого участка ступицы больше диаметра трения малого кольца трения; внешнее кольцо трения фиксируется в осевом направлении дисковой пружиной; шестерня имеет дополнительную коническую синхронизирующую поверхность, которая может взаимодействовать с внешним кольцом трения многоконусного дополнительного синхронизатора; на шлицах дополнительной конической синхронизирующей поверхности установлено промежуточное кольцо трения синхронизатора, имеющее две конических синхронизирующих поверхности, это кольцо фиксируется в осевом направлении дисковой пружиной, установленной в шестерне; дополнительная коническая синхронизирующая поверхность шестерни и шлицы, на которых установлено промежуточное кольцо трения синхронизатора, выполнены во вставке из износостойкого фрикционного материала, с окружным зазором или жестко соединенной с шестерней при помощи запрессовки и/или шлицев, и/или пружинного стопорного кольца, и/или штифтов; шлицы малого и внешнего колец трения выполняются на участках окружности, а на других участках радиальный зазор между малым и внешним кольцами трения или внешнее кольцо трения имеет радиальные сквозные отверстия; при включении передачи вступает в работу основной синхронизатор шестерни, блокируя включение передачи при невыравненных угловых скоростях или частотах вращения, шестерня перемещается в осевом направлении в сторону многоконусного дополнительного синхронизатора, дополнительная синхронизирующая поверхность шестерни начинает взаимодействовать с внешним кольцом трения, установленным на шлицах ступицы многоконусного дополнительного синхронизатора, внешнее кольцо трения смещается в направлении осевого смещения шестерни, преодолевая усилие дисковой пружины; при этом промежуточное кольцо трения начинает взаимодействовать с малым кольцом трения; промежуточное кольцо трения смещается по шлицам шестерни, которая совершает осевое перемещение относительно промежуточного кольца трения; внешнее кольцо трения совершает вместе с шестерней осевое перемещение до тех пор, пока своей внутренней конической синхронизирующей поверхностью не начнет взаимодействовать с промежуточным кольцом трения; после этого осевое усилие включения передачи замыкается на малое кольцо трения.

7. Синхронизатор по п. 6, отличающийся тем, что дисковая пружина промежуточного кольца трения способна передавать на шестерню момент синхронизации, реализуемый на промежуточном кольце трения.

8. Синхронизатор по п. 1, отличающийся тем, что коэффициент трения на дополнительных синхронизирующих поверхностях вала и/или шестерни значительно больше, чем на основных, а основные синхронизирующие поверхности являются управляющими.

9. Синхронизатор по п. 1, отличающийся тем, что коэффициент трения на основных синхронизирующих поверхностях блокирующего кольца и/или конуса шестерни выбирается исходя из обеспечения его стабильности в течение всего моторесурса коробки передач и условия разблокировки блокирующего кольца и может быть немного увеличен в результате обработки поверхностей трения относительно минимального значения.

10. Синхронизатор по п. 1, отличающийся тем, что при выполнении синхронизатора с шевронными шестернями в коробке передач эти шестерни состоят из двух частей, имеющих косые зубья, которые могут быть как симметричными, так и несимметричными, эти части шевронной шестерни соединяются при помощи шлицев и пружинных стопорных колец и/или запрессовки при возможной установке на шлицы, при этом по меньшей мере одна дополнительная синхронизирующая поверхность выполнена в одной из частей шестерни.

11. Синхронизатор по п. 1, отличающийся тем, что при выполнении синхронизатора с арочными и/или прямозубыми шестернями дополнительная синхронизирующая поверхность выполнена в самой шестерне.

12. Синхронизатор по п. 1, отличающийся тем, что применительно к шестерням высших передач, например третьей, четвертой, пятой передач в шестиступенчатой коробке, арочная или шевронная шестерня, находящаяся в зацеплении с шестерней, имеющей синхронизатор, установлена на валу с возможностью осевого смещения и установлена на шлицах или радиальных выступах вала, в этом случае арочная или шевронная шестерня, находящаяся в зацеплении с шестерней, имеющей дополнительный синхронизатор, установленная на шлицах или радиальных выступах вала, связана с валом при помощи упругого элемента, например по меньшей мере одной кольцевой дисковой пружины или упругого элемента из полимерных материалов.

13. Синхронизатор по п. 1, отличающийся тем, что при применении арочных и шевронных шестерен применительно к шестерням низших передач, например первой и второй передач в шестиступенчатой коробке, шестерня состоит из двух частей: внутренней, которая имеет синхронизатор и внешние шлицы, и внешней, имеющей внутренние шлицы и внешние зубья, связанные посредством пластинчатых пружин изгиба.

14. Синхронизатор по п. 13, отличающийся тем, что применительно к шевронной шестерне внешняя часть состоит из двух частей.

15. Синхронизатор по п. 14, отличающийся тем, что внешняя часть состоит из двух частей, каждая из которых имеет осевые выступы, имеющие проточки под пружинное стопорное кольцо.

16. Синхронизатор по п. 14, отличающийся тем, что внешняя часть состоит из двух частей, каждая из которых имеет радиальные выступы, входящие в проточки другой части шестерни, при этом исключается поворот одной части относительно другой после сборки установкой штифтов.

17. Синхронизатор по п. 1, отличающийся тем, что направление угла наклона зубьев шевронных шестерен, состоящих из двух частей, выбирается так, что при передаче момента с двигателя на трансмиссию части шестерни прижимаются друг к другу, а при обратной передаче момента, с трансмиссии на двигатель, осевые составляющие силы зацепления стремятся раздвинуть части шевронной шестерни.

18. Синхронизатор по п. 1, отличающийся тем, что при выполнении синхронизатора с прямозубыми шестернями шестерни имеют кольцо, находящееся под воздействием упругого элемента, установленного в шестерне, который представляет собой несколько пластинчатых пружин изгиба или по меньшей мере одну пластинчатую пружину изгиба, которая выполнена кольцевой или представляет собой кольцевой упругий элемент, выполненный из полимерных материалов, кольцо взаимодействует с валом, или со ступицей дополнительных колец трения, или с установленным на валу пружинным стопорным кольцом для того, чтобы обеспечить взаимодействие шестерни с дополнительным синхронизатором только при включении передачи.

19. Синхронизатор по п. 1, отличающийся тем, что при применении арочных шестерен геометрия арочного зацепления выбирается так, что при передаче момента с двигателя на трансмиссию зуб одной шестерни воздействует своей выпуклой поверхностью на вогнутую поверхность зуба другой шестерни и наоборот: при передаче момента с трансмиссии на двигатель зуб одной шестерни воздействует своей вогнутой поверхностью на выпуклую поверхность зуба другой шестерни.

20. Синхронизатор по п. 1, отличающийся тем, что блокирующие кольца установлены на ступице основного синхронизатора с возможностью поворота относительно нее и связаны с ней при помощи пластинчатых пружин изгиба, которые могут представлять собой кольцевые дисковые пружины.

21. Синхронизатор по п. 1, отличающийся тем, что фиксатор основного синхронизатора состоит по меньшей мере из двух деталей, первая деталь представляет собой стержневой элемент - стержень, воздействующий на блокирующие кольца, и представляющий собой в поперечном сечении окружность или прямоугольник и имеющий на конце со стороны муфты синхронизатора выработку под тело качения фиксатора или профилированную поверхность под контакт с муфтой, и может находиться под воздействием второй детали - пружины, установленной на ступице на сферической шайбе и воздействующей на стержень, а с другой стороны стержни имеют сферическую или цилиндрическую поверхность, для контакта со ступицей.

22. Синхронизатор по п. 1, отличающийся тем, что фиксатор состоит из стержня и плунжера, по меньшей мере одной пружины, воздействующей на плунжер, и тела качения стержня фиксатора, представляющего собой шарик или ролик, и контактирующего с муфтой, а также скобы и вкладыша, передающих усилие от стержня к блокирующим кольцам.

23. Синхронизатор по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что стержни и плунжеры фиксаторов, а также пружины плунжеров расположены в плоскостях, расположенных под углом к нормали к осевой вала так, что векторы центробежных сил, действующих на центры тяжести стержней и плунжеров фиксаторов, проходят под углом к их осевым.

24. Синхронизатор по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что муфта синхронизатора имеет скошенные поверхности, взаимодействующие с фиксатором или с телом качения фиксатора, представляющим собой шарик или ролик, и профилированные исходя из обеспечения контакта по линии с телом качения фиксатора или с фиксатором, эти скошенные поверхности выполняются под углом к осевой вала между блокирующими зубьями, вместо блокирующего зуба или на блокирующих зубьях, имеющих блокирующие скосы, взаимодействующие со скошенными блокирующими зубьями блокирующих колец при включении передачи и объединенные с зубьями включения передачи, после синхронизации входящими в зацепление с зубчатым венцом конуса шестерни; при выполнении скошенной поверхности на блокирующем зубе уменьшается его высота при сохранении толщины с одной стороны, при расположении элементов фиксатора под углом к нормали к осевой вала, или двух сторон зуба; муфта синхронизатора имеет лунки под тело качения фиксатора или сам фиксатор, соответствующие нейтральному положению, которые выполняются перед скошенными поверхностями, и лунки под тело качения фиксатора или сам фиксатор предназначенные для фиксации включенной передачи, лунки выполняются на профилированных поверхностях между блокирующими зубьями вместо блокирующего зуба или на блокирующих зубьях; при выполнении скошенных профилированных поверхностей вместо блокирующего зуба блокирующие скосы на двух блокирующих зубьях блокирующего кольца со стороны отсутствующего блокирующего зуба отсутствуют.

25. Синхронизатор по п. 1, отличающийся тем, что при выполнении шевронной шестерни, состоящей из двух половин, с несимметричными зубьями, угол наклона зубьев является разным, при этом угол наклона зубьев меньшей части шестерни больше угла наклона зубьев большей части шестерни; при этом нормальный модуль зубьев меньшей части шестерни равен нормальному модулю зубьев большей части шестерни.

26. Синхронизатор по п. 1, отличающийся тем, что одна из дополнительных поверхностей трения вала или шестерни связана с валом или шестерней с окружным зазором, по меньшей мере равным углу поворота блокирующего кольца на четверть шага блокирующих зубьев.

27. Синхронизатор по п. 1, отличающийся тем, что работает такой синхронизатор, как описано ниже: вилка воздействует на муфту, которая действует на тела качения стержней фиксаторов или непосредственно на стержни, наклоняя стержни фиксаторов, которые посредством вкладышей и скоб воздействуют на блокирующее кольцо и прижимают его к конусу шестерни; в результате этого блокирующее кольцо блокируется под действием момента трения; это происходит в результате того, что момент трения создается силой фиксатора, вызванной центробежными силами инерции, действующими на стержни и плунжеры фиксаторов, и силой упругости его пружин, этой силе противодействует сила прижатия шестерни к ступице, т.к. при арочных и шевронных шестернях включаемая шестерня прижимается к ступице силой упругости упругого элемента шестерни, находящейся с ней в зацеплении, а при прямозубых шестернях включаемая шестерня прижимается к ступице силой упругости упругого элемента дополнительного кольца; после блокирования кольца шестерня прижимается к дополнительному синхронизирующему кольцу вала; так начинается процесс синхронизации; в этом процессе доля инерционного момента, действующего на инерционные массы коробки, передается посредством трения на блокирующее кольцо, вызывая его блокирование, при этом доля зависит от отношения коэффициентов трения на основных и дополнительных синхронизирующих поверхностях; момент синхронизации создается суммой моментов трения на основных и дополнительных синхронизирующих поверхностях; при этом большая доля момента синхронизации создается дополнительными синхронизирующими поверхностями шестерни и вала, т.к. коэффициент трения на них значительно больше, чем на основных; под действием момента синхронизации инерционные массы коробки передач при переходе с низшей на высшую передачу тормозятся, а при переходе с высшей на низшую передачу разгоняются; после выравнивания угловых скоростей вала и шестерни доля инерционного момента перестает передаваться посредством трения на блокирующее кольцо и в результате взаимодействия скошенных блокирующих зубьев блокирующего кольца с зубьями муфты происходит разблокирование блокирующего кольца, оно поворачивается вместе с конусом шестерни, вызывая поворот шестерни и остальных инерционных масс на углы, соответствующие повороту блокирующего кольца на четверть шага блокирующих зубьев, давая возможность зубьям муфты войти в зацепление с зубчатым венцом шестерни, после этого муфта входит в зацепление с зубчатым венцом шестерни.